Photo d’un poste de transformation.
Quand il est question de votre facture d’électricité, cette dernière compte votre énergie consommée en kWh (kilowattheures). Votre compteur, par contre, affiche la puissance en kVA (kilovoltampère).

La première grandeur est une énergie : c’est l’énergie électrique consommée. La seconde est une puissance électrique. Pourtant, l’unité habituelle de la puissance est le W, qu’elle soit électrique, thermique ou autre.

On a appris à l’école que la puissance (en Watt, W) d’un appareil électrique s’obtenait en multipliant la tension à ses bornes (en volts, V) par l’intensité qui la traverse (en ampères, A). La puissance étant alors des volts × ampères, donc des VA. Autrement dit, les watts sont bien équivalents à des voltampères.

Pourquoi EDF distingue les deux ? Quelle différence ?

Cet article est là pour mettre les choses au clair.

kW ? kVA ?

Selon le site d’Engie, un grand distributeur d’électricité français :

Le kW est l’unité qui représente la puissance électrique d’un appareil alors que le kVA est l’unité qui représente la charge maximale qu’un compteur électrique peut supporter. Il est ainsi important de choisir un compteur électrique adapté aux installations, sinon, avec une surcharge, le disjoncteur risque de sauter !
source

L’explication d’Engie dit que le kVA correspond à une « charge », et le kW à une puissance. Or, les deux unités sont homogènes à la même chose : une puissance. Cette définition n’est pas claire du tout.

La tension et l’intensité, en alternatif, prennent la forme de signaux sinusoïdaux, dont le produit n’est égal à la puissance que lorsqu’elles sont synchronisées, c’est-à-dire que les sinusoïdes varient en même temps.
Or, ceci n’est vrai que pour les appareils purement résistifs : bouilloires, chauffages électriques, chauffe-eau… Sur ces appareils, oui, le produit de la tension par l’intensité donne bien la puissance consommée.

Dans les autres cas, pour les autres appareils (lampes fluocompactes, frigos, machines à laver…), cela n’est plus vrai. À cause des phénomènes électromagnétiques au sein de ces appareils, la tension et l’intensité ne sont plus du tout synchronisés, et le produit de la tension par l’intensité ne permet plus de calculer la puissance électrique fournie par EDF, ni l’énergie consommée.

Par exemple, un condensateur branché en alternatif ne consomme pas d’énergie : il se charge puis se décharge à chaque alternance du courant. Durant la décharge, il restitue au réseau l’énergie qu’il a emmagasinée lors de la charge. L’énergie consommée est nulle, mais il y a bien une puissance électrique appliquée au réseau : il y a bien un courant de charge du réseau vers le condensateur, puis un courant de décharge du condensateur vers le réseau.

Ces courants circulent dans tout le réseau et y constituent une charge, mais ne sont pas facturés par EDF, car ils ne sont pas consommés. Dans ce cas-là, la « charge » sur le réseau est évalué et sont unité est le voltampère, ou VA (dont le kVA est le multiple). Les kVA sont une puissance instantanée.
Dans un condensateur, ces voltampères sont stockés puis renvoyés. Ils sont qualifiés de « voltampère réactif », ou « VAr », car il s’agit d’une forme de puissance obtenue par réaction du circuit (voir plus bas).

Si la puissance électrique est véritablement consommée, comme le fait une résistance électrique, l’énergie électrique est transformée en énergie thermique et ne retourne jamais dans le réseau, et seulement dans ces conditions on parle de watts (puissance) et de wattheures (énergie).

Le besoin d’évaluer la puissance réactive sert à EDF : elle n’est pas consommée par le client, mais va tout de même « alourdir » le réseau. Le gestionnaire du réseau doit donc en tenir compte pour dimensionnement du réseau, qui doit pouvoir supporter cette charge supplémentaire. Sauf que surdimensionner le réseau à cause de quelques appareils électriques qui tirent du courant et le renvoient sans le consommer, ça coûte cher. Il y a donc lieu d’analyser le problème et de trouver des solutions.

Note : ci-après, et dans tout l’article, je dirais « EDF » indifféremment pour désigner EDF, RTE ou Enedis.

Puissance apparente, puissance active et puissance réactive

Pour rappel : la différence entre la puissance et l’énergie, c’est que la puissance est un débit d’énergie.

Dans ce qui précède, on doit comprendre que le problème pour l’exploitant du réseau est que certains appareils absorbent puis renvoient de l’énergie électrique dans le réseau sans la consommer. Ceci est un problème, car le réseau subit sur charge inutile. Voyons d’où vient ce renvoi d’énergie dans le réseau.

Bien que généralement on parle de « la » puissance électrique, on peut en distinguer plusieurs :

  • la puissance apparente, ou instantanée : c’est la puissance qui alimente un appareil en instantané (en fonction de la tension appliquée et l’intensité du courant qui est envoyé dessus). Elle est notée obtenue par le produit de l’intensité par la tension appliquée sur l’appareil, et se note en VA ou kVA ;
  • la puissance active : c’est la puissance que l’appareil consomme et transforme (en puissance thermique, mécanique…). Elle correspond à une partie de la puissance apparente. Elle est notée en W ou kW ;
  • la puissance réactive : c’est la puissance que l’appareil ne transforme pas et renvoie dans le réseau de manière différée. C’est l’autre partie de la puissance instantanée, que l’on note en voltampères réactive, ou VAr, voire kVAr.

La façon dont certains composants consomment de l’énergie provient de leur nature et des phénomènes électriques et magnétiques qu’ils induisent. Ce sont les circuits capacitifs et inductifs, en régime alternatif, qui consomment ou produisent de la puissance réactive.

Rappelons mon article sur la capacité et l’inductance : pour le condensateur en charge, la tension maximale apparaît bien après l’intensité maximale. Pour la bobine, c’est l’inverse : le retard d’établissement du courant en sortie de la bobine fait que l’intensité maximale apparaît bien après la tension maximale à ses bornes.

