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Les chiffres de l'énergie : Memento des unités

Delphine Chareyron

ENS Lyon / DGESCO

Hélène Horsin-Molinaro

ENS Paris-Saclay / DGESCO

Bernard Multon

ENS Rennes

Delphine Chareyron

ENS Lyon / DGESCO

11/09/2020


Introduction

Le dossier « les chiffres de l’énergie » est co-rédigé et co-publié avec le site Culture Sciences de l'ingénieur. Les données sont tirées de nombreuses références (rapports de groupes de recherche, publications dans des revues spécialisées, rapports d'instituts nationaux...)

Dans cet article, nous proposons au lecteur les définitions des unités associées à l’énergie, que l’on retrouve le long des ressources du dossier « les chiffres de l’énergie ».

1. L'énergie

Dans le Système International, l’unité de l’énergie est le joule, du nom du physicien anglais James Joule (1818-1889).

Symbole : J

1 J = 1 N.m

En physique, l’énergie est caractérisée par son universalité dans les équivalences entre chaleur, travail mécanique, rayonnements, etc. En énergétique, elle caractérise un service énergétique rendu (travail, éclairage, ...).

Avec une énergie E de 1 J on soulève une masse m de 1 kg d’une hauteur h de 10 cm environ (selon E = mgh, avec g = 9,8 m.s-2). C’est une unité très petite par rapport aux énergies mises en jeu à l’échelle humaine, mais très grande au niveau microscopique de l’atome. Pour les quantités d’énergie plus importantes, on utilise les kilojoules [kJ] jusqu’aux exajoules [EJ] soit 1018 J.

2. La puissance

La puissance correspond à un débit d’énergie. Elle est exprimée en watt, du nom du physicien écossais James Watt (1736-1819). Ainsi, elle caractérise l’intensité des transformations énergétiques et le dimensionnement des convertisseurs d’énergie.

Symbole : W

1 W = 1 J.s-1

3. Le kilowattheure

Le kilowattheure est une unité commerciale d’énergie électrique. C’est l’énergie produite (ou consommée) en une heure par un générateur (ou un récepteur) de puissance moyenne égale à 1 kW.

Symbole : kWh

Les factures d’électricité sont habituellement quantifiées en kilowattheure [kWh], mais cette unité peut-être également employée pour toute autre forme d’énergie. On utilise également le mégawattheure (MWh = 106 Wh), le térawattheure (TWh = 1012 Wh) (production et consommation d’électricité à l’échelle d’un pays) ou encore le pétawattheure (PWh = 1015 Wh) à l’échelle mondiale.

4. La tonne équivalent pétrole

La tep ou tonne d’équivalent pétrole est l’unité utilisée dans le contexte économique (toe en anglais pour « ton of oil equivalent »).

Symbole : tep

1 tep = 11 630.10 kWh = 41,8.10 GJ

Une tep correspond à l’énergie produite par combustion d’une tonne de pétrole brut standard. Un baril de pétrole standard (159 litres) fournit environ 0,14 tep ou 1 700 kWh, le baril devient ainsi également une unité d'énergie. La relation entre la quantité de combustible et l’énergie produite dépend de la qualité du carburant. D’une façon générale, au-delà des hydrocarbures liquides, la relation entre la quantité de combustible et l’énergie produite dépend fortement de la nature du combustible. La combustion d’une tonne de bois de chauffage fournit une quantité d’énergie comprise entre 0,3 et 0,5 tep.

Dans le cas du charbon, on utilise également la tonne équivalent charbon [tec] en français, et [tce] en anglais pour « ton of coal equivalent » :

1 tec = 8 140 kWh

5. La calorie

La calorie est l’unité d’énergie utilisée pour mesurer les échanges de chaleur. Une calorie est l’énergie nécessaire pour élever la température d’un gramme d’eau liquide d’un degré Celsius.

Symbole : cal

(1 cal = 4,18 J)

Dans le domaine de la nutrition, l’unité qu’on désigne par calorie est la kilocalorie [kcal] appelée également grande calorie [Cal].

6. L'électron-volt

L'électron-volt est l’énergie acquise par un électron accéléré par une tension électrique d’un volt. Sachant que la charge de l’électron vaut 1,602.10-19 C (coulombs), on a 1 eV = 1,602.10-19 J.

Symbole : eV

L'électron-volt est l’unité des bilans microscopiques d’énergie pour les réactions chimiques ou nucléaires.

Par exemple, la fission d'un atome d'uranium 235 demande une énergie de 200 MeV, c'est-à-dire 3,2.10-11 J. L'énergie mise en jeu pour les collisions de particules dans l'accélérateur LHC, de l'ordre de 13 TeV, représente 20,8.10-7 J.

7. BTU - Unités anglo-saxones

British Thermal Unit est l’équivalent de la calorie dans le système d’unités de mesure anglo-saxones. La BTU est la quantité d’énergie requise pour élever une livre (pound) d’eau liquide d’un degré Farenheit.

Symbole : BTU

1 BTU = 1 050 J

British Thermal Unit per hour est est l’unité de mesure de la puissance.

1 BTU/h = 293 W

Quadrillon BTU est l’unité de mesure de l'énergie aux USA.

1 quadBTU = 1015 BTU = 290 TWh

8. Équivalences et préfixes du Système international d'unités

- Unités et équivalences

Nom

Unité

Équivalence

Énergie

J

1 J = 1 N.m = 1 V.A.s

Puissance

W

1 W = 1 J.s-1

kilowattheure

kWh

1 kWh = 3 600 000 J = 3,6 MJ

tonne équivalent pétrole

tep

1 tep = 11 630 kWh = 41,8 GJ

baril (159 L ou 140 kg)

1 baril = 1 700 kWh

électron-volt

eV

1 eV = 1,602.10-19 J

British Thermal Unit

quadrillon BTU (US)

BTU

quadBTU

1 BTU = 1 050 J

1 quadBTU = 1015 BTU

- Préfixes du Système international d'unités

kilo

103

Méga

106

Giga

109

Téra

1012

Péta

1015

Exa

1018

Références

Dossier : Les chiffres de l'énergie

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