Convertisseur Énergie
Énergie — des calories aux kilowattheures
Comprenez l'énergie au quotidien : calories alimentaires, kWh des appareils, BTU du chauffage et électronvolts en physique. Convertissez en toute confiance avec des exemples clairs.
Fondamentaux de l'énergie
Qu'est-ce que l'énergie ?
Capacité à effectuer un travail ou à produire de la chaleur. Souvent mesurée en travail mécanique, chaleur ou énergie électrique.
La puissance est liée à l'énergie par le temps : puissance = énergie/temps (W = J/s).
- Base SI : joule (J)
- Électrique : Wh et kWh
- Nutrition : Calorie = kilocalorie (kcal)
Contexte quotidien
Les factures d'électricité sont en kWh ; les appareils indiquent la puissance (W) que vous multipliez par le temps pour obtenir des kWh.
Les étiquettes alimentaires utilisent des Calories (kcal). Le chauffage/refroidissement utilise souvent des BTU.
- Charge de téléphone : ~10 Wh
- Douche (10 min, chauffe-eau de 7 kW) : ~1,17 kWh
- Repas : ~600–800 kcal
Science et micro‑énergie
La physique des particules utilise l'eV pour les énergies des photons et des particules.
À l'échelle atomique, les énergies de Hartree et de Rydberg apparaissent en mécanique quantique.
- 1 eV = 1,602×10⁻¹⁹ J
- Photon visible : ~2–3 eV
- L'énergie de Planck est extrêmement grande (théorique)
- Convertissez via les joules (J) pour plus de clarté et de précision
- Le kWh est pratique pour l'énergie domestique ; la kcal pour la nutrition
- Le BTU est courant en CVC ; l'eV en physique
Aides-mémoire
Calcul mental rapide
kWh ↔ MJ
1 kWh = 3,6 MJ exactement. Multipliez par 3,6 ou divisez par 3,6.
kcal ↔ kJ
1 kcal ≈ 4,2 kJ. Arrondissez à 4 pour des estimations rapides.
BTU ↔ kJ
1 BTU ≈ 1,055 kJ. Environ 1 BTU ≈ 1 kJ pour les estimations.
Wh ↔ J
1 Wh = 3 600 J. Pensez : 1 watt pendant 1 heure = 3 600 secondes.
Calories alimentaires
1 Cal (alimentaire) = 1 kcal = 4,184 kJ. Le 'C' majuscule signifie kilocalorie !
kW × heures → kWh
Puissance × Temps = Énergie. Un radiateur de 2 kW × 3 heures = 6 kWh consommés.
Références visuelles de l'énergie
| Scenario | Energy | Visual Reference |
|---|---|---|
| Ampoule LED (10 W, 10 heures) | 100 Wh (0,1 kWh) | Coûte ~$0,01 aux tarifs habituels |
| Charge complète d'un smartphone | 10-15 Wh | Assez pour charger ~60-90 fois à partir de 1 kWh |
| Tranche de pain | 80 kcal (335 kJ) | Pourrait alimenter une ampoule de 100 W pendant ~1 heure |
| Douche chaude (10 min) | 1-2 kWh | Même énergie que le fonctionnement de votre frigo pendant une journée |
| Repas complet | 600 kcal (2,5 MJ) | Assez d'énergie pour soulever une voiture de 1 mètre |
| Batterie de voiture électrique (60 kWh) | 216 MJ | Équivaut à 30 000 Calories alimentaires ou 20 jours de nourriture |
| Litre d'essence | 34 MJ (9,4 kWh) | Mais les moteurs gaspillent 70 % sous forme de chaleur ! |
| Éclair | 1-5 GJ | Semble énorme mais n'alimente une maison que pendant quelques heures |
Pièges courants
- Confondre kW et kWhFix: Le kW est une puissance (un débit), le kWh est une énergie (une quantité). Un radiateur de 2 kW fonctionnant 3 heures consomme 6 kWh.
- Calorie vs. calorieFix: Les étiquettes alimentaires utilisent 'Calorie' (avec un C majuscule) = kilocalorie = 1 000 calories (avec un c minuscule). 1 Cal = 1 kcal = 4,184 kJ.
- Ignorer l'efficacitéFix: L'essence contient 9,4 kWh/litre, mais les moteurs n'ont qu'une efficacité de 25-30 %. L'énergie utile réelle est d'environ 2,5 kWh/litre !
- mAh d'une batterie sans tensionFix: 10 000 mAh ne signifient rien sans la tension ! À 3,7 V : 10 000 mAh × 3,7 V ÷ 1000 = 37 Wh.
