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Chapitre 1 – Distinguer énergie et puissance électrique

Première Bac Pro ICCER (Grpt 1)  |  Physique – Électricité  |  Énergie et puissance en régime continu

Dernière mise à jour : 10 juin 2026, 01:25

Objectifs du chapitre
Situation professionnelle

Léa, technicienne chauffagiste en deuxième année de Bac Pro, effectue un stage chez ThermoConfort SARL, une entreprise spécialisée dans l'installation de systèmes de chauffage et de pompes à chaleur. Son tuteur lui confie une mission :

Un client souhaite installer un chauffe-eau électrique à accumulation (ballon d'eau chaude) de 200 litres dans sa maison. La plaque signalétique indique :

Le tuteur demande à Léa :

  1. Quel courant circule dans la résistance chauffante ?
  2. Combien d'énergie électrique sera consommée pour chauffer l'eau pendant 4 heures ?
  3. Quel sera le coût de cette consommation au tarif heures creuses (0,18 €/kWh) ?

Ces questions trouveront une réponse complète au fil de ce chapitre.

1. Rappels sur le courant continu

Définition Le courant continu est un courant électrique dont le sens et l'intensité restent constants au cours du temps. Il est produit par des piles, des batteries ou des alimentations stabilisées.

Deux grandeurs fondamentales caractérisent un circuit électrique :

Attention Ne jamais confondre tension et intensité. Un voltmètre se branche toujours en dérivation (en parallèle) et un ampèremètre toujours en série. Inverser les branchements peut endommager les appareils de mesure.
Application

Un technicien chauffagiste mesure la tension aux bornes d'un circulateur et trouve 230 V. L'ampèremètre indique 1,8 A. Identifier les deux grandeurs mesurées et préciser quel appareil est utilisé pour chacune.

2. La puissance électrique

2.1 Qu'est-ce que la puissance ?

Définition La puissance électrique \(P\) d'un appareil représente la quantité d'énergie qu'il consomme (ou fournit) par unité de temps. Elle s'exprime en watts (W).

Plus un appareil est puissant, plus il consomme d'énergie rapidement. Par exemple, un radiateur de 2 000 W consomme deux fois plus d'énergie par seconde qu'un radiateur de 1 000 W.

Analogie : La puissance est comparable au débit d'un robinet. Un robinet grand ouvert (forte puissance) remplit un seau plus vite qu'un robinet à peine ouvert (faible puissance). Le volume d'eau dans le seau correspond à l'énergie totale consommée.

2.2 Relation entre puissance, tension et intensité

Propriété En régime continu, la puissance électrique reçue par un appareil est égale au produit de la tension à ses bornes par l'intensité du courant qui le traverse :
\[ P = U \times I \]

avec : \(P\) en watts (W), \(U\) en volts (V), \(I\) en ampères (A)

Méthode Vérification expérimentale de la relation \(P = U \times I\)
  1. Monter un circuit avec une alimentation réglable, une résistance chauffante, un voltmètre en dérivation et un ampèremètre en série.
  2. Mesurer la puissance affichée par le wattmètre (ou lue sur l'alimentation).
  3. Pour chaque mesure, noter \(U\), \(I\) et calculer le produit \(U \times I\).
  4. Comparer avec la puissance mesurée : on constate que \(P \approx U \times I\).

On peut aussi exprimer la tension ou l'intensité à partir de la puissance :

\[ U = \frac{P}{I} \qquad \text{et} \qquad I = \frac{P}{U} \]
Exemple 1 : Un convecteur électrique fonctionne sous une tension de 230 V et consomme une puissance de 1 500 W. Calculer l'intensité du courant.

\(I = \dfrac{P}{U} = \dfrac{1\,500}{230} \approx 6{,}5 \text{ A}\)

Exemple 2 : Un circulateur de chauffage central fonctionne sous 24 V et absorbe un courant de 3,5 A. Calculer sa puissance.

\(P = U \times I = 24 \times 3{,}5 = 84 \text{ W}\)

Attention La puissance indiquée sur la plaque signalétique d'un appareil est sa puissance nominale : c'est la puissance pour laquelle il a été conçu pour fonctionner de manière optimale. Un fonctionnement à une tension différente modifie la puissance réellement reçue.
Application

Un plancher chauffant électrique est alimenté sous 230 V. Son intensité nominale est de 5,2 A. Calculer sa puissance nominale.