Ceci est à mettre en perspective avec une résistance, où l’intensité et la tension montent en même temps tous les deux, exactement en phase :

U et I pour une résistance en alternatif.Pour une résistance, les grandeurs U et I sont en phase et la puissance est toujours positive.

La puissance instantanée, qui est le produit des deux (intensité × tension) est donc toujours positif (oscillant, oui, mais positif à chaque instant). L’énergie s’écoule donc en permanence du réseau vers la résistance. Il n’y a pas de puissance réactive. La puissance instantanée est égale à la puissance active.

Pour les charges inductives et capacitives — plus globalement on parle de charges réactives (qui englobent les deux) — l’intensité et la tension ne se superposent pas : elles sont déphasées. C’est ce déphasage qui fait que, mathématiquement, la puissance instantanée (le produit intensité × tension) est négative une partie du temps :

U et I pour un condensateur en alternatif.
Pour un condensateur, U est en avance sur I (déphasage U/I positif). La puissance est alternative.
U et I pour une bobine en alternatif.
Pour une bobine, U est en retard sur I (déphasage U/I négatif). La puissance est alternative également.

Cette puissance négative provient de la réaction du dipôle, d’où la notion de puissance « réactive ». Elle correspond à de l’énergie refoulée dans le réseau.

Pour le condensateur, la puissance réactive provient de la décharge du condensateur dans le réseau. Pour un circuit inductif tel qu’une bobine, le stockage d’énergie se fait sous forme magnétique. L’énergie magnétique va continuer à pousser les électrons dans le fil et à maintenir la circulation d’un courant même lorsque la tension est nulle. Il y a là aussi une puissance résiduelle. Ceci se produit à chaque alternance du courant.

Pour les charges inductives ou capacitives, le déphasage ne se fait pas dans le même sens. On dit par convention que le condensateur produit de la puissance réactive, mais que la bobine la consomme. Bien que dans les deux cas, de l’énergie est physiquement renvoyée dans le réseau, c’est le sens du déphasage entre l’intensité et la tension qui varie.

Sur les graphiques précédents, qui sont des cas idéaux, on voit que la puissance active et la puissance réactive sont égales (elles ont la même durée). Ce que le composant absorbe une moitié du temps, il la rejette intégralement l’autre moitié du temps. La puissance nette, en kW, est donc nulle. EDF ne peut donc rien facturer.
Cependant, la puissance réactive provoque tout de même des courants, et donc des pertes par effet Joule dans le réseau. EDF doit gérer ces pertes et les compenser. Dans les faits, si votre installation consomme trop de puissance réactive, EDF peut vous facturer une pénalité.

Pour éviter cela, il faut évaluer la puissance réactive d’une installation et la limiter. Pour ça, le calcul du cos(φ) va nous aider et on va voir ce que c’est.

Et le cos(φ) ?

Cos(φ) : lire « cosinus de φ (phi) », ou tout simplement « cos-phi ».

Il correspond au cosinus du déphasage entre la tension et l’intensité.

Sur les graphiques plus haut, j’ai dessiné les courbes sinusoïdales de la tension et de l’intensité. Dans le domaine de l’électricité de puissance, on utilise plutôt une représentation circulaire, où U et I tournent comme les aiguilles dans un cadrant. Ceci provient de l’origine des fonctions trigonométriques, pour lequel j’ai un article ici : les fonctions trigonométriques. Une sinusoïde peut en effet être vue comme un angle qui tourne dans un cercle :

Si l’on a deux signaux, alors on a deux aiguilles, et si les deux signaux sont déphasés, alors les deux aiguilles sont séparées par un angle. Cet angle, c’est le déphasage, qui est noté φ.
Ici, la notion de retard et d’avance entre l’intensité et la tension devient compréhensible.

Maintenant, pour avoir une idée plus simple de la consommation électrique d’un appareil, on va utiliser le cosinus de φ. Cela a l’intérêt de donner une valeur entre 0 et 1, soit entre 0 et 100 %. Si les deux aiguilles sont en phase, l’angle φ=0 et le cos(φ) = 1 : toute la puissance est instantanée est transformée et toute l’énergie est consommée. Si au contraire il y a un déphasage, le facteur de puissance n’est pas unitaire et une partie de la puissance est refoulée dans le réseau.

Magie des maths, cos(φ) correspond aussi au rapport entre la puissance instantanée et la puissance active. On l’appelle alors le facteur de puissance. Lorsqu’on mentionne le cos(φ) d’une installation, c’est en ce sens-là.

Le but à la conception d’une installation électrique, c’est de faire tendre ce facteur de puissance — ou cos(φ) — vers 1. De cette façon, toute la puissance est consommée et rien n’est refoulé dans le réseau.

Risques du cos(φ) non unitaire

Le but est d’avoir un cos(φ) unitaire.
En effet, si le cos(φ) est différent de 1, cela signifie que l’installation dans son ensemble produit une puissance réactive et comporte donc une réactance (ce terme englobe l’inductance et capacitance). Électriquement, cela signifie qu’il y a un angle de déphasage entre l’intensité et la tension.

Pour un moteur électrique idéal sans charge, l’angle de déphasage vaut 90°. Le cosinus vaut donc 0 et la puissance est entièrement réactive ! Le moteur tourne par inertie et ce que le réseau électrique lui apporte, il le rend au réseau juste après.

Dans la réalité, les appareils ne sont pas idéaux. Il y a toujours au moins une perte résistive et une certaine charge mécanique (sur un moteur). Dans ces conditions, le cos(φ) n’est jamais nul et vaut par exemple 0,7. C’est parfois indiqué sur les appareils électriques industriels eux-mêmes.

Avec un tel circuit, l’énergie qui est renvoyée peut être responsable de pertes dans le réseau EDF. Ceci peut devenir problématique. En effet, s’il y a une perte d’énergie dans le réseau, il peut se produire une chute de tension. La puissance demandée par l’abonné restant la même, elle sera compensée par une hausse de l’intensité, et donc des pertes thermiques en plus, et ainsi de suite : il y a un risque d’effondrement du réseau si la chute de tension est trop importante sans qu’elle soit compensée.