- Mélanger les factures d'énergie et de puissanceFix: Les factures d'électricité facturent par kWh (énergie), et non par kW (puissance). Votre tarif est en €/kWh, pas en €/kW.
- Oublier le temps dans les calculs d'énergieFix: Puissance × Temps = Énergie. Faire fonctionner un radiateur de 1 500 W pendant 2 heures = 3 kWh, et non 1,5 kWh !
Où chaque unité trouve sa place
Maison et appareils
L'énergie électrique est facturée en kWh ; estimez la consommation en multipliant la puissance par le temps.
- Ampoule LED 10 W × 5 h ≈ 0,05 kWh
- Four 2 kW × 1 h = 2 kWh
- La facture mensuelle additionne tous les appareils
Alimentation et nutrition
Les Calories sur les étiquettes sont des kilocalories (kcal) et sont souvent associées aux kJ.
- 1 kcal = 4,184 kJ
- Apport quotidien ~2 000–2 500 kcal
- kcal et Cal (alimentaire) sont identiques
Chauffage et combustibles
Les BTU, les therms et les équivalents de carburant (BOE/TOE) apparaissent dans le domaine du CVC et sur les marchés de l'énergie.
- 1 therm = 100 000 BTU
- Le gaz naturel et le pétrole utilisent des équivalents normalisés
- Les conversions kWh ↔ BTU sont courantes
Comment fonctionnent les conversions
- Wh × 3600 → J ; kWh × 3,6 → MJ
- kcal × 4,184 → kJ ; cal × 4,184 → J
- eV × 1,602×10⁻¹⁹ → J ; J ÷ 1,602×10⁻¹⁹ → eV
Conversions courantes
| De | À | Facteur | Exemple |
|---|---|---|---|
| kWh | MJ | × 3,6 | 2 kWh = 7,2 MJ |
| kcal | kJ | × 4,184 | 500 kcal = 2 092 kJ |
| BTU | J | × 1 055,06 | 10 000 BTU ≈ 10,55 MJ |
| Wh | J | × 3 600 | 250 Wh = 900 000 J |
| eV | J | × 1,602×10⁻¹⁹ | 2 eV ≈ 3,204×10⁻¹⁹ J |
Exemples rapides
Référence rapide
Calcul rapide du coût des appareils
Énergie (kWh) × prix par kWh
- Exemple : 2 kWh × 0,20 € = 0,40 €
- 1 000 W × 3 h = 3 kWh
Aide-mémoire pour batteries
mAh × V ÷ 1000 ≈ Wh
- 10 000 mAh × 3,7 V ≈ 37 Wh
- Wh ÷ W de l'appareil ≈ autonomie (heures)
Calcul rapide du CO₂
Estimez les émissions dues à l'utilisation d'électricité
- CO₂ = kWh × intensité du réseau
- Exemple : 5 kWh × 400 gCO₂/kWh = 2 000 g (2 kg)
- Un réseau bas carbone (100 g/kWh) réduit cela de 75 %
Erreurs puissance vs. énergie
Confusions courantes
- Le kW est une puissance (un débit) ; le kWh est une énergie (une quantité)
- Un radiateur de 2 kW pendant 3 h consomme 6 kWh
- Les factures utilisent des kWh ; les plaques des appareils indiquent des W/kW
Introduction aux énergies renouvelables
Bases du solaire et de l'éolien
Les énergies renouvelables génèrent une puissance (kW) qui s'intègre au fil du temps en énergie (kWh).
La production varie avec la météo ; les moyennes à long terme sont importantes.
- Facteur de capacité : % de la production maximale au fil du temps
- Solaire en toiture : ~900–1 400 kWh/kW·an (dépendant de l'emplacement)
- Parcs éoliens : facteur de capacité souvent de 25–45 %
Stockage et décalage
Les batteries stockent les surplus et décalent l'énergie vers les moments où elle est nécessaire.
