Cours en ligne et simulateur de thermodynamique appliquée

Equivalences énergétiques

Unités fondamentales

L'unité officielle du système international (SI) est le Joule (1 J), égal au travail produit par une force de 1 Newton dont le point d'application se déplace de 1 m dans la direction de la force.

Il se trouve cependant que cette valeur n'est pas très parlante, de telle sorte qu'elle est assez peu utilisée en pratique.

Historiquement, la calorie a longtemps été employée pour mesurer les quantités de chaleur. Elle représente l'énergie nécessaire pour élever la température de 1 gramme d'eau de 1 °C à la pression atmosphérique. Cette valeur variant légèrement selon la température initiale de l'eau, des différences existent entre les définitions utilisées. Nous retiendrons l'équivalence suivante :

1 cal = 4,187 J (International Steam Table calorie)

Une définition équivalente est utilisée dans le système britannique, encore très employé notamment aux États-Unis, celle de la British Thermal Unit ou BTU qui représente la quantité de chaleur nécessaire pour accroître d'un degré Fahrenheit la température d'une masse d'eau de 1 livre (pound), soit 0,4535924 kg.

Avec la même convention que pour la calorie, on a l'équivalence suivante :

1 BTU = 1055,6 J

Ce qui implique :

1 BTU = 251,984 cal

Au Joule, unité d'énergie, correspond le Watt, unité de puissance : une puissance de 1 W mise en jeu pendant 1 seconde libère une énergie de 1 Joule.

Le kilowatt-heure (kWh) représente l'énergie libérée pendant 1 heure par un appareil de puissance 1 kW.

Le kilowatt et le kilowatt-heure sont les unités de puissance et d'énergie le plus souvent utilisées pour mesurer l'électricité.

Par définition :

1 Wh = 3600 J

1 kWh = 3,6 106 J = 3,6 MJ

Unités dérivées

Pour étudier les consommations et productions d'énergie au niveau d'un pays, les unités employées sont rarement le Joule ou la calorie.

L'importance du pétrole dans les bilans énergétiques de nombreux pays explique que l'on exprime fréquemment les quantités d'énergie en les ramenant à leur équivalent pétrole. On parle ainsi de tonnes équivalent pétrole (tep), de kilogrammes équivalent pétrole (kep), ou de barils équivalent pétrole (bep).

D'autres unités sont aussi utilisées. Elles dépendent des sources d'énergie considérées et de leurs caractéristiques, qui varient souvent beaucoup selon les cas. Pour le gaz naturel, on emploie les mètres cubes (m3) ou les pieds cubes (cf) dans des conditions standard de température et pression (à 25 °C, 1 atm pour les m3, 60 °F, 30 inHg pour les cf). L'équivalence entre ces deux unités est :

  • 1 Nm3 = 37,24 Ncf

  • 1 Nm3 = 38 MJ

  • 1 cf = 1020 Btu

Les énergies primaires ou finales sont souvent comptabilisées en termes de millions ou de milliards de tonnes équivalent pétrole, ou bien encore, dans les pays utilisant le système britannique, en quadrillion Btu (quad) :

1 quad = 1 1015 Btu = 1.055 1018 J

Des conversions entre ces unités sont possibles, mais elles comportent nécessairement une part d'arbitraire, de telle sorte que les valeurs peuvent différer selon les auteurs. L'AIE/OCDE retient les équivalences suivantes :

  • 1 tep = 41,868 GJ = 39,68 MBtu = 11,63 MWh

  • 1 bep = 5,8 MBtu = 0,146 tep

  • 1 tep = 6,84 bep

  • 1 quad = 25,2 Mtep

Notons que des valeurs assez différentes de l'équivalence tep/bep peuvent être trouvées dans la littérature, notamment 1 tep = 7,33 bep, ce qui représente un écart de 7,14 %, qui peut s'expliquer par des variations de la densité et du pouvoir calorifique des bruts utilisés comme références. Par exemple, BP utilise un facteur de conversion de l'ordre de 7 dans le BP statistical review of world energy.

Facteurs de conversion

Les équivalences ci-dessous vous permettront d'assurer la conversion entre celles qui sont le plus fréquemment rencontrées.

PETROLE :

  • 1 tonne = 6,84 barils

  • 1 baril/jour pendant 1 an ≈ 50 t

  • 1 tep = 41,868 GJ

  • 1 tep = 11 628 kWh

  • 1 bep = 5,8 MBtu

GAZ NATUREL :

  • 1 m3 = 38 MJ

  • 106 m3 ≈ 910 tep

  • 1 cf = 1020 Btu

  • 109 cf ≈ 25 tep

CHARBON :

  • 1 t = 0,7 tep (houille)

  • 1 t = 0,55 tep (charbon sous-bitumineux)

  • 1 t = 0,25 tep (lignite)

ÉLECTRICITÉ :

  • 1 MWh = 0,2606 tep (équivalence à la production)

  • 1 MWh = 0,086 tep (équivalence à la consommation)

copyright R. Gicquel

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