Vous comprenez maintenant pourquoi votre compteur (Linky ou autre) affiche la puissance apparente en kVA et non plus seulement la puissance consommée en kW ? Car c’est la puissance qu’elle voit passer et pas juste le débit net.

Si un appareil a un cos(φ) de 0,1, et qu’elle consomme réellement 2 300 W, le réseau doit lui fournir 100 ampères (dont 90 % seront renvoyés dans le réseau à chaque alternance du courant sous forme de puissance réactive). Un compteur qui afficherait seulement la puissance consommée afficherait 2 300 W. Si votre compteur affiche désormais les VA, alors il affichera 23 000 W (100 A × 230 V), c’est ce qui traverse réellement le compteur. Or une installation domestique ne peut généralement pas supporter ça : les fusibles fondent et le disjoncteur saute.

Sur un vieux compteur, cela ne se verrait donc pas : un petit appareil de 2,3 kW ferait sauter le compteur et vous ne sauriez pas pourquoi. Avec un compteur qui affiche la puissance instantanée en VA, ça se voit.

Que faire dans le cas où le cos(φ) n’est pas bon ? Facile : il faut empêcher tout ça d’arriver, et pour ça il faut réduire la puissance réactive.

Comment monter le cos(φ) jusqu’à 1

D’un point de vue pratique, il est impensable de se débarrasser de tous les appareils qui ont un cos(φ) non unitaire. Tous les appareils avec des moteurs ou des pompes (réfrigérateur, machine à laver, tondeuse à gazon) ou des transformateurs (postes à souder, plaques à induction) ou des condensateurs (lampes à décharges) consomment de la puissance réactive. On ne peut pas juste les interdire.

Une des solutions alternative — notez le jeu de mot — est de compenser le déphasage. Si le moteur déphase la tension vers l’avant, alors il faut transformer le courant pour remettre la tension en face de l’intensité. Et ça on sait faire !

Si on regarde les caractéristiques d’une bobine et celle d’un condensateur, on constate que la première avance la tension et la seconde la retarde ! En associant les deux, on peut compenser le déphasage.

Certains appareils peuvent être directement conçus en incluant des compensateurs de puissance réactive.

EDF, au niveau de ses postes de transformation, possède également des installations qui servent à compenser la puissance réactive : des gigantesques bancs de condensateurs, ou encore des moteurs qui tournent dans le vide, et plus généralement des FACTS, par exemple.

On les trouve au niveau des sites industriels, qui consomme beaucoup de puissance réactive qu’il faut compenser au plus proche de la source.

Ainsi, le réseau EDF longue distance, celle qui transporte l’énergie sur de très longue distances entre les postes de transformation locaux, aux abords des villes ou des entreprises, transportera uniquement de la puissance active, et aucune puissance réactive.

Résumé et conclusion

En courant alternatifs, certains appareils électriques absorbent une partie de l’énergie électrique et la renvoie avec un certain délai. Le client, lui, ne paye pas ce que son appareil renvoie sur le réseau. Le réseau voit donc passer une quantité d’énergie électrique, pour laquelle il doit évidemment être dimensionné, mais sans que cette énergie ne soit facturable.

Si l’on s’en tenait là, c’est comme si le réseau devait transporter plusieurs fois plus d’énergie que ce qui n’est réellement consommé. Un appareil de 1 W devant être alimenté avec 4 W : 1 W qu’il consomme et 3 W qu’il déphase puis renvoie. Ces 3 W renvoyés sont produits et transportés, mais non facturables, car non consommés.
Dans cet exemple, le 1 W consommé est de la puissance active, consommée. Les 3 W renvoyés au réseau, sont la puissance réactive. Les 4 W sous lesquels on alimente l’appareil est la puissance apparente. On parle alors de 4 VA.

D’autres appareils, eux, consomment 1 W et sont alimentés avec 1 W, ce qui est nettement mieux : pas besoin de produire 3 VA inutilement supplémentaires.

Les appareils qui posent problème dans ce scénario, ce sont les appareils qui comportent des condensateurs et des moteurs tournants : ventilateurs, LED, frigos, machines à laver… tous ces appareils demandent à être alimentés par une puissance bien plus haute que ce qu’ils consomment réellement.

Électriquement, ces appareils déphasent la tension et l’intensité du signal électrique alternatif. L’importance du déphasage est donné par un nombre, le cos(φ), où φ lui-même est l’angle de déphasage entre la tension et l’intensité, dans une représentation circulaire.

Chaque appareil est caractérisé par son cos(φ) : un nombre entre 0 et 1. Plus le cos(φ) est proche de 1, mieux c’est pour le réseau électrique. Les appareils qui ont naturellement un cos(φ) de 1 sont les charges résistives : résistances chauffantes, lampes à filament, chargeur de batterie…

Pour les appareils qui ont un « mauvais » cos(φ), différent de 1, on peut utiliser des compensateurs de puissance réactive. Ces derniers redressent le déphasage produit et ainsi décharger le réseau électrique d’une charge supplémentaire inutile.

Pour finir, il est à noter qu’aujourd’hui avec des appareils plus complexes que de simples charges résistives et réactives, d’autres formes de déformation du signal électrique apparaissent. Les lampes à LED, télés, écrans et tous les appareils électroniques ont le défaut de produire et consommer des harmoniques dans le signal 50 Hz initial. Le signal en sorti n’est alors plus une sinusoïde, mais un signal plus compliqué entaché d’autres fréquences. Là aussi, cela produit une surconsommation de puissance : de la puissance dite déformante (exprimée en volt-ampères-déformants, ou VAd).

