Ch01 – Énergie et puissance électrique | 1ère ERA-MA | ⏱ 1 h (TP) | Binôme
Dernière mise à jour : 14 août 2026, 02:55
Sur une perceuse, on lit « 750 W » sur la plaque. Mais combien consomme-t-elle vraiment quand on perce un trou ?
Cela dépend ! « 750 W » est la puissance NOMINALE (max sous charge). En perçant doucement dans du bois tendre : peut-être 200 W. Dans du chêne dur avec mèche large : peut atteindre 750 W et même +20 % (surcharge). Le wattmètre permet de mesurer la conso réelle en fonctionnement.
Mesurer la puissance instantanée et l'énergie consommée par 4 outils typiques d'atelier menuiserie : lampe LED, perceuse à colonne, ponceuse, scie circulaire portative. Comparer aux plaques signalétiques.
| Appareil | Plaque (W) | P mesuré (W) | I (A) | U (V) | cos φ | Écart % |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Lampe LED | 9 | ... | ... | ... | ... | ... |
| Perceuse à vide | 750 | ... | ... | ... | ... | ... |
| Ponceuse à vide | 240 | ... | ... | ... | ... | ... |
| Scie circ. à vide | 1 200 | ... | ... | ... | ... | ... |
| Appareil | P_mes (W) | I (A) | cos φ |
|---|---|---|---|
| LED 9 W | 8,5 | 0,07 | 0,55 |
| Perceuse à vide | 180 | 1,05 | 0,75 |
| Ponceuse à vide | 90 | 0,49 | 0,80 |
| Scie à vide | 320 | 1,55 | 0,90 |
Note : les moteurs à vide consomment beaucoup moins que leur valeur nominale (qui est sous charge max). Les LED ont un cos φ médiocre dû à leur driver électronique. On peut vérifier la cohérence de chaque ligne avec P = U × I × cos φ.
Mesurer les outils en utilisation : percer un trou Φ 10 mm dans 30 mm de chêne, poncer une planche, scier 50 mm de hêtre.
⚠️ Sécurité — obligatoire avant toute mesure en charge : poste équipé (aspiration des poussières en marche, pièce fixée par serre-joints, carters en place), port des lunettes et des protections auditives, cheveux attachés, manches serrées, pas de gants près des organes en rotation. Les usinages — en particulier la coupe à la scie circulaire portative — sont réalisés par l'enseignant ou sous son contrôle direct : les élèves relèvent les mesures au wattmètre, à distance de l'outil.
| Action | Durée (s) | P moy (W) | E mesurée (Wh) |
|---|---|---|---|
| Percer chêne 30 mm | ... | ... | ... |
| Poncer planche 1 m | ... | ... | ... |
| Scier hêtre 50 mm | ... | ... | ... |
| Action | Durée | P moy (W) | E (Wh) |
|---|---|---|---|
| Percer chêne | 15 s | 650 | 2,7 |
| Poncer 1 m | 30 s | 220 | 1,83 |
| Scier hêtre | 8 s | 1 100 | 2,4 |
E = P × t (avec t en heures). Ex perçage : 650 × 15/3600 = 2,7 Wh.
Pour les outils en charge, comparer P_mesuré à la plaque signalétique.
Perceuse : 650 / 750 ≈ 87 % de la plaque (chêne dur).
Ponceuse : 220 / 240 ≈ 92 %.
Scie : 1 100 / 1 200 ≈ 92 %.
Les outils tournent à 85-95 % de leur plaque en usage normal sur bois standard. Conforme. Si l'on travaillait du hêtre sec dans une scie sous-dimensionnée, on pourrait atteindre 110-120 % et déclencher la protection thermique.
Sur une journée moyenne d'atelier : 50 trous perçage + 30 m ponçage + 20 m sciage. Énergie totale outillage manuel ?
Perçage : 50 × 2,7 = 135 Wh.
Ponçage : 30 m × 1,83 / 1 m = 55 Wh.
Sciage : 20 m de coupes = 400 coupes de 50 mm, soit 400 × 2,4 = 960 Wh.
Total : 135 + 55 + 960 ≈ 1 150 Wh ≈ 1,2 kWh/jour en outillage portatif.
Soit 0,22 €/jour. Sur 220 jours = ~ 48 €/an. Petit poste face à la conso atelier (15 000 à 25 000 kWh, soit 2 700 à 4 500 €/an à 0,18 €/kWh, dominée par les grosses machines + chauffage + éclairage).
Mesurer la conso de la lampe LED 9 W allumée 8 h/jour. Coût annuel sur 220 j ?
E_jour = 8,5 × 8 = 68 Wh.
E_an = 68 × 220 / 1 000 = 15 kWh/an.
Coût : 15 × 0,18 ≈ 2,70 €/an. Négligeable.
Comparer avec une halogène 100 W (encore en service dans certains ateliers) : 12× plus cher = 32 €/an. Toujours intéressant de passer en LED.
Pourquoi le cos φ de la LED est-il bas (0,55) ? Cela coûte-t-il plus cher ?
Le driver électronique de la LED déforme le courant (harmoniques) et le déphase : c'est ce que le wattmètre traduit par un facteur de puissance bas. Conséquence : l'intensité réelle est plus élevée que ce que la puissance utile suggère.
Pour le résidentiel : pas facturé (le compteur ne compte que la puissance active). Pour un gros abonnement professionnel : cos φ < 0,93 = pénalité. Un petit atelier n'est pas concerné, mais sur 200 LED ça compte.
LED moderne « facteur de puissance ≥ 0,9 » disponibles pour usage pro, mais légèrement plus chères.
Sources d'erreur du wattmètre ?
Pour mesures précises : wattmètre laboratoire (avec datalogging) ou pince ampèremétrique professionnelle (TrueRMS).
TP — Mesure de puissance et énergie outils — [Nom, Prénom, classe, date]
Objectif : mesurer P, I, U, cos φ et E de 4 outils + comparer à plaque signalétique.
Matériel : wattmètre Otio 740012, lampe LED, perceuse, ponceuse, scie.
Résultats partie A (à vide) : tous outils consomment 20-30 % de leur plaque à vide.
Résultats partie B (en charge) : les valeurs atteignent 85-95 % de la plaque en charge réelle. Conforme.
Conclusions : (1) plaque = max théorique, P réelle varie selon l'effort. (2) Outillage portatif = ~ 1,2 kWh/jour, faible vs atelier complet. (3) LED ultra-économique mais cos φ bas. (4) Erreur wattmètre ± 5 % acceptable pour ce niveau.
Brancher la console informatique de l'atelier (ordi + écran) en mode veille toute la nuit. Combien consomme-t-elle ?
Typiquement : 5-15 W en veille (ordi + écran + box internet ensemble). Sur 16 h × 7 jours × 52 semaines = 5 824 h/an.
15 W × 5 824 h = 87 kWh/an = 16 €/an juste pour la veille. Pas énorme à l'unité — mais à l'échelle de la France, la veille de l'ensemble des appareils (foyers et entreprises) représente l'équivalent de la production d'environ deux réacteurs nucléaires. Toujours éteindre vraiment (multiprise interrupteur) le soir.
📚 TP de fin de chapitre Ch01.