- La capacité en kWh par rapport à la puissance en kW est importante
- L'efficacité aller-retour est < 100 % (pertes)
- Les tarifs heures pleines/heures creuses encouragent le décalage
Aide-mémoire sur la densité énergétique
| Source | Par masse | Par volume | Notes |
|---|---|---|---|
| Essence | ~46 MJ/kg (~12,8 kWh/kg) | ~34 MJ/L (~9,4 kWh/L) | Approx. ; dépend du mélange |
| Diesel | ~45 MJ/kg | ~36 MJ/L | Densité volumétrique légèrement supérieure à celle de l'essence |
| Carburéacteur | ~43 MJ/kg | ~34 MJ/L | Gamme du kérosène |
| Éthanol | ~30 MJ/kg | ~24 MJ/L | Inférieure à celle de l'essence |
| Hydrogène (700 bar) | ~120 MJ/kg | ~5–6 MJ/L | Élevée par masse, faible par volume |
| Gaz naturel (STP) | ~55 MJ/kg | ~0,036 MJ/L | Le GNC/GNL a une densité volumétrique beaucoup plus élevée |
| Batterie Li‑ion | ~0,6–0,9 MJ/kg (160–250 Wh/kg) | ~1,4–2,5 MJ/L | Dépend de la chimie |
| Batterie plomb‑acide | ~0,11–0,18 MJ/kg | ~0,3–0,5 MJ/L | Faible densité, peu coûteuse |
| Bois (sec) | ~16 MJ/kg | Varie | Dépend de l'espèce et de l'humidité |
Comparaison de l'énergie à différentes échelles
| Application | Joules (J) | kWh | kcal | BTU |
|---|---|---|---|---|
| Photon unique (visible) | ~3×10⁻¹⁹ | ~10⁻²² | ~7×10⁻²⁰ | ~3×10⁻²² |
| Un électronvolt | 1,6×10⁻¹⁹ | 4,5×10⁻²³ | 3,8×10⁻²⁰ | 1,5×10⁻²² |
| Fourmi soulevant un grain | ~10⁻⁶ | ~10⁻⁹ | ~2×10⁻⁷ | ~10⁻⁹ |
| Pile AA | 9 360 | 0,0026 | 2,2 | 8,9 |
| Charge de smartphone | 50 000 | 0,014 | 12 | 47 |
| Tranche de pain | 335 000 | 0,093 | 80 | 318 |
| Repas complet | 2 500 000 | 0,69 | 600 | 2 370 |
| Douche chaude (10 min) | 5,4 MJ | 1,5 | 1 290 | 5 120 |
| Apport alimentaire quotidien | 10 MJ | 2,8 | 2 400 | 9 480 |
| Litre d'essence | 34 MJ | 9,4 | 8 120 | 32 200 |
| Batterie de Tesla (60 kWh) | 216 MJ | 60 | 51 600 | 205 000 |
| Éclair | 1-5 GJ | 300-1 400 | 240k-1,2M | 950k-4,7M |
| Tonne de TNT | 4,184 GJ | 1 162 | 1 000 000 | 3,97M |
| Bombe d'Hiroshima | 63 TJ | 17,5M | 15 milliards | 60 milliards |
Repères quotidiens
| Chose | Énergie typique | Notes |
|---|---|---|
| Charge complète d'un téléphone | ~10–15 Wh | ~36–54 kJ |
| Batterie d'ordinateur portable | ~50–100 Wh | ~0,18–0,36 MJ |
| 1 tranche de pain | ~70–100 kcal | ~290–420 kJ |
| Douche chaude (10 min) | ~1–2 kWh | Puissance × temps |
| Radiateur d'appoint (1 h) | 1–2 kWh | Selon le réglage de puissance |
| Essence (1 L) | ~34 MJ | Pouvoir calorifique inférieur (approx.) |
Faits énergétiques étonnants
Batterie de VE vs. Maison
Une batterie de Tesla de 60 kWh stocke la même énergie qu'une maison typique utilise en 2-3 jours — imaginez transporter 3 jours d'électricité dans votre voiture !
Le mystérieux Therm
Un therm équivaut à 100 000 BTU (29,3 kWh). Les factures de gaz naturel utilisent les therms car il est plus simple de dire '50 therms' que '5 millions de BTU' !
L'astuce de la majuscule pour les Calories
Les étiquettes alimentaires utilisent 'Calorie' (avec un C majuscule), ce qui est en fait une kilocalorie ! Donc ce biscuit de 200 Cal contient en réalité 200 000 calories (avec un c minuscule).
Le secret peu reluisant de l'essence
1 litre d'essence contient 9,4 kWh d'énergie, mais les moteurs en gaspillent 70 % sous forme de chaleur ! Seuls ~2,5 kWh servent réellement à faire avancer votre voiture. Les VE n'en gaspillent que ~10-15 %.
Le repère de 1 kWh
1 kWh peut : alimenter une ampoule de 100 W pendant 10 heures, charger 100 smartphones, griller 140 tranches de pain, ou faire fonctionner votre frigo pendant 24 heures !
