Watt (unité)

Watt (unité) : encyclopédie physique

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Le watt (symbole W) est une unité dérivée du système international pour la puissance. Un watt est la puissance d'un système énergétique dans lequel est transférée uniformément une énergie de 1 joule pendant 1 seconde^[1]. C'est également l'unité de flux énergétique et de flux thermique. Le terme provient du nom de l'ingénieur James Watt qui a contribué au développement de la machine à vapeur.

Un Watt est égal à un Joule par seconde, ou un newton mètre par seconde ou encore un kilogramme mètre carré par seconde au cube :

$W = J \cdot s^{-1} = N \cdot m \cdot s^{-1} = kg \cdot m^2 \cdot s^{-3}$

Sommaire

[modifier] En électricité

En électricité, le watt est la puissance d'un système débitant une intensité de 1 ampère sous une tension de 1 volt. C'est le produit de la tension par l'intensité :

$P(t) = U(t) \cdot I(t)$

P (t)

– puissance en fonction de

t

- (watt).

U (t)

– tension électrique en fonction de

t

- (volt).

I (t)

– courant électrique en fonction de

t

- (ampère).

Il peut s'agir d'une puissance moyenne, efficace ou instantanée, selon la nature des courants et des tensions (continu ou alternatif) et de leur variation en fonction du temps.

En intégrant cette puissance sur un temps de 1 heure, on obtient une quantité d'énergie dont l'unité pratique courante est le kilowatt-heure équivalent à 3 600 000 joules.

Le mégawatt (MW) – soit un million de watts – est une unité fréquemment utilisée en production électrique, une tranche de centrale nucléaire française (qui en comprend en général quatre) délivre généralement une puissance de 1 300 MW électriques.

Le gigawatt (GW) correspond, lui, à un milliard (10⁹) de watts.

Le térawatt (TW) – soit mille milliards (10¹²) de watts – est utilisé pour des évaluations globales de puissances.

[modifier] En mécanique

En mécanique le watt est la puissance développée par une force de 1 newton se déplaçant sur une distance de 1 mètre pendant 1 seconde. Si le point d'application d'une force de 1 newton se déplace à la vitesse de 1 m/s la puissance vaut 1 watt :

$P = \frac{F \cdot d}{t} = \int F \cdot \mathrm{d}v = \frac{\mathrm{d}W}{\mathrm{d}t}$

F

– force - (newton).

d

– distance -(mètre).

t

– temps - (seconde).

v

– vitesse - (m/s).

W

– travail-(joule).

[modifier] Ordres de grandeur

À l'image de l'accélération qui ne doit pas être confondue avec la notion de vitesse, la notion de puissance (mesurée en watts) ne doit pas être confondue avec la notion d’énergie (mesurée en joules). La puissance étant le quotient de l'énergie par le temps.

Ainsi, si un travail de 600 J doit être produit (correspondant par exemple à l'énergie à fournir pour élever la température d'un verre d'eau de 100 cm³ de 18,5 °C à 20 °C), il s'effectuera par exemple :

en 10 minutes (soit 600 secondes) avec une machine d'une puissance de 1 W (en pratique : appareil en mode « veille » ) ;
en 1 minute (soit 60 secondes) avec une machine d'une puissance de 10 W (en pratique : puissance d'une petite ampoule électrique) ;
en 1 seconde avec une machine d'une puissance de 600 W (en pratique : puissance d'une perceuse électrique).

Le watt peut être considéré comme une petite unité. Pour mémoire :

une automobile citadine de 100 ch délivre une puissance de 73 600 W, c'est-à-dire 73,6 kW (1ch = 736 W) ;
un coureur cycliste professionnel peut délivrer à plein effort, et sur un court instant, une puissance de 1 500 W, c'est-à-dire 1,5 kW ;
une machine à laver le linge nécessite une puissance de l'ordre de 1 000 à 2 000 W ;
un ordinateur de bureau fixe avec son écran à cristaux liquides consomme une puissance de 150 à 200 W environ ;
une ampoule électrique courante à incandescence requiert une puissance de 60 W (5 fois moins pour une lampe fluorescente à ballast électronique dite « basse consommation »).

[modifier] Watt électrique et thermique

Le terme technique « watt électrique » (symbole : We) correspond à la production de puissance électrique. Ses multiples sont le mégawatt électrique (MWe) et le gigawatt électrique (GWe).

Le terme technique « watt thermique » (symbole : Wt ou Wth) correspond à la production de puissance thermique. Ses multiples sont le mégawatt thermique (MWt ou MWth) et le gigawatt thermique (GWt ou GWth).

Cette précision est utilisée couramment pour distinguer la production électrique de la dissipation thermique d'une centrale. La puissance d'une centrale est généralement exprimée sous forme de puissance électrique (correspondant au terme technique « MWe »). La puissance thermique d'une centrale nucléaire est typiquement trois fois sa puissance électrique. La différence correspondant au rendement thermodynamique (directement lié à la température de fonctionnement) et aux pertes de conversion, étant donné que la transformation d'énergie thermique en énergie électrique ne peut se faire qu'avec des pertes (rendement de l'ordre de 30 à 40 %). Elle explique le besoin de refroidissement important des centrales thermique. Par exemple, la centrale nucléaire d'Embalse en Argentine génère 2 109 MW de chaleur (2 109 MWth) pour seulement 648 MW d'électricité (648 MWe).

Cet usage (de symboles indicés) n'est pas recommandé par le Bureau international des poids et mesures (BIPM), qui considère qu'il n'y a qu'un seul watt – c'est la quantité mesurée qui change, pas l'unité utilisée pour la mesure.