Ici, la solution peut-être d’appliquer des filtres qui vont bloquer ces harmoniques dans le signal et ne laisser passer que le signal 50 Hz de base. Les normes actuelles n’obligent cependant que les appareils de plus de 25 W à « nettoyer » le signal qu’ils rejettent. Une lampe LED de 15 W en est donc dispensée en principe.

Quelques liens

Liste non exhaustive de quelques ressources utilisées :

Merci à Ailothaen pour m’avoir posé cette question, et j’espère que cet article y répondra malgré le retard et la longueur de l’article.

Image d’en-tête de Tim Vrtiska

43 commentaires

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Juju écrit :

"Or, ceci n’est vrai que #POUR#les appareils purement résistifs".

Bien fait ! et QUID de tous les chargeurs actuels et surtout à venir, quelle influence sur la Var ou le cosinus ?

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Le Hollandais Volant écrit :

@Juju : il faudrait que je regarde pour les chargeurs !
Actuellement, je sais ce que ça donne pour ma voiture (hybride rechargeable) : le cosphi est de 0,99 (pratiquement 1).

C’est donc une charge essentiellement résistive. Cela semble logique.
Notons qu’il s’agit d’un chargeur AC (branché sur le secteur chez moi) mais que la batterie doit charger en DC (comme toutes les batteries / accus). Il y a donc un circuit redresseur et lisseur quelque part (il est dans la voiture). D’ailleurs, sur les voitures dotées de charge très rapide (> 50 kW), la charge se fait en DC directement. Le redressement se fait alors dans l'armoire électrique de la borne de recharge. La voiture ne pouvant pas embarquer un redresseur si puissant et éventuellement évacuer la chaleur produite (par effet joule).

Pour les chargeurs de téléphone ou d’ordis, je supose que c’est pareil (cos-phi proche de 1), par contre, un appareil qui reste branché en continu (genre un PC portable) doit avoir un cos-phi plus mauvais. J’essayerais.

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Le Mangeur Vasqué écrit :

Bonjour,
petite étourderie dans la légende de votre schéma.
Pour un condensateur, vous écrivez "Pour un condensateur, U est en avance sur I (déphasage U/I positif)".
Pour la bobine, vous écrivez "Pour un condensateur, U est en retard sur I (déphasage U/I négatif)".
J'ai exploité des centrales thermiques (charbon puis nucléaire), et la notion de puissance réactive n'est pas intuitive... sauf quand la tranche "se plante" par manque d'excitation de l'alternateur. Le débriefing de l'incident face à un diagramme de marche (puissance réactive en abscisse, la puissance active en ordonnée) éclaire (un peu) la chose.
Bravo pour votre site. De nombreux journalistes (journaux, TV ou radio) diraient moins d'âneries s'ils vous lisaient (et vous comprenaient).

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Mimoun écrit :

Bonjour, pour un dipôle résistif c'est bien compris: Kva = Kw, pas de déphasage donc P=UI,
Pour un dipôle inductif ou capacitif pur, il n'ya aucune puissance active absorbée : P=U*I*cos(90°) = U*I*0 = 0watts.
Par contre il consomme de la puissance réactive (Vars) : P=U*I* sin(90°)= U*I*1 , mais les vars ne sont aucunement une puissance active, ils sont représentatifs en fonction du déphasage! Donc le condensateur se comporte en régime sinusoïdal tantôt comme consommateur et
tantôt comme générateur, donc il ne consomme jamais de la puissance active(exprimée en Watts),mais bien de la
puissance réactive(exprimée en VARS :volts-ampères-réactifs); la bobine voit son courant en retard de 90° par rapport à
la tension car elle réagit à la cause qui lui a donné naissance, donc ,au moment où elle est mise sous tension on
voit d’abord toute la tension à ses bornes car son impédance est infinie puis s’estompe pour laisser
progressivement passer le courant .elle est le contraire du condensateur mais ne consomme aucune énergie active
mais bien de l’énergie réactive. !!..Cela veut dire que ces deux composants à l’état pur font que il y a du courant
qui se promène sur les lignes du fournisseur sans qu’il n’y ait le moindre WATT consommé par la charge finale !!
En gros, le fournisseur envoie une facture de zéro Kw consommés ,par contre le courant qui « va et vient » sur les
lignes fait que les lignes (câbles haute tension) consomment quand même une énergie et terminent par chauffer
par effet Joule. Celà peut contribuer à mieux comprendre l'importance du facteur de puissance?

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Le Hollandais Volant écrit :

@Mimoun : tu résumes parfaitement l’article : les dipôles purement réactifs font circuler du courant dans tout le réseau sans en consommer.
Cette circulation est cause de pertes énergétiques, donc ce coûts. Mais comme ce coût est lié au réseau de distribution et non à ton compteur, ta facture est de 0 €.

Effectivement, il est donc tout à fait compréhensible qu’EDF ne soit pas très heureux avec ces pertes non facturables, et c’est pour ça que si le facteur de puissant est vraiment très mauvais, elle peut se mettre à facturer la puissance réactive (responsable de ces pertes non facturables).

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Mimoun écrit :

@Le Hollandais Volant : Merci pour ta réponse.
Les redresseurs et chargeurs de grosse puissance ne sont plus des redresseurs classiques tels qu'on connaît avec des ponts de graetz mono ou triphasés que ce soit par diodes ou par thyristors contrôlés car l'absorption de courant n'est pas en phase avec la tension et l'allure du courant n'est ps sinusoïdale non plus. Le facteur de puissance (COS phi) n'est pas unitaire du tout (en plus d'une distortion harmonique non négligeable)

De nos jours, les convertisseurs (redresseurs,chargeurs, UPS, onduleurs....) utilisent la technique MLI (modulation de largeur d'impulsion) ou PWM (pulse width modulation) qui commande l'ouverture ou fermeture d'interrupteurs à semiconducteurs (IGBT), le tout contrôlé par un microcontrôleur afin d'avoir toujours un déphasage minimum entre la tension et le courant absorbé. Le pricipe est de faire passer un courant à l'allure carrée mais de rapport cyclique variable (qui dépend de la position du vecteur tournant de la tension calculé en radians) à travers une grosse inductance : Le courant sera obligé de suivre une allure sinusoïdale et en phase avec la tension et donc ce type de redresseur se comporte parfaitement comme une résistance.
Dommage que on ne puisse pas coller des images avec les commentaires, j'aurais bien voulu développer tout ça avec quelques figures et schémas.