3. L'énergie électrique

3.1 Relation entre énergie, puissance et durée

Définition L'énergie électrique \(E\) est la quantité totale d'énergie consommée (ou fournie) par un appareil pendant une certaine durée. C'est le produit de la puissance par le temps de fonctionnement.
\[ E = P \times t \]

avec : \(E\) en joules (J), \(P\) en watts (W), \(t\) en secondes (s)

On peut aussi écrire, en remplaçant \(P\) par \(U \times I\) :

\[ E = U \times I \times t \]
Exemple 3 : Un sèche-serviettes de 750 W fonctionne pendant 2 heures. Calculer l'énergie consommée en joules.

On convertit d'abord la durée : \(t = 2 \text{ h} = 2 \times 3\,600 = 7\,200 \text{ s}\)

\(E = P \times t = 750 \times 7\,200 = 5\,400\,000 \text{ J} = 5{,}4 \text{ MJ}\)

3.2 Le joule et le kilowattheure

Définition
Propriété Conversion entre joules et kilowattheures :
\[ 1 \text{ kWh} = 1\,000 \times 3\,600 = 3\,600\,000 \text{ J} = 3{,}6 \text{ MJ} \]
Méthode Choisir la bonne unité : La deuxième méthode est bien plus pratique pour les calculs de coûts d'énergie.
Exemple 4 : Reprenons le sèche-serviettes de 750 W fonctionnant 2 h. Calculer l'énergie en kWh.

\(P = 750 \text{ W} = 0{,}75 \text{ kW}\)

\(E = P \times t = 0{,}75 \times 2 = 1{,}5 \text{ kWh}\)

Vérification : \(1{,}5 \times 3\,600\,000 = 5\,400\,000 \text{ J}\). On retrouve le même résultat.

Exemple 5 — Contexte professionnel : Un installateur thermique met en service un plancher chauffant électrique de puissance 1 200 W. Le client souhaite connaître le coût de fonctionnement sur une journée (8 h de chauffe) au tarif de 0,22 €/kWh.

\(E = P \times t = 1{,}2 \times 8 = 9{,}6 \text{ kWh}\)

Coût = \(E \times \text{tarif} = 9{,}6 \times 0{,}22 = 2{,}11 \text{ €}\)

Application

Un sèche-serviettes de 500 W fonctionne 3 heures par jour. Calculer l'énergie consommée en 30 jours, d'abord en kWh, puis estimer le coût au tarif de 0,20 €/kWh.

4. Mesurer la puissance et l'énergie

4.1 Le wattmètre

Le wattmètre est l'appareil qui mesure directement la puissance électrique. Il possède quatre bornes :

4.2 Le compteur d'énergie

Le compteur d'énergie (compteur EDF, compteur Linky) mesure l'énergie en kWh. Il totalise en permanence la consommation : la différence de relevé entre deux dates donne l'énergie consommée pendant cette période.

Exemple 6 : Le compteur d'un logement indique 15 234 kWh le 1er janvier et 16 012 kWh le 1er février. L'énergie consommée en janvier est :

\(E = 16\,012 - 15\,234 = 778 \text{ kWh}\)

5. Rendement d'un appareil électrique (pour aller plus loin)

Hors programme — pour aller plus loin Le rendement ne figure pas au programme du groupement 1 en Première. Cette section est proposée en culture métier, car le rendement des chaudières et le COP des pompes à chaleur sont omniprésents dans les documentations techniques. En évaluation, la formule sera toujours fournie.
Définition Le rendement \(\eta\) (lettre grecque « êta ») d'un appareil est le rapport entre l'énergie utile (ou la puissance utile) et l'énergie totale consommée (ou la puissance totale).
\[ \eta = \frac{P_{\text{utile}}}{P_{\text{totale}}} = \frac{E_{\text{utile}}}{E_{\text{totale}}} \]

Le rendement est un nombre sans unité, compris entre 0 et 1 (souvent exprimé en %).

Attention Aucun appareil n'a un rendement de 100 %. Une partie de l'énergie est toujours dissipée sous forme de chaleur (effet Joule), de bruit ou de vibrations.
Application

Une chaudière à condensation consomme 4 200 W de puissance thermique et fournit 3 990 W de chaleur utile au circuit de chauffage. Calculer son rendement en pourcentage.

