Quand on parle d’énergie, on est rapidement obligé d’utiliser des unités de mesure. Or on constate bien souvent un manque de rigueur et d’exactitude, parfois sans conséquence, mais qui peut aussi semer la confusion et conduire à des non-sens. D’autant que les mauvaises habitudes ont tendances à se propager rapidement et à perdurer. Essayons d’y voir clair, sans s’y perdre, avec l’objectif principal de mettre un terme à la confusion qui concerne les kWh. J’espère y parvenir sans trop de détours…

[English Summary| This is all about units. The article covers the basics of the SI, power, energy, symbols. Proper use of units helps improve the quality of discussions, insight, choices. Pretty critical when it comes to energy: confusion in units can lead to very poor decisions and spell confusion…

Le Système International

Sans les bonnes unités, les chiffres ne veulent plus rien dire. Quand il est question d’énergie, de consommation, de distance, mieux vaut se mettre d’accord pour partager des informations pertinentes et prendre des décisions qui reflètent réellement nos priorités. Le Système International d’unités (SI, quelle que soit la langue) définit les sept unités de base à partir desquelles on peut caractériser toutes les grandeurs physiques, au travers notamment d’unités dérivées. Ainsi, le mètre (m) et la seconde (s) sont utilisés pour les mesures de distance et de temps, respectivement, tandis que le kilogramme (kg) est utilisé pour mesurer les masses (c’est bien le kilogramme et non le gramme qui est utilisé dans le SI).

Notons au passage qu’à chaque unité correspond un symbole précis qui lui est spécifique, et pour lequel il est important de distinguer les majuscules des minuscules; il en est de même pour les préfixes officiels qui peuvent être combinés aux unités, comme dans « kg » qui signifie « 1000 grammes ». On ne l’écrit ni Kg (K est le symbole du Kelvin, l’unité de température du SI), ni kgs car les symboles des unités ne s’accordent pas. On pourrait prendre « kgs » pour « kilogramme multiplié par seconde », même si l’écriture serait incorrecte puisqu’il faudrait ajouter un point avant le « s ».

Dans la pratique, on est souvent proche des unités du SI, mais pas toujours. Ainsi, dans de nombreux pays, on mentionne les température en degrés Celsius (symbole °C) plutôt qu’en Kelvin (K). Pour la conduite, on parlera plutôt de kilomètres (km) et d’heures (h) plutôt que de mètres et de secondes, et donc de km/h pour les vitesses: il s’agit bien alors du nombre de kilomètres qui seraient parcourus en une heure à vitesse constante, et l’on devrait prononcer « kilomètres par heure ». Le langage courant s’est autorisé un raccourci, et l’on entend souvent « kilomètres-heure ». Nous verrons plus bas comment cette expression courante continue de semer le trouble en terme d’énergie. Dans le SI, l’heure est donc une unité dérivée de temps.

Revenons sur les majuscules. On écrit bien km, et non pas Km, KM etc. Nous l’avons vu plus haut, le k est le symbole du millier dans le système SI. De la même façon, le M majuscule ne représente pas des mètres: c’est le symbole de Méga, c’est à dire un million. « Mm » signifie donc un Méga mètre, c’est à dire 1000 kilomètres ou encore un milliard de millimètres! Vous voyez, il y a de quoi créer de drôles de malentendus… Pour les éviter, il suffit de s’en tenir rigoureusement aux quelques règles simples que nous venons d’évoquer.

Energie et puissance

On utilise facilement le terme « énergie » dans le langage commun, qu’il s’agisse de celle fournie par des centrales nucléaires, des éoliennes, des batteries de nos 225xe… Mais on parle aussi de son propre niveau d’énergie, de l’énergie contenue dans notre assiette, ou même de formes d’énergie encore plus abstraites dans le domaine spirituel. Même sans en parler, on en consomme et on en profite à tout instant, directement ou non, consciemment ou pas. Et pourtant, malgré cette omniprésence, le concept d’énergie est curieux et reste difficile à appréhender; il est à la fois bien concret et abstrait, singulier et polyforme. En physique, l’énergie revet en effet plusieurs formes: mécanique (exemple: le travail d’une force sur une masse), chimique (exemple: l’énergie de liaisons entre les atomes d’une molécules), électrique…