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blux écrit :

@Mimoun :
Je crois que tu as perdu du monde (moi le premier) !

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Le Hollandais Volant écrit :

@Mimoun : Si je comprend bien, ça envoie des impulsions dans une bobine. Ces impulsions sont pilotées électroniquement (tant en durée qu’en timing), de façon à ce qu’en sortie l’intensité et la tension soient de nouveau en phase (la bobine ayant cet effet de décaler U et I)

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Mimoun écrit :

@Le Hollandais Volant :

Non, pas en sortie. Imaginons que veux contrôler la vitesse d'un moteur triphasé à cage d'écureuil, il faudrait faire varier la vitesse à partir d'un onduleur à fréquence variable,on est bien d'accord? L'onduleur tire son courant à partir d'une source DC (courant continu). Ce courant continu doit venir de quelque part et en industrie en général c'est un redresseur triphasé qui fournit ce courant,bien que dans la plupart des cas ces deux blocs sont ensembles. Le redresseur des années 80 et 90 était constitué de diodes redresseuses suivies de condensateurs de lissage (ou de diodes contrôlées ,c'est à dire des thyristors dont on peut contrôler l'angle de conduction de 0 à 360°; mais les deux en fonction de la tension sinusoïdale , le courant ABSORBE EN ENTREE est sous forme irrégulière et ne ressemble pas à une sinusoïde du tout et est de toutes façons pas en phase: donc ces types de redresseurs sont très mauvais pour le réseau électrique(on pourra dire que ils sont polluants pour le réseau électrique).
L’innovation qui a été faite de ces redresseurs a été de changer complètement le concept basé sur les alimentations à découpage: en lieu d'avoir un courant absorbé en ligne qui dépend des caractéristiques des composants dans le cas du redresseur classique, ici la le courant est haché par une onde PWM (je sais ,je suis électronicien et c'est peut être pour cela que les électrotechniciens n'arrivent pas à me suivre☺☺). Des transistors IGBT s'occupent d' hacher ce courant à haute fréquence EN ENTREE en l'obligeant à passer par une grosse inductance qui va transformer ce courant à l'allure carrée en courant lissé qui a l'allure d'une sinusoïde EN ENTREE, par contre la sortie du redresseur c'est une tension continue régulée de la même manière qu'une alimentation à découpage. Ce système est très complexe car il est contrôlé par microcontrôleur qui reçoit des infos de mesures : fréquence du réseau, tension du réseau, la position du vecteur tournant (0°,1°,2°,3° ...c'est à dire où on en est par rapport à la sinusoide afin que le processeur détermine le rapport cyclique de la PWM), mesure de la tension continue de sortie etc....ce qu'il faut surtout retenir du redresseur PWM: absorption de courant sinusoïdal en entrée en phase avec la tension du réseau (cos phi =1) , tension continue en sortie régulée quelle que soit la charge

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Mimoun écrit :

@blux :

désolé , je crois que j'ai ouvert une boîte de pandore ,c'était vraiment pas mon but ☺☺☺

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blux écrit :

@Mimoun :
c'est peut être pour cela que les électrotechniciens n'arrivent pas à me suivre
Je crains qu'ils ne soient pas les seuls ! :-)

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Ailothaen écrit :

Salut,

J'ai un peu de retard... mais merci beaucoup pour cet article ! Très explicatif et qui aborde le sujet (et même au delà) en profondeur. Comme d'habitude sur couleur-science...

Rien de plus à dire, si j'en retiens que le point principal est : certains appareils électriques, de par leurs composants et les effets de l'alternatif, ne "peuvent" pas absorber toute l'électricité qu'ils demandent et la rejettent dans le réseau, là étant la différence entre VA et W.

J'ai lu un peu les commentaires précédents, c'est là qu'on s'aperçoit que l'alternatif c'est compliqué :)

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LVO écrit :

Ouf ! Je plussoie, l'alternatif hérisse les tifs !

J'ai une question qui me taraude : Est-ce que les compteurs Linky, et EDF, comptabilise la puissance réactive pour la facturer ?
J'ai cru comprendre dans cet article qu'elle n'était pas prise ne compte avec les anciens compteurs.

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Le Hollandais Volant écrit :

@LVO : ils ne sont pas censés le compter, mais s’ils constatent (par quelconque moyen) une consommation excessive de puissance réactive, ils peuvent facturer une pénalité.
Je ne sais pas comment ça peut être compté sur un vieux compteur par contre.

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Eldeberen écrit :

@Le Hollandais Volant : De mémoire les compteurs industriels (même "vieux") comptent les VAr, qui sont facturés en cas de dépassement de seuils. On avait des exercices justement sur comment corriger au mieux une installation pour rentrer dans les seuils tolérés par EDF.

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LVO écrit :

Au vu des deux réponses précédentes, on peut supposer que les nouveaux compteurs aient une plus grande sensibilité pour mesurer une éventuelle puissance réactive. La technologie utilisée dans les Linky devrait le permettre : une telle mesure ne devrait augmenter le coût de fabrication compte tenu de l'énorme volume produit. En revanche, le gain financier, si minime soit-il, a probablement été envisagé par les financiers !
Seul un spécialiste connaissant ce qu'il y a dans nos beaux compteurs verts pourraient nous éclairer.

Merci pour vos deux réponses.

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kimijack écrit :

bonjour,
j'ai une clim mono split qui consomme a l'arret 45 va sur mon linky si je comprend bien EDF me facturera que environ 15w c'est bien ça?

je vous remercie pour la réponse.