La magie du freinage régénératif
Les VE récupèrent 15-25 % de l'énergie lors du freinage en transformant le moteur en générateur. C'est de l'énergie gratuite issue de l'énergie cinétique gaspillée !
E=mc² est époustouflant
Votre corps possède assez d'énergie massique (E=mc²) pour alimenter toutes les villes de la Terre pendant une semaine ! Mais convertir la masse en énergie nécessite des réactions nucléaires.
Carburant de fusée vs. Nourriture
À poids égal, le carburant de fusée a 10 fois plus d'énergie que le chocolat. Mais vous ne pouvez pas manger de carburant de fusée — l'énergie chimique ≠ l'énergie métabolique !
Records et extrêmes
| Record | Énergie | Notes |
|---|---|---|
| Usage domestique quotidien | ~10–30 kWh | Varie selon le climat et les appareils |
| Éclair | ~1–10 GJ | Très variable |
| 1 mégatonne de TNT | 4,184 PJ | Équivalent explosif |
La découverte de l'énergie : du feu antique à la physique moderne
L'énergie antique : feu, nourriture et force musculaire
Pendant des millénaires, les humains n'ont compris l'énergie qu'à travers ses effets : la chaleur du feu, la force de la nourriture, et la puissance de l'eau et du vent. L'énergie était une réalité pratique sans compréhension théorique.
- **Maîtrise du feu** (~400 000 av. J.-C.) - Les humains exploitent l'énergie chimique pour la chaleur et la lumière
- **Roues à aubes** (~300 av. J.-C.) - Les Grecs et les Romains convertissent l'énergie cinétique en travail mécanique
- **Moulins à vent** (~600 ap. J.-C.) - Les Perses capturent l'énergie éolienne pour moudre le grain
- **Compréhension de la nutrition** (antiquité) - La nourriture comme 'carburant' pour l'activité humaine, bien que le mécanisme soit inconnu
Ces applications pratiques ont précédé toute théorie scientifique de plusieurs milliers d'années. L'énergie était connue par l'expérience, et non par les équations.
L'ère mécanique : vapeur, travail et efficacité (1600-1850)
La Révolution industrielle a exigé une meilleure compréhension de la conversion de la chaleur en travail. Les ingénieurs ont mesuré l'efficacité des moteurs, ce qui a conduit à la naissance de la thermodynamique.
- **Améliorations de la machine à vapeur par James Watt** (1769) - A quantifié le travail produit, a introduit le cheval-vapeur
- **Théorie du moteur thermique de Sadi Carnot** (1824) - A prouvé les limites théoriques de la conversion de la chaleur en travail
- **Julius von Mayer** (1842) - A proposé l'équivalent mécanique de la chaleur : la chaleur et le travail sont interchangeables
- **Expériences de James Joule** (1843-1850) - A mesuré précisément : 1 calorie = 4,184 joules de travail mécanique
Les expériences de Joule ont prouvé la conservation de l'énergie : le travail mécanique, la chaleur et l'électricité sont des formes différentes de la même chose.
L'énergie unifiée : conservation et formes (1850-1900)
Le XIXe siècle a synthétisé des observations disparates en un concept unique : l'énergie se conserve, se transformant entre les formes mais n'étant jamais créée ni détruite.
- **Hermann von Helmholtz** (1847) - A formalisé la loi de la conservation de l'énergie
- **Rudolf Clausius** (années 1850) - A introduit l'entropie, montrant que l'énergie se dégrade en qualité
- **James Clerk Maxwell** (1865) - A unifié l'électricité et le magnétisme, montrant que la lumière transporte de l'énergie
- **Ludwig Boltzmann** (1877) - A relié l'énergie au mouvement atomique via la mécanique statistique
En 1900, l'énergie était comprise comme la monnaie centrale de la physique, se transformant mais se conservant dans tous les processus naturels.
L'ère quantique et atomique : E=mc² et les échelles subatomiques (1900-1945)
Le XXe siècle a révélé l'énergie aux extrêmes : l'équivalence masse-énergie d'Einstein et la mécanique quantique à l'échelle atomique.
