Concepts et chiffres de l'énergie : Memento des unités

Le dossier « Concepts et 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 « Concepts et chiffres de 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.

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

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.

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

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].

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.

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

- Unités et équivalences

- Préfixes du Système international d'unités