Kimijack

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Le Hollandais Volant écrit :

@kimijack : si le cos(phi) est effectivement aussi bas, oui. EDF facture les kWh.

Certains wattmètres permettent de voir le cos(phi), si tu es curieux.

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kimijack écrit :

@kimijack :

Je vous remercie, je vais essayer de me procurer un wattmètre.

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Le Hollandais Volant écrit :

@kimijack : Le miens vient d’Amazon mais n’est plus disponible. Celui-ci semble le remplacer : https://amzn.to/3pEWFIY .
On branche ça dans la prise et l’appareil dans le wattmètre.
Il faudra regarder le mode "facteur de puissance".

Perso je l’utilisais pour vérifier la puissance de charge de ma voiture (qui au passage a un facteur de puissance de 0,99, donc très proche de 1, ce qui est une bonne chose).

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kimijack écrit :

Merci pour le lien, je vais surement en commander un.

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kimijack écrit :

je vais sans doute m'en commander un, merci pour le lien.

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Auronstorm écrit :

Il y a une erreur sur les graphes condensateur et bobine, ils sont inversés, pour la bobine c'est le courant qui est en retard sur la tension et pour le condensateur c'est la tension qui a du retard sur le courant. Vous l'avez parfaitement décris plus haut dans l'article : "pour le condensateur en charge, la tension maximale apparaît bien après l’intensité maximale. Pour la bobine, c’est l’inverse : le retard d’établissement du courant en sortie de la bobine fait que l’intensité maximale apparaît bien après la tension maximale à ses bornes"

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Jepicol31 écrit :

Bonjour,
pour moi, ce qui est important c'est ma facture.
Mon intérêt est-il de relevé le cosinus phi?
Si c'est l' énergie apparente qui est facturée je crois que je n'est pas d'intérêt à le faire.
Pouvez-vous me le confirmer ?
Cordialement

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Le Hollandais Volant écrit :

@Jepicol31 : tout à fait : pour les particuliers, EDF considère que le cos(phi) est égal à 1 sur la facture : seule la puissance apparente est facturée. La puissance réactive (bien qu’existante) n’est pas facturée.
La mesure du cos(phi) aurait permis de mesurer cette puissance réactive, et donc de la facturer.

Ceci n’est fait que pour les installations industrielles, et une pénalité est appliqué seulement si le cos(phi) est particulièrement bas.

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Nicolas Martin écrit :

Merci, l'article est super !

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PvWatt écrit :

@Le Hollandais Volant :

Question: avec le déploiement des Pompes a chaleur (pac) qui on un très mauvais cos phi contrairement aux "grilles pains" en remplacement des autres systèmes de chauffage (fioul/Gaz), on peux se poser la (légitime) question de la préparation de notre Energéticien National a nous (re) faire payer l'énergie réellement consommée d’où le changement du système de comptage kWh> kVA par le déploiement des compteurs Linky et donc la modification a tout moment rendu possible de leur système de comptage (un peut comme l'introduction des frais de facturations de ta banque qui une fois établi et comme ils sont modestes acceptés mais après il suffit de modifier .....

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Le Hollandais Volant écrit :

@PvWatt : le coefficient de performance (COP) d’une PàC est de 3,5 environ, en tout cas autour de 2 à 5.
Le cos(phi) d’une PàC n’est pas fixe, mais après quelques recherches, on tombe sur 0,65 à 0,75, ce qui me semble faible, mais cohérent. Prenons 0,65.

De là, ça signifie que le PàC transforme seulement 65 % de la charge sur le réseau (charge qu’on relie directement aux pertes Joules pour EDF) en énergie utile. Dit autrement, pour 100 W consommé, il faut faire circuler 153 W sur le réseau (65 % de 153 = 100).

Maintenant, le COP d’une PàC de 3,5 signifie que la PàC chauffe autant avec 100 W qu’un grille-pain avec 350 W. Retenons ça : pour 100 W utilisé, la PàC fait circuler 153 W sur le réseau, mais produit 350 W de chaleur chez le client.
Pour avoir 350 W de chaleur avec un grille pain, il faut faire circuler 350 W sur le réseau.

Au final, même avec un cos(phi) de 0,65, la PàC reste plus de deux-fois plus efficace qu’un grille-pain ! Cela reste donc largement à l’avantage du client, d’EDF et du réseau.

Et ça c’est sans même prévoir un éventuel dispositif de correction du cos(phi), et on a même encore de la marge dans les cas de température extrêmes où une PàC a un COP moins élevé. En fait, tout COP supérieur à 1,53 (nos 153 %) sera bénéfique par rapport à un grill-pain, et on les atteint assez largement par tout temps aujourd’hui.

Dit autrement, en termes de chaleur produite,

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PvWatt écrit :

@Le Hollandais Volant : Bonjour, merci pour le retour et l'explication technique. Etant chauffagiste, je ne m'interresse pas qu'aux pac puisque dans le cadre de mon devoir de conseil, je dois avertir les prospects des avantages et des inconvénients de chaque système installés et donc, si l'on prends par exemple le gaz (oui je sais il a mauvaise presse en ce moment mais le biogaz se déploie rapidement) et que les clients finaux raisonnent surtout par le coté financier si l'on compare le cout du kWh électrique qui est environ de 20cts a ce jour et celui du gaz qui est de 9 cts ainsi que le cout d'installation qui est bien moindre (le gouvernement a annoncé remonter le taux de tva sur les chaudières gaz pour rééquilibrer cette différence !
Donc si l'on ajoute cette éventuelle facturation de l'énergie réactive cela change de façon importante le calcul final; l'avenir nous le dira.
Le débat est ouvert et je souhaite etre le plus neutre possible dans ce qui est a charge et a décharge et ce dans l’intérêt de mes clients
pi, une pac sur système de puits ou captage horizontal (système très performant) a un cop moyen annuel proche de 3 a 4 alors qu'une pac air air a un cop proche de 2 (c'est pour cela qu'elles ne bénéficient plus de crédits d’impôts depuis un moment)
Je ne suis pas contre la thermodynamique bin au contraire mais je suis dans une grande attente de pouvoir déphaser la production solaire photovoltaïque ou autre afin d'alimenter ces Pac en hivers!

