Puissance Énergie Rendement et pertes

Énergie

L’énergie est la « nourriture » nécessaire à toute action.
Elle peut prendre plusieurs formes : mécanique, thermique, électrique, hydraulique, chimique, etc.
Elle s'exprime en joules (J) dans le système international d'unités.
Autres unités pratiques : le Watt heure (1 Wh = 3 600 J), la calorie (1 cal = 4,18 J), la tonne équivalent pétrole (1 tep = 42 GJ)

Puissance

La puissance mesure la rapidité à laquelle l'énergie est consommée :
Puissance = Énergie / Temps
Elle s'exprime en watt (W) dans le système international d'unités, sachant que 1 W = 1 J/s (donc 1 J = 1 W.s).
Autre unité pratique : le cheval vapeur (1 ch = 736 W)

Quelle que soit la forme de l'énergie ou de la puissance, elles sont toujours le produit de 2 composantes :

• Énergie = Composante d'effort x Composante de déplacement
• Puissance = Composante d'effort x Composante de flux

Voici pour différentes formes d'énergie les composantes respectivement d'effort, de déplacement et de flux :

• Mécanique de translation : Force (en N), Distance (en m), Vitesse (en m/s)
• Mécanique de rotation : Couple (en Nm), Angle (en rad), Vitesse angulaire (en rad/s)
• Hydraulique : Pression (en Pa), Volume (en L), Débit (en L/s)
• Électrique : Tension (en V), Charge (en C ou en Ah suivant que l'énergie est exprimée en J ou en Wh), Intensité (en A)
• Thermique : Température (en K), Quantité de chaleur (en J/K), Flux de chaleur (en W/K)
  

Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme !
Lorsqu'on fait une action, on consomme de l'énergie en entrée et on obtient une énergie utile en sortie ainsi que de l'énergie inutile qu'on qualifie de pertes.
Par exemple, un moteur électrique consomme de l'énergie électrique et il fournit de l'énergie mécanique utile ainsi que de la chaleur inutile.
Comme l'énergie se conserve on a :

Énergie consommée = Énergie utile + Pertes

Le rendement mesure le rapport entre énergie utile et consommée :

Rendement = Énergie utile / Énergie consommée = Puissance utile / Puissance consommée 

Du fait de la conservation de l'énergie et de l'existence de pertes, le rendement sera toujours inférieur à 1 (où à 100%).
Certains appareils, comme les pompes à chaleur, prélèvent de l'énergie dans le milieu ambiant. Cette énergie prélevée n'est en général pas comptabilisée et le rapport de la puissance utile sur la puissance consommée peut alors être supérieur à 1. On parle alors d'efficacité énergétique ou de coefficient de performance (COP).

Dans le cas d'une chaîne d'énergie, le rendement global de la chaîne est le produit des rendements des composants de la chaîne, donc nécessairement plus petit que le plus petit des rendements des composants (en ajoutant des pertes, chaque nouveau composant « dégrade » le rendement global).

Grandeur d’effort
Une grandeur d'effort est, dans le domaine physique, une grandeur qui donne les conditions pour déplacer de la matière.
Exemple : tension électrique, force mécanique, couple, température, pression, etc…

Grandeur de flux
Une grandeur de flux est, dans le domaine physique, une grandeur correspondant à un déplacement de matière.
Exemple : courant électrique, vitesse de translation ou de rotation, flux de chaleur, débit, etc..

Puissance :
La puissance est caractérisée par le produit d’une grandeur d’effort par une grandeur de flux.

Exemples communs :
Électrique : P = U.I _ Tension U en Volts, Intensité I en A
Mécanique (translation) : P = F.V _ Force en N, Vitesse en m/s
Mécanique (rotation) : P = C.Ω_ Couple en N.m, Vitesse angulaire en Rad/s
Hydraulique : P = p.Q_ Pression p en Pascal, Débit Q en m³

Énergie:
L’unité de puissance P est le Watt, qui correspond à un travail (énergie) W de 1 Joule échangé par seconde.
W = P x t