Quelle est la différence entre puissance et énergie ?

La confusion entre puissance et énergie est fréquente alors que ce sont deux grandeurs bien différentes. Il est vrai que les unités associées à ces grandeurs ne simplifient pas la compréhension.

En fait, la puissance est la variation (production ou consommation) d’énergie au cours d’une durée, c’est un débit d’énergie. Le lien entre énergie et puissance est le même que celui entre distance et vitesse : la vitesse (la puissance) est la variation de la distance (l’énergie) pendant un certain temps. Les relations s’écrivent :

S’agissant des unités de référence, la distance s’exprime en mètres (m) et le temps en secondes (s), pour obtenir une vitesse en mètres par seconde (m/s). Il est également courant d’exprimer la distance en kilomètres (km) et le temps en heures (h), ce qui donne une vitesse en kilomètres par heure (km/h). L’usage a donc parfois associé plusieurs unités différentes à une même grandeur.

De même, l’unité de référence de l’énergie étant le joule (J), celle du temps toujours la seconde (s), nous obtenons l’unité de la puissance en joules par seconde (J/s) qui est appelé le watt (W). Les multiples du watt sont utilisés, notamment le kilowatt (kW) qui équivaut à mille watts.

C’est maintenant que les unités usuelles de l’énergie apparaissent et compliquent la compréhension. En effet, la relation entre puissance et énergie peut également s’écrire :

Energie = Puissance * durée

Dans cette relation, si la puissance est exprimée en kilowatts et la durée en heures, l’énergie s’exprime en kilowattheures (kWh) c’est-à-dire des kilowatts multipliés par des heures. Et c’est cette unité que vous retrouvez sur votre facture d’électricité ou de gaz (si vous êtes un gros consommateur industriel, il peut s’agir d’un autre multiple du wattheure, le mégawattheure (MWh)). C’est cette construction un peu étrange de l’unité qui est source de confusion (ainsi que l’usage de dire kilomètre-heure au lieu de dire kilomètre par heure, tandis que les kilowattheures sont bien des kilowatts multipliés par des heures (i.e. des kilowatts pendant des heures) et non pas des kilowatts par heure). La construction est étrange car l’énergie, qui n’a pas de notion de temps, donne la puissance lorsqu’elle est divisée par une durée (le watt correspond au joule par seconde), et on retrouve l’énergie en multipliant la puissance par une durée (un wattheure correspond donc à un joule divisé par une seconde et multiplié par une heure, soit 1Wh = 3 600J). Cette unité traduit donc que de l’énergie est de l’énergie divisée par une durée et multipliée par une autre durée, ce qui est inutilement compliqué. Toujours est-il que le wattheure et ses multiples sont les unités les plus fréquemment utilisées pour parler d’énergie.

Mais, pour compliquer encore un peu, l’énergie peut s’exprimer en une myriade d’unités différentes. En général, elles sont utilisées pour deux raisons. Soit parce que des usages se sont imposés dans certains domaines, c’est le cas de la calorie en nutrition ou en thermique, de la tonne équivalent pétrole (tep) ou de la tonne équivalent charbon (tec), ou encore de la British Thermal Unit (Btu)… soit que s’agissant de toutes petites quantités d’énergie, il est plus simple d’avoir une unité adaptée, c’est le cas de l’électron-volt (eV).

Pour faire bonne figure face à toutes ces unités d’énergie, la puissance a également une autre unité courante, celle-ci est bien connue des automobilistes, le cheval-vapeur. Un chaval-vapeur équivaut à 736 watts.

Sur une facture d’énergie, en général, la part fixe (l’abonnement) est lié à la puissance souscrite, car c’est elle qui dimensionne les besoins en infrastructures de réseau, tandis que la part variable est liée à la consommation énergétique mesurée (avec un prix du kilowattheure). Des taxes et contributions indépendantes du fournisseur d’énergie représentent également une part importante de la facture. Le site du médiateur national de l’énergie propose une explication détaillée d’une facture d’électricité et d’une facture de gaz (il faut cliquer sur “verso” pour voir la partie la plus intéressante des spécimens de facture).

Pour les plus courageux, l’énergie est une grandeur qui caractérise la capacité de modifier l’état d’un système et, pour reprendre l’analogie du début, la vitesse (puissance) instantanée est la dérivée temporelle de la distance (de l’énergie) :