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Le Hollandais Volant écrit :

@PvWatt : Pour ma part, j’ai toujours été en 100 % électrique. Je n’ai jamais eu le gaz, et j’aimerais rester ainsi.
Niveau prix, il faut aussi tenir compte de l’abonnement (hors consommation).

En cherchant un peu, on voit que ça tourne entre 100 et 250 € annuels (je n’ai aucune idée de la réalité de ces chiffres, c’est juste ce que je trouve), soit l’équivalent de 1000 à 2 500 kWh (gaz) ou 500 à 1250 kWh (électrique). En gros, un à deux mois d’électricité pour moi.
Rien que l’abonnement rend ça plus cher que l’électricité. Juste pour ça, je vois le gaz comme une non-solution. Et ça c’est sans compte non plus la maintenance de la chaudière.

Alors que l’électricité style grille-pain, t’as aucune maintenance, pas d’abonnement en plus (c’est pas parce qu’on chauffe électrique que l’abonnement électrique est plus cher), et c’est quand-même plus propre.
Je n’ai pas de PàC (ce n’est pas par choix : je suis locataire, pas propriétaire), donc je ne sais pas si y a une maintenance quelconque, mais le chauffage électrique est pour moi tout de même on ne peut plus simple à gérer.

Autre truc : le prix du gaz est bien plus volatile que celui de l’électricité. L’élec est en train de monter, et ça va continuer (beaucoup : toute l’Europe est à ~60 ¢/kWh ; la France n’y échappera pas), mais le gaz a déjà monté beaucoup aussi et je ne vois pas ça redescendre.

Un dernier point : un propriétaire qui le décide peut investir dans des panneaux solaires et produire son propre courant. Ce n’est pas rentable financièrement (pas sans aides), mais ça permet une forme d’indépendance, surtout à l’heure où l’on parle de couper des abonnés EDF pour faire face à la demande. L’électricité peut aussi se stocker avec des « Power Wall » (ou juste une voiture électrique avec une fonction V2L).

Et cette indépendance et ce stockage individuel, même partielle, est possible avec l’électricité, mais pas avec le chauffage gaz.

Ça c’est pour mon avis.
Quand je balance tout ça dans l’équation, je ne vois pas de raison de prendre autre chose que du chauffage électrique.
Si j’avais une maison à moi, je mettrais une PàC, car le COP est quand-même bon (malgré un investissement initial), mais le Gaz ne m’intéresse tout simplement pas.

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jeep.ken écrit :

@Le Hollandais Volant :
bonjour,
Est-ce que cela veut dire que les relevés ENEDIS présentés dans nos suivi de conso, sont en fait des KVAh et non Kwh comme indiqués.
Que mesure réellement le compteur LINKY? s'il s'agit d'une énergie apparente alors implicitement la notion de énergie active et énergie réactive est intégrée dans la facturation?
merci.

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Le Hollandais Volant écrit :

@jeep.ken : Le linky affiche bien des VA en puissance apparente instantanée, mais mesure l’énergie consommée en kWh. L’unité est d’ailleurs affichée directement sur l’écran du compteur.

L’idée dérrière le VA, c’est qu’il s’agit d’une puissance apparente : le courant traverse bel et bien le compteur, le disjoncteur et les fusibles, même si rien n’est consommé. Or, dans ces conditions, si la puissance est trop importante, elle peut faire chauffer le circuit. D’où les fusibles, qui vont fondre bien avant que ne puisse se produire un incendie.

En affichant les VA, le compte montre qu’il y a bel et bien du courant qui circule. Et même si ce courant n’est pas consommé ni facturable, il est là, existe, et agit sur le réseau.

Vois ça comme un tuyau d’eau en plein hiver : ce n’est pas parce que le robinet n’est pas ouvert et que l’on ne consomme pas d’eau que l’eau ne peut pas faire péter un tuyau en cas de gelées. Pour se protéger, il faut vider les tuyaux, pas juste fermer le robinet.

Avec le compteur c’est pareil : cesser de consommer de l’électricité ne réduit pas la charge sur le réseau, si ce dernier développe de la puissance réactive. Même avec 0 kW (et 0 kWh consommé), on peut cramer des fusibles et faire sauter un disjoncteur : il suffit de brancher des appareils avec un cos-phi de 0.

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Tomtom écrit :

excellent article!
la manière d'expliquer ici le réactif est limpide et parfaitement vulgarisée. bravo.
Prévoyez-vous un article plus détaillé sur le réactif généré par les harmoniques ( notamment rang 3)?

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Albert1223 écrit :

Bonjour,

Merci pour la vulgarisation de cette notion d'électricité accessible à chacun.
Un peu novice en la matière, je me pose une question concernant cette puissance réactive. Vous dites à plusieurs reprises dans l'article que cette puissance (réactive) est renvoyée sur le réseau.
Donc cette puissance réinjectée sur le réseau est-elle perdue pour tout le monde ? Je veux dire par là, n'est-elle pas utilisée en puissance active ou réactive par un autre consommateur ?
Cdlt

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Le Hollandais Volant écrit :

@Albert1223 : Si si, elle est réutilisée par les autres, mais 1) il faut la produire avant la consommation par les autres et 2) son passage sur le réseau engendre des pertes.

Si on peut trouver une analogie :

Une analogie est le système de crédit à la banque. Imagines que tu aies l’idée du siècle qui va à coup sûr te rapporter 1 000 000 €. Sauf que pour ça, tu as besoin d’une machine à 50 000 €. Problème : tu n’as pas 50 000 €. Tu vas donc emprunter 50 000 €, acheter la machine, gagner 1 000 000 €, et rendre les 50 000 € (plus les intérêts).
Ce n’est pas parce que c’est rendu que tu n’en as pas eu besoin. Ce n’est pas parce que c’est de l’argent que tu ne garde pas qu’il n’est pas indispensable.