- **Max Planck** (1900) - A quantifié l'énergie dans le rayonnement : E = hν (constante de Planck)
- **E=mc² d'Einstein** (1905) - La masse et l'énergie sont équivalentes ; une petite masse équivaut à une énergie énorme
- **Niels Bohr** (1913) - Les niveaux d'énergie atomique expliquent les raies spectrales ; l'eV devient une unité naturelle
- **Enrico Fermi** (1942) - Première réaction en chaîne nucléaire contrôlée, libérant une énergie à l'échelle du MeV
- **Projet Manhattan** (1945) - L'essai Trinity démontre un équivalent de ~22 kilotonnes de TNT (~90 TJ)
L'énergie nucléaire a validé E=mc² : la fission convertit 0,1 % de la masse en énergie, des millions de fois plus dense que les combustibles chimiques.
Paysage énergétique moderne (1950-présent)
La société d'après-guerre a standardisé les unités d'énergie pour les services publics, l'alimentation et la physique, tout en faisant face aux combustibles fossiles, aux énergies renouvelables et à l'efficacité.
- **Standardisation du kilowattheure** - Les services publics d'électricité mondiaux adoptent le kWh pour la facturation
- **Étiquetage des calories** (années 1960-90) - L'énergie alimentaire est standardisée ; la FDA impose les informations nutritionnelles (1990)
- **Révolution photovoltaïque** (années 1970-2020) - L'efficacité des panneaux solaires passe de <10 % à >20 %
- **Batteries lithium-ion** (1991-présent) - La densité énergétique passe de ~100 à 250+ Wh/kg
- **Réseaux intelligents et stockage** (années 2010) - Gestion de l'énergie en temps réel et batteries à l'échelle du réseau
L'ère climatique : décarbonisation des systèmes énergétiques
Le XXIe siècle reconnaît le coût environnemental de l'énergie. L'accent passe de la simple production d'énergie à la production efficace d'énergie propre.
- **Intensité carbone** - Les combustibles fossiles émettent 400-1000 g de CO₂/kWh ; les énergies renouvelables émettent <50 g de CO₂/kWh sur leur cycle de vie
- **Lacunes dans le stockage de l'énergie** - Les batteries stockent ~0,5 MJ/kg contre 46 MJ/kg pour l'essence ; l'anxiété liée à l'autonomie persiste
- **Intégration au réseau** - Les énergies renouvelables variables nécessitent du stockage et une réponse à la demande
- **Impératifs d'efficacité** - Les LED (100 lm/W) contre les ampoules à incandescence (15 lm/W) ; les pompes à chaleur (COP > 3) contre le chauffage résistif
La transition vers le zéro émission nette nécessite d'électrifier tout et de produire cette électricité proprement, soit une refonte complète du système énergétique.
Jalons clés dans la science de l'énergie
L'échelle de l'énergie : des murmures quantiques aux explosions cosmiques
L'énergie s'étend sur une gamme incompréhensible : des photons uniques aux supernovas. Comprendre ces échelles aide à contextualiser l'utilisation quotidienne de l'énergie.
Quantique et moléculaire (10⁻¹⁹ à 10⁻¹⁵ J)
Typical units: eV à meV
- **Énergie thermique par molécule** (température ambiante) - ~0,04 eV (~6×10⁻²¹ J)
- **Photon visible** - 1,8-3,1 eV (lumière rouge à violette)
- **Rupture de liaison chimique** - 1-10 eV (liaisons covalentes)
- **Photon de rayons X** - 1-100 keV
Échelle microscopique et humaine (1 mJ à 1 MJ)
Typical units: mJ, J, kJ
- **Moustique en vol** - ~0,1 mJ
- **Charge complète d'une pile AA** - ~10 kJ (2,7 Wh)
- **Barre de chocolat** - ~1 MJ (240 kcal)
- **Humain au repos (1 heure)** - ~300 kJ (taux métabolique de 75 kcal)
- **Batterie de smartphone** - ~50 kJ (14 Wh)
- **Grenade à main** - ~400 kJ
Domestique et véhicule (1 MJ à 1 GJ)
Typical units: MJ, kWh
- **Douche chaude (10 min)** - 4-7 MJ (1-2 kWh)
- **Apport alimentaire quotidien** - ~10 MJ (2 400 kcal)
- **Litre d'essence** - 34 MJ (9,4 kWh)
- **Batterie de Tesla Model 3** - ~216 GJ (60 kWh)
- **Usage domestique quotidien** - 36-108 MJ (10-30 kWh)
- **Gallon d'essence** - ~132 MJ (36,6 kWh)