Exemple 7 — Pompe à chaleur : Un technicien CVC installe une pompe à chaleur (PAC) qui consomme 1 200 W de puissance électrique et fournit 4 200 W de puissance thermique.

Pour une PAC, on parle de coefficient de performance (COP) plutôt que de rendement :

\(\text{COP} = \dfrac{P_{\text{thermique}}}{P_{\text{électrique}}} = \dfrac{4\,200}{1\,200} = 3{,}5\)

La PAC restitue 3,5 fois plus d'énergie thermique qu'elle ne consomme d'énergie électrique. C'est possible car elle puise de l'énergie dans l'air extérieur.

6. Applications professionnelles

6.1 Dimensionner une protection électrique

Connaître la puissance d'un appareil permet de calculer l'intensité du courant et donc de choisir le disjoncteur et la section de câble adaptés.

Exemple 8 : Un plombier chauffagiste doit raccorder un chauffe-eau de 2 300 W sous 230 V. Quel disjoncteur choisir ?

\(I = \dfrac{P}{U} = \dfrac{2\,300}{230} = 10 \text{ A}\)

On choisit un disjoncteur de 16 A (calibre normalisé supérieur à 10 A) et un câble de section 2,5 mm².

6.2 Estimer une facture d'énergie

Méthode Calculer le coût de fonctionnement d'un appareil :
  1. Convertir la puissance en kW : diviser par 1 000.
  2. Calculer l'énergie en kWh : \(E = P_{\text{kW}} \times t_{\text{h}}\).
  3. Multiplier par le tarif au kWh pour obtenir le coût.
Exemple 9 — Retour à la situation professionnelle :

Répondons aux questions de Léa sur le chauffe-eau de 2 300 W fonctionnant 4 h :

  1. Intensité : \(I = \dfrac{P}{U} = \dfrac{2\,300}{230} = 10 \text{ A}\)
  2. Énergie : \(E = P \times t = 2{,}3 \times 4 = 9{,}2 \text{ kWh}\)
  3. Coût : \(9{,}2 \times 0{,}18 = 1{,}66 \text{ €}\)

6.3 Comparer des systèmes de chauffage

Exemple 10 : Un technicien de maintenance énergétique compare deux radiateurs pour un bureau de 15 m² :

Puissance utile du radiateur A : \(P_{\text{utile}} = 1\,500 \times 0{,}95 = 1\,425 \text{ W}\)

Puissance utile du radiateur B : \(P_{\text{utile}} = 1\,200 \times 0{,}98 = 1\,176 \text{ W}\)

Pour 8 h de fonctionnement par jour pendant 30 jours :

Le radiateur B est plus économique malgré une puissance utile légèrement inférieure, car il consomme moins.

À retenir

Simulation interactive

7. Erreurs fréquentes

Erreur 1 Confondre puissance et énergie

La puissance (\(P\), en watts) indique la vitesse à laquelle l'énergie est consommée. L'énergie (\(E\), en joules ou kWh) est la quantité totale consommée sur une durée. Un radiateur de 2 000 W ne consomme pas "2 000 kWh" : il faut multiplier par la durée de fonctionnement.

Erreur 2 Oublier de convertir les unités avant le calcul

Dans \(E = P \times t\), la puissance doit être en W et le temps en secondes pour obtenir des joules. Si l'on veut des kWh, il faut exprimer \(P\) en kW et \(t\) en heures. Mélanger les unités (ex. : W et heures) donne un résultat faux.

Erreur 3 Brancher l'ampèremètre en dérivation

Un ampèremètre doit toujours être branché en série dans le circuit. Le brancher en dérivation revient à court-circuiter le dipôle : cela peut griller l'ampèremètre ou endommager l'installation.

Erreur 4 Croire que le rendement d'une PAC ne peut pas dépasser 1

Le coefficient de performance (COP) d'une pompe à chaleur peut être supérieur à 1 (souvent entre 3 et 5), car la PAC puise de l'énergie dans l'environnement (air, sol) en plus de l'énergie électrique qu'elle consomme. Cela ne viole pas les lois de la thermodynamique.

Erreur 5 Confondre puissance nominale et puissance réelle

La puissance nominale indiquée sur la plaque signalétique est la puissance de fonctionnement optimal. En pratique, si la tension du réseau est légèrement différente ou si l'appareil vieillit, la puissance réelle peut différer. Pour les calculs de dimensionnement, on utilise la puissance nominale avec un facteur de sécurité.