Dans le cas du réseau électrique et de la puisse réactive, c’est pareil.
Pour utiliser un appareil qui va produire 5 000 W de puissance active mais aussi 5 000 W de puissance réactive, tu auras besoin d’une alimentation de 10 000 W. Les 5 000 W réactifs sont bel et bien rendus au réseau, mais tu en as besoin pour faire fonctionner ta machine. Et les intérêts bancaires de tout à l’heure correspondraient ici à une perte supplémentaire : faire passer 10 000 W sur le réseau demande un réseau plus imposant (et plus cher) qu’un réseau de 5 000 W, sans compter les pertes Joule.

C’est parce que le réseau doit être sur-dimentionné que l’on cherche à éviter les puissances réactives. Si on arrive à avoir une machine de 5 000 W qui produit 5 000 W actif (et 0 W réactif), alors on gagne sur le réseau (dimensionnement + pertes Joule). Toutes ces pertes sont prises en charge par EDF (non facturées, mais entrent évidemment en compte dans le coût au kWh appliqué à tous).

(D’ailleurs un autre soucis similaire : en journée, en France on consomme ~80 GW, mais la nuit, on descend à 50 GW. Le réseau doit donc être dimensionné pour 80 GW, même si ce pic n’est atteint qu’une petite partie du temps. C’est pour ça que EDF demande, en période de forte demande, de décaler les consommations, histoire qu’on soit plutôt à 70 GW le jour et 60 GW la nuit. Cela soulage le réseau et la production.)

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Albert1223 écrit :

Merci de cette explication.

Effectivement, le coût de cette énergie réactive (en terme d'infrastructure, maintenance,...) doit certainement déjà être d'une manière ou d'une autre compris soit dans l'abonnement, soit dans les taxes et contributions. Raison pour laquelle, ils ne "peuvent" peut-être pas le facturer en tant que tel.

Une question en amène une autre : j'ai cru comprendre qu'il était possible de compenser (en tout ou partie) l'effet d'un mauvais cos phi avec un condensateur ou une inductance.
Concrètement, dans nos appareils électroménagers (réfrigérateur, aspirateur, machine à laver, plaques à inductions,..) comment se matérialise l'optimisation du cos phi ? (dans la mesure où le fabricant a pris en compte ce paramètre) ? par un condensateur aux bornes du moteur de ma machine à laver ?

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Le Hollandais Volant écrit :

@Albert1223 : oui voilà, il « suffit » de mettre un condensateur en parallèle avec le moteur. Le moteur (inductif) et le condensateur (capacitif) ont des réponses opposés. Pris séparément, l’un envoie de la puissance réactive déphasée vers l’avant et l’autre vers l’arrière. Les deux ensembles vont se compenser : c’est comme si la puissance réactive oscillait entre les deux. Quand le moteur la renvoie, le condensateur est dans sa phase où il absorbe la puissance, et quand le condensateur produit la puissance réactive, c’est au moteur d’absorber la puissance.

Je n’ai jamais regardé dans un électroménager ce qu’il en était, mais s’il intègre un correcteur de cos-phi, c’est effectivement sous la forme d’un condensateur (la plupart des appareils ont des charges inductives, pas trop capacitives). À l’échelle d’une entreprise ou d’une station EDF, ce sont carrément des batteries de condensateurs très gros qui sont utilisés.

Bien-sûr, le ou les condensateurs doivent être adaptés pour compenser la puissance réactive de l’appareil, pas plus. Sinon on se retrouve avec le problème inverse (trop de puissance active en avance de phase à cause d’un condensateur trop gros).

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PvWatt écrit :

@Le Hollandais Volant :

Merci pour toutes ces explications, vous êtes vous posés la questions, pourquoi l'électricité est moins chere la nuit?
Réponse: c'est pour consommer du kWh qui serait "perdu" donc l'énergéticien national a fait en sorte que des millions de chauffes eau électriques soit installés dans un nombre très important de foyers histoire de se comporter comme des batteries de stockage d’énergie thermique mais ce que très peu de personnes savent c'est qu'un chauffe eau électrique a un cop de 0,60 (sur 1kWh acheté il y a 0,4kWh d'énergie de "perdue" par les pertes thermique (constante de refroidissement) entre la température de stockage de l'eau à 60° en général et la température a l’extérieur du chauffe eau 20° voir bien moins si le CEE est installé dans un garage ) c'est un peu moins vrai pour le chauffage la nuit ( a une époque il y avait des radiateurs a inertie (avec des briques réffractaires qui chauffait en période creuse et qui restituaient la journée et il n'en existe presque plus (ces radiateurs etaient énormes, pas esthétiques et chers....

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Le Hollandais Volant écrit :

@PvWatt : Effectivement, ça se tient, même si ce que le ballon d’eau chaude perd en journée, le chauffage n’a pas besoin de consommer (du moins en hiver, et si le ballon n’est pas installé dans un garage, ce qui serait une hérésie).

Tout ça est plus une astuce pour décaler un peu de la charge de la journée sur la nuit, chose qui est elle-même un effet de bord de l’activité principalement diurne de notre civilisation. Si la courbe était lissée par d’autres moyens, ceci n’apporterait pas grand chose.

Mais c’est intéressant quand-même.

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henrib écrit :

Afin de diminuer les pertes de calories d'un chauffe eau sanitaire, il peut être utile de renforcer son "isolation" par quelques couches supplémentaires d'isolant, genre multicouches.
Installer un chauffe eau sanitaire dans un endroit non chauffé (garage, cave, comble) est tout simplement interdit.

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PvWatt écrit :

On voit régulierement des chauffe eau installé dans des garages ou sous sol non chauffés....
Pi, les Anglais peuvent se procurer, eux, des "couvertures" pour chauffe eau électriques que l'on ne trouve pas en France....
Il n'y a pas de petites économies !


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