Industriel et municipal (1 GJ à 1 TJ)
Typical units: GJ, MWh
- **Éclair** - 1-10 GJ (varie beaucoup)
- **Accident de petite voiture (100 km/h)** - ~1 GJ (énergie cinétique)
- **Tonne de TNT** - 4,184 GJ
- **Carburéacteur (1 tonne)** - ~43 GJ
- **Électricité quotidienne d'un pâté de maisons** - ~100-500 GJ
Événements à grande échelle (1 TJ à 1 PJ)
Typical units: TJ, GWh
- **Kilotonne de TNT** - 4,184 TJ (Hiroshima : ~63 TJ)
- **Production quotidienne d'une petite centrale électrique** - ~10 TJ (centrale de 100 MW)
- **Production annuelle d'un grand parc éolien** - ~1-5 PJ
- **Lancement d'une navette spatiale** - ~18 TJ (énergie du carburant)
Civilisation et géophysique (1 PJ à 1 EJ)
Typical units: PJ, TWh
- **Arme nucléaire d'une mégatonne** - 4 184 PJ (Tsar Bomba : ~210 PJ)
- **Séisme majeur (magnitude 7)** - ~32 PJ
- **Ouragan (énergie totale)** - ~600 PJ/jour (principalement sous forme de chaleur latente)
- **Production annuelle du barrage Hoover** - ~15 PJ (4 TWh)
- **Consommation énergétique annuelle d'un petit pays** - ~100-1 000 PJ
Planétaire et stellaire (1 EJ à 10⁴⁴ J)
Typical units: EJ, ZJ et au-delà
- **Consommation énergétique annuelle des États-Unis** - ~100 EJ (~28 000 TWh)
- **Consommation énergétique annuelle mondiale** - ~600 EJ (2020)
- **Éruption du Krakatoa (1883)** - ~840 PJ
- **Impact de l'astéroïde de Chicxulub** - ~4×10²³ J (100 millions de mégatonnes)
- **Production quotidienne du Soleil** - ~3,3×10³¹ J
- **Supernova (Type Ia)** - ~10⁴⁴ J (foe)
Chaque action, d'un photon frappant votre œil à l'explosion d'une étoile, est une transformation d'énergie. Nous vivons dans une bande étroite : des mégajoules aux gigajoules.
L'énergie en action : applications concrètes dans divers domaines
Nutrition et métabolisme
Les étiquettes alimentaires indiquent l'énergie en Calories (kcal). Votre corps la convertit en ATP pour le travail cellulaire avec une efficacité d'environ 25 %.
- **Taux métabolique de base** - ~1 500-2 000 kcal/jour (6-8 MJ) pour rester en vie
- **Course d'un marathon** - Brûle ~2 600 kcal (~11 MJ) en 3-4 heures
- **Barre de chocolat** - ~250 kcal pourraient alimenter un ordinateur portable de 60 W pendant ~4,5 heures (si 100 % efficace)
- **Mathématiques du régime** - 1 livre de graisse = ~3 500 kcal de déficit ; un déficit de 500 kcal/jour = 1 livre/semaine
Gestion de l'énergie domestique
Les factures d'électricité sont facturées au kWh. Comprendre la consommation des appareils permet de réduire les coûts et l'empreinte carbone.
- **LED vs. incandescence** - Une LED de 10 W équivaut à une ampoule à incandescence de 60 W ; économise 50 W × 5 h/jour = 0,25 kWh/jour = 9 €/mois
- **Charges fantômes** - Les appareils en veille gaspillent ~5-10 % de l'énergie domestique (~1 kWh/jour)
- **Pompes à chaleur** - Déplacent 3-4 kWh de chaleur en utilisant 1 kWh d'électricité (COP > 3) ; les radiateurs résistifs sont à 1:1
- **Charge d'une voiture électrique** - Une batterie de 60 kWh à 0,15 €/kWh = 9 € pour une charge complète (contre 40 € pour l'équivalent en essence)
Transport et véhicules
Les véhicules convertissent l'énergie du carburant en énergie cinétique avec des pertes importantes. Les VE sont 3 fois plus efficaces que les moteurs à combustion interne.
- **Voiture à essence** - 30 % d'efficacité ; 1 gallon (132 MJ) → 40 MJ de travail utile, 92 MJ de chaleur
- **Voiture électrique** - 85 % d'efficacité ; 20 kWh (72 MJ) → 61 MJ aux roues, 11 MJ de pertes
- **Freinage régénératif** - Récupère 10-25 % de l'énergie cinétique dans la batterie
- **Aérodynamique** - Doubler la vitesse quadruple la puissance de traînée nécessaire (P ∝ v³)
Industrie et fabrication
L'industrie lourde représente environ 30 % de la consommation mondiale d'énergie. L'efficacité des processus et la récupération de la chaleur résiduelle sont essentielles.