Pour nous intéresser plus particulièrement à ce qui nous permet d’apprécier le fonctionnement et la performance de nos véhicules, disons simplement que l’énergie est une grandeur physique qui caractérise une transformation: par exemple, le déplacement d’un véhicule d’un point A à un point B. Le système SI a choisi le Joule comme unité d’énergie. La puissance, c’est une quantité d’énergie par unité de temps, un peu comme la vitesse est une distance par unité de temps. Le watt [W] est l’unité de puissance; un watt correspond à une énergie de 1 Joule produite ou consommée sur une durée de 1 seconde: 1 W = 1 J/s.

Donc un radiateur de 2 kW (sa puissance) qui réchauffe à pleine capacité une pièce pendant 1h30 consommera… [2000 W] x [3600 s x 1.5], soit 10’800’000 J, ou encore 10.8 MJ. Vous voyez qu’on est très rapidement dans les Méga Joules, et encore, ce n’est qu’un radiateur… Et puis la conversion des heures en seconde complique le calcul mental puisqu’il faut multiplier par 3600 s. C’est pour se faciliter la vie que les électriciens ont ainsi introduit une unité pratique, bien mieux adaptée aux grandeurs de la vie courante et industrielles: le wattheure [symbole Wh], qui se décline en kilo-wattheure [kWh], méga-wattheure [MWh] etc. Il ne vous aura pas échappé que j’ai écrit « wattheure » en un mot, et non pas « watt.heure » ni « watt-heure » et encore moins « watt/heure ». Le wattheure est en effet une unité pratique à part entière.

Un wattheure, c’est la quantité d’énergie correspondant au travail fourni par une puissance de 1 watt pendant une heure, c’est à dire 3600 s. Ainsi, 1 Wh est égal à 3600 J (qu’on peut donc écrire 3.6 kJ), et 1 kWh (donc 1000 Wh) est égal à 3.6 MJ. On comprend tout l’intérêt d’avoir introduit les Wh pour ceux qui manipulent des puissances en W, kW, MW, GW… et des temps en (de nombreuses) heures. Une puissance de 62.3 kW consomme donc 62.3 kWh d’énergie en 1 heure, mais encore 124.6 kWh en 2 heures ou encore 623 kWh en 10 heures. L’intérêt de cette unité est donc double: non seulement elle est en accord avec les ordres de grandeurs courants, mais elle facilite surtout les calculs en permettant simplement de multiplier la puissance par le nombre d’heures (et non par 3600 s) pour obtenir l’énergie.

Le Joule est adapté à de plus faible puissances, sur des intervalles de temps de l’ordre de la seconde. Le succès du kWh a dépassé le cadre de l’électricité dont il provient pour s’imposer aujourd’hui comme unité pratique d’énergie. Ça ne pose aucun problème si l’on comprend ce qui précède, et si l’on bannit les « kW par heure » du langage courant. Si l’on revient aux définitions qui précèdent, un kW/h est une puissance par unité de temps qui caractériserait le taux de variation de la puissance dans le temps. Je n’ai pas encore rencontré quelqu’un qui voulait vraiment caractériser une variation de puissance en parlant de « kW par heure »: tous évoquaient au contraire une quantité d’énergie, et auraient donc dû dire « kilo-wattheure ».

En conclusion

Confondre énergie et puissance, ça revient en quelque sorte à confondre distance et vitesse. On imagine vite les déboires auxquels cela pourrait conduire… On essaiera donc de ne pas se tromper quand il s’agit bien de kWh, et on pensera aussi à toutes les autres opportunités de respecter la codification du SI!

Vous voyez, ce n’était pas long, et j’espère que vous ne m’en voudrez pas d’avoir mis les points sur les i et, surtout, que ce sera utile à l’heure où nous sommes tous de plus en plus concernés par l’énergie.