Watt
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Le watt (symbole W) est une unité dérivée du système international pour quantifier une puissance, un flux énergétique et un flux thermique. Un watt est la puissance d'un système énergétique dans lequel une énergie de 1 joule est transférée uniformément pendant 1 seconde[1]. 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 :


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

Sommaire

En électricité

En électricité, le watt est l'unité de puissance d'un système débitant une intensité de ampère sous une tension de 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 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, un réacteur nucléaire français a une puissance installée comprise entre 900 MW et 1 450 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.

En régime alternatif, le watt est l'unité de puissance active d'un système.

Diagramme complexe de la puissance en régime alternatif :
Puissance réelle (P, en watt, W)
Puissance réactive (Q, en voltampère réactif, VAr)
Puissance complexe (S, en voltampère, VA)
Puissance apparente (abs(S), en voltampère, VA)

En mécanique

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

Ordres de grandeur

Article détaillé : Ordre de grandeur (puissance).

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

Le watt peut être considéré comme une petite unité :

  • une centrale nucléaire a une puissance de plusieurs milliards de watts ; la centrale nucléaire de Gravelines dispose d'une puissance nominale de 5,4 GW ;
  • une motrice de train a une puissance moyenne de 4 MW ;
  • un moteur d'automobile de 100 ch délivre une puissance de 73 600 W, c'est-à-dire 73,6 kW (1ch = 736 W) ;
  • une machine à laver le linge nécessite une puissance de l'ordre de 1 000 à 2 000 W ;
  • un coureur cycliste professionnel de très haut niveau peut délivrer à plein effort, par exemple lors d'une course contre la montre ou lors d'une épreuve de montagne, une puissance instantanée (sur une durée de l'ordre de 30 à 45 minutes) d'environ[2] 430 W ;
  • 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 ») ;
  • ordres de grandeur pour différents types d'ordinateurs individuels :
    • un ordinateur low cost de type netbook ou nettop nécessite environ[3] 15 W,
    • un ordinateur de bureau fixe avec son écran à cristaux liquides nécessite une puissance de 90 à 200 W environ[4],[5],
    • un ordinateur de joueur nécessite une puissance de 250 à 800 W pour des configurations respectives de 1 à 4 GPU[6].

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 thermiques. 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 munis d'indices) 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.

Notes et références

  1. Élie Lévy, Dictionnaire de Physique, Presses universitaires de France, Paris, 1988, p. 835.
  2. Frédéric Grappe, Cyclisme et optimisation de la performance – Science et méthodologie de l'entraînement, éd. De Boeck Université, coll. « Sciences et pratiques du sport », 2005, 448 p. (ISBN 2-8041-4894-7 et 9782804148942), chap. 17-18, p. 350-366 [lire en ligne sur books.google.fr (page consultée le 9 juin 2009)].
  3. « Dossier netbook (partie II) – Les critères technologiques... » sur le site tt-hardware.com.
  4. « Bureautique – Check-list », sur le site energie.wallonie.be, consulté le 12 juin 2009.
  5. « Fiche Conseil no 105 – L'énergie au bureau », 2005, sur le site ecoconso.be, consulté le 12 juin 2009.
  6. (en) « Radeon HD 4870 X2 preview », sur le site guru3d.com.

Voir aussi


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