- **Production d'acier** - ~20 GJ par tonne (5 500 kWh) ; les fours à arc électrique utilisent de la ferraille et moins d'énergie
- **Fonderie d'aluminium** - ~45-55 GJ par tonne ; c'est pourquoi le recyclage économise 95 % d'énergie
- **Centres de données** - ~200 TWh/an dans le monde (2020) ; le PUE (Power Usage Effectiveness) mesure l'efficacité
- **Production de ciment** - ~3-4 GJ par tonne ; représente 8 % des émissions mondiales de CO₂
Systèmes d'énergie renouvelable
Le solaire, l'éolien et l'hydroélectricité convertissent l'énergie ambiante en électricité. Le facteur de capacité et l'intermittence façonnent leur déploiement.
- **Panneau solaire** - ~20 % d'efficacité ; 1 m² reçoit ~1 kW de soleil de pointe → 200 W × 5 h de soleil/jour = 1 kWh/jour
- **Facteur de capacité d'une éolienne** - 25-45 % ; une éolienne de 2 MW × 35 % de FC = 6 100 MWh/an
- **Hydroélectricité** - 85-90 % d'efficacité ; 1 m³/s tombant de 100 m ≈ 1 MW
- **Efficacité aller-retour du stockage par batterie** - 85-95 % ; pertes sous forme de chaleur lors de la charge/décharge
Applications scientifiques et physiques
Des accélérateurs de particules à la fusion laser, la recherche en physique opère à des niveaux d'énergie extrêmes.
- **Grand collisionneur de hadrons** - 362 MJ stockés dans le faisceau ; collisions de protons à 13 TeV
- **Fusion laser** - Le NIF délivre ~2 MJ en nanosecondes ; a atteint le seuil de rentabilité en 2022 (~3 MJ produits)
- **Isotopes médicaux** - Les cyclotrons accélèrent les protons à 10-20 MeV pour l'imagerie TEP
- **Rayons cosmiques** - Particule la plus énergétique détectée : ~3×10²⁰ eV (~50 J dans un seul proton !)
Catalogue des unités
Métrique (SI)
| Unité | Symbole | Joules | Notes |
|---|---|---|---|
| joule | J | 1 | Unité de base de l'énergie du SI. |
| kilojoule | kJ | 1,000 | 1 000 J ; pratique pour la nutrition. |
| mégajoule | MJ | 1,000,000 | 1 000 000 J ; échelle des appareils/industrielle. |
| gigajoule | GJ | 1.000e+9 | 1 000 MJ ; grande industrie/ingénierie. |
| microjoule | µJ | 0.000001 | Microjoule ; capteurs et impulsions laser. |
| millijoule | mJ | 0.001 | Millijoule ; petites impulsions. |
| nanojoule | nJ | 0.000000001 | Nanojoule ; événements de micro‑énergie. |
| térajoule | TJ | 1.000e+12 | 1 000 GJ ; très grandes libérations. |
Impérial / US
| Unité | Symbole | Joules | Notes |
|---|---|---|---|
| unité thermique britannique | BTU | 1,055.06 | Unité thermique britannique ; CVC et chauffage. |
| BTU (IT) | BTU(IT) | 1,055.06 | Définition IT du BTU (≈ identique au BTU). |
| BTU (thermochimique) | BTU(th) | 1,054.35 | Définition thermochimique du BTU. |
| pied-livre force | ft·lbf | 1.35582 | Pied‑livre force ; travail mécanique. |
| pouce-livre force | in·lbf | 0.112985 | Pouce‑livre force ; couple et travail. |
| million de BTU | MBTU | 1.055e+9 | Million de BTU ; marchés de l'énergie. |
| quad | quad | 1.055e+18 | 10¹⁵ BTU ; échelles énergétiques nationales. |
| therm | thm | 105,506,000 | Facturation du gaz naturel ; 100 000 BTU. |
Calories
| Unité | Symbole | Joules | Notes |
|---|---|---|---|
| calorie | cal | 4.184 | Petite calorie ; 4,184 J. |
| Calorie (alimentaire) | Cal | 4,184 | ‘Calorie’ sur l'étiquette alimentaire (kcal). |
| kilocalorie | kcal | 4,184 | Kilocalorie ; Calorie alimentaire. |
| calorie (15°C) | cal₁₅ | 4.1855 | Calorie à 15°C. |
| calorie (20°C) | cal₂₀ | 4.182 | Calorie à 20°C. |
