Ch01 – Énergie et puissance électrique | 1ère ERA-MA | ⏱ 30 min
Dernière mise à jour : 31 mai 2026
Pourquoi les grosses machines d'atelier (toupie, mortaiseuse, CNC) sont-elles raccordées en triphasé et pas en monophasé classique 230 V ?
Le triphasé (3 phases + neutre, 400 V entre phases) transporte 3× plus de puissance dans le même câble qu'un monophasé. Pour une machine 7 kW : monophasé = 30 A (câble énorme + disjoncteur 32 A) vs triphasé = 10 A par phase (câble standard). De plus, les moteurs triphasés démarrent plus doucement et durent plus longtemps. Indispensable au-delà de ~ 3 kW.
Émilie, gérante de l'« Atelier Ébéne » à Lyon, envisage d'acheter une CNC SCM Pratix S5 (centre d'usinage 3 axes) pour ses ouvrages d'agencement haut de gamme. Elle veut comparer la conso à une production manuelle équivalente.
Calculer l'intensité par phase en triphasé : I = P / (√3 × U × cos φ).
I = 11 000 / (1,732 × 400 × 0,85) ≈ 18,7 A par phase.
Câble adapté : 4 × 4 mm² (3 phases + neutre + terre).
Si Émilie utilisait du monophasé 230 V pour la même puissance, intensité ?
I = 11 000 / 230 = 47,8 A. Énorme !
Nécessiterait câble 10 mm² + disjoncteur 50 A. Beaucoup plus coûteux et peu pratique. Pourquoi le triphasé est indispensable pour machines > 3 kW.
Énergie consommée par jour : usinage actif 3 h à 11 kW + programmation 3 h à 2 kW (commande seule).
E_usinage = 11 × 3 = 33 kWh.
E_prog = 2 × 3 = 6 kWh.
E_total = 39 kWh/jour.
Sur 220 jours d'activité, calculer la conso annuelle et le coût.
E_an = 39 × 220 = 8 580 kWh/an.
Coût = 8 580 × 0,18 = 1 544 €/an.
La CNC permet à Émilie de produire 4 fois plus vite qu'à la main. Elle facture 50 €/h de prestation. Gain de chiffre d'affaires sur 6 h de production effective × 220 jours ?
Avec CNC : 6 h × 4 = 24 h de production équivalente manuelle par jour. Soit gain de 24 − 6 = 18 h équivalentes facturables.
Gain CA : 18 × 220 × 50 ≈ 198 000 €/an théorique.
(En pratique, contraints par taille de l'atelier, par la demande, par la qualité du suivi. Mais l'ordre de grandeur reste très intéressant.)
Si la CNC coûte 65 000 € + 5 000 € d'install, ROI (sans charges) ?
Investissement : 70 000 €. Gain net = gain CA − coût élec − amortissement humain = ~ 100 000 €/an réaliste après contraintes.
ROI = 70 000 / 100 000 ≈ 8 mois. Très rapide.
En pratique 12-18 mois avec aléas (formation 3-6 mois, panne, maintenance). Reste très intéressant pour atelier qui veut monter en gamme.
Émilie hésite entre version 7,5 kW (Pratix S5) et 15 kW (Pratix XL) pour grosses pièces. Quel surcoût annuel d'électricité pour la XL utilisée 5 h/jour usinage ?
P_XL active : ≈ 18 kW vs 11 kW. ΔP = 7 kW × 5 h = 35 kWh/jour de plus.
35 × 220 × 0,18 ≈ 1 386 €/an en plus de l'électricité.
Justifié si la XL permet de prendre des chantiers > 80 cm d'épaisseur (cuisines luxe, agencement HC). À évaluer selon la demande commerciale d'Émilie.
Note de cadrage d'Émilie pour son banquier (4 lignes).
Projet CNC SCM Pratix S5 — Atelier Ébéne, Lyon
• Investissement : 70 000 € (machine + install). Conso annuelle : 8 580 kWh / 1 544 €.
• Gain productivité × 4 : capacité de production équivalent + 18 h/jour théorique.
• ROI estimé : 12-18 mois selon montée en charge progressive.
• Triphasé 400 V déjà en place. Pas de travaux électriques majeurs.
Le facteur de puissance cos φ mesure le décalage entre tension et courant dans une charge électrique. Pour un moteur, cos φ = 0,7-0,9 (décalage à cause des bobinages). Pour un radiateur résistif, cos φ = 1 (pas de décalage).
Conséquence : un moteur tire plus d'ampères pour la même puissance utile. EDF facture parfois une pénalité si cos φ atelier < 0,93 (sur abonnements pro). Solution : condensateurs de compensation, qui ramènent cos φ à 0,95+. Investissement quelques k€, économie 5-10 % sur facture pour gros consommateurs.
📚 §3 (Énergie électrique) de la leçon Ch01 + lien industriel.