| calorie (IT) | cal(IT) | 4.1868 | Calorie IT (≈4,1868 J). |
| calorie (thermochimique) | cal(th) | 4.184 | Calorie thermochimique (4,184 J). |
Électrique
| Unité | Symbole | Joules | Notes |
|---|---|---|---|
| kilowatt-heure | kWh | 3,600,000 | Kilowattheure ; factures de services publics et VE. |
| watt-heure | Wh | 3,600 | Wattheure ; énergie des appareils. |
| électronvolt | eV | 1.602e-19 | Électronvolt ; énergies des particules/photons. |
| gigaélectronvolt | GeV | 1.602e-10 | Gigaélectronvolt ; physique des hautes énergies. |
| gigawatt-heure | GWh | 3.600e+12 | Gigawattheure ; réseaux et centrales. |
| kiloélectronvolt | keV | 1.602e-16 | Kiloélectronvolt ; rayons X. |
| mégaélectronvolt | MeV | 1.602e-13 | Mégaélectronvolt ; physique nucléaire. |
| mégawatt-heure | MWh | 3.600e+9 | Mégawattheure ; installations plus grandes. |
Atomique / Nucléaire
| Unité | Symbole | Joules | Notes |
|---|---|---|---|
| unité de masse atomique | u | 1.492e-10 | Équivalent énergétique de 1 u (via E=mc²). |
| énergie de Hartree | Eₕ | 4.360e-18 | Énergie de Hartree (chimie quantique). |
| kilotonne de TNT | ktTNT | 4.184e+12 | Kilotonne de TNT ; énergie de grande explosion. |
| mégatonne de TNT | MtTNT | 4.184e+15 | Mégatonne de TNT ; énergie de très grande explosion. |
| constante de Rydberg | Ry | 2.180e-18 | Énergie de Rydberg ; spectroscopie. |
| tonne de TNT | tTNT | 4.184e+9 | Tonne de TNT ; équivalent explosif. |
Scientifique
| Unité | Symbole | Joules | Notes |
|---|---|---|---|
| baril d'équivalent pétrole | BOE | 6.120e+9 | Baril d'équivalent pétrole ~6,12 GJ (approx.). |
| pied cube de gaz naturel | cf NG | 1,055,060 | Pied cube de gaz naturel ~1,055 MJ (approx.). |
| dyne-centimètre | dyn·cm | 0.0000001 | Dyne‑cm ; 1 dyn·cm = 10⁻⁷ J. |
| erg | erg | 0.0000001 | Erg ; énergie CGS ; 1 erg = 10⁻⁷ J. |
| cheval-vapeur-heure | hp·h | 2,684,520 | Cheval-vapeur‑heure ; mécanique/moteurs. |
| cheval-vapeur-heure (métrique) | hp·h(M) | 2,647,800 | Cheval-vapeur‑heure métrique. |
| chaleur latente de la vapeur | LH | 2,257,000 | Chaleur latente de vaporisation de l'eau ≈ 2,257 MJ/kg. |
| énergie de Planck | Eₚ | 1.956e+9 | Énergie de Planck (Eₚ) ≈ 1,96×10⁹ J (échelle théorique). |
| tonne d'équivalent charbon | TCE | 2.931e+10 | Tonne d'équivalent charbon ~29,31 GJ (approx.). |
| tonne d'équivalent pétrole | TOE | 4.187e+10 | Tonne d'équivalent pétrole ~41,868 GJ (approx.). |
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre kW et kWh ?
Le kW est une puissance (un débit). Le kWh est une énergie (kW × heures). Les factures utilisent des kWh.
Les Calories sont-elles identiques aux kcal ?
Oui. Une ‘Calorie’ alimentaire équivaut à 1 kilocalorie (kcal) = 4,184 kJ.
Comment estimer le coût d'un appareil ?
Énergie (kWh) × tarif (par kWh). Exemple : 2 kWh × 0,20 € = 0,40 €.
Pourquoi y a-t-il autant de définitions de la calorie ?
Les mesures historiques à différentes températures ont conduit à des variantes (IT, thermochimique). Pour la nutrition, utilisez la kcal.
Quand dois-je utiliser l'eV au lieu du J ?
L'eV est naturel pour les échelles atomiques/particules. Convertissez en J pour les contextes macroscopiques.
Qu'est-ce qu'un facteur de capacité ?
La production d'énergie réelle sur une période, divisée par la production si la centrale avait fonctionné à pleine puissance 100 % du temps.
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