Watt

Le watt, de symbole W, est l'unité internationale de puissance ou de flux énergétique (dont le flux thermique). Un watt équivaut à un joule par seconde.

Informations
Watt

Système	Unités dérivées du système international
Unité de…	Puissance
Symbole	W
Éponyme	James Watt
Conversions
1 W en...	est égal à...
Unités SI de base	1 kg m² s⁻³
CGS	1 × 10⁷ erg s⁻¹

Le nom watt rend hommage à l'ingénieur écossais James Watt (1736-1819), qui a contribué au développement de la machine à vapeur. Comme tous les noms d'unités du Système international, « watt » est un nom commun, il s'écrit donc en bas de casse (et prend en français la marque du pluriel) ; mais comme il provient d'un nom propre, le symbole associé W s'écrit avec une capitale.

Définition

Le watt est la puissance d'un système dans lequel une énergie d'un joule est transférée uniformément pendant une seconde[1]. Il est donc égal à un joule par seconde. Comme le joule est le produit d'un newton par un mètre, et le newton celui d'un kilogramme par un mètre par seconde carrée, le watt est égal à un newton mètre par seconde ou encore un kilogramme mètre carré par seconde au cube :

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

Multiples communs

Le kilowatt (kW), soit 1 000 watts (10³ W), est une unité fréquemment utilisée pour définir la puissance des moteurs, électriques ou thermiques.
Le mégawatt (MW), soit un million de watts (10⁶ W), est l'unité des grosses unités électriques : la puissance d'une locomotive électrique est de quelques MW. Cette unité est fréquemment utilisée en production électrique : un réacteur nucléaire français a une puissance installée comprise entre 500 et 1 650 MW électriques.
Le gigawatt (GW), soit un milliard de watts (10⁹ W). La puissance moyenne des réacteurs nucléaires français est de 1 GW.
Le térawatt (TW), soit mille milliards de watts (10¹² W), est utilisé pour des évaluations globales de puissance.
Le pétawatt (PW), soit un million de milliards de watts (10¹⁵ W), est une gamme de puissance pouvant être atteinte en concentrant l'énergie d'une impulsion laser de puissance de 30 J dans une unique et très brève (30 femtosecondes) impulsion de lumière.

Ordres de grandeur

De même que la notion d'accélération (exprimée en m/s² dans le Système international) ne doit pas être confondue avec celle de vitesse (m/s), la notion de puissance (exprimée en watts) ne doit pas être confondue avec celle d'énergie (exprimée en joules). La puissance est le quotient d'une énergie par un temps :

1 W = 1 J/s

Ainsi, si un travail de 600 J est produit[2], il s'effectuera, par exemple :

en 10 minutes (soit 600 secondes) avec une machine d'une puissance de 1 W ;
en 1 minute (soit 60 secondes) avec une machine d'une puissance de 10 W (comme la puissance d'un petit moteur électrique) ;
en 1 seconde avec une machine d'une puissance de 600 W (comme la puissance d'une perceuse électrique).

Le watt peut être considéré comme une petite unité à l'échelle humaine :

les anciennes ampoules électriques à incandescence consomment typiquement une puissance de 60 W. Pour un même éclairement, la consommation des lampes à diode électroluminescente (LED) est réduite à seulement 6 W.
ordres de grandeur pour différents types d'ordinateurs individuels :
- un ordinateur de type netbook ou nettop nécessite environ 15 W[3],
- un ordinateur de bureau fixe avec son écran à cristaux liquides nécessite une puissance de 30 à 300 W environ[4]^,[5],
- un ordinateur de joueur nécessite une puissance de 250 à 1 200 W pour des configurations respectives de 1 à 4 GPU[6].
un coureur cycliste professionnel de très haut niveau peut délivrer à plein effort, par exemple lors d'un contre-la-montre ou lors d'une épreuve de montagne, une puissance instantanée (sur une durée de l'ordre de 30 à 45 minutes) environ[7] 430 W ;
une machine à laver le linge nécessite une puissance de l'ordre de 1 000 à 2 000 W ;
un moteur d'automobile de 100 ch délivre une puissance de 73 600 W, c'est-à-dire 73,6 kW (1 ch = 736 W) ;
une motrice de train a une puissance moyenne de 4 MW ;
une centrale nucléaire a une puissance de plusieurs milliards de watts (GW) ; la centrale nucléaire de Gravelines dispose par exemple d'une puissance nominale de 5,4 GW.

Le watt en mécanique

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

P={\frac {\mathrm {d} W}{\mathrm {d} t}}=F{\frac {\mathrm {d} l}{\mathrm {d} t}}=F\,v

avec :

$P$ : puissance (watts) ;
$W$ : travail (joules) ;
$t$ : temps (secondes) ;
$F$ : force (newtons) ;
$l$ : distance (mètres) ;
$v$ : vitesse (mètres par seconde).

Le watt en électricité

Diagramme complexe de la puissance en régime alternatif :
Active ou Réelle P, en watts, W)
Réactive (Q, en voltampères réactifs, VAr)
Complexe (S, en voltampères, VA)
Apparente (abs(S), en voltampères, VA).

En électricité, le watt est l'unité de puissance d'un système débitant ou absorbant une intensité de 1 ampère sous une tension de 1 volt. La puissance instantanée est le produit de la tension par l'intensité :

P(t)=U(t)\,I(t)

avec :

$P (t)$ : puissance, fonction du temps $t$ (watts) ;
$U (t)$ : tension électrique, fonction du temps $t$ (volts) ;
$I (t)$ : intensité du courant électrique, fonction du temps $t$ (ampères).

En intégrant cette puissance sur un temps de 1 heure, on obtient une quantité d'énergie dont l'unité pratique courante est le kilowattheure équivalent à 3 600 000 joules.

Pour les courants alternatifs on définit aussi la puissance moyenne et la puissance efficace. Elles s'expriment également en watts.

Watt électrique et watt thermique

Les termes techniques « watt électrique » (We) et « watt thermique » (Wt ou Wth) correspondent à la puissance produite sous forme électrique et sous forme thermique, respectivement. Leurs multiples sont le mégawatt électrique (MWe) et le gigawatt électrique (GWe), et 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. 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. De façon générale, « le symbole de l’unité ne doit pas être utilisé pour fournir des informations spécifiques sur la grandeur en question et il ne doit jamais être la seule source d'information sur la grandeur. Les unités ne doivent jamais servir à fournir des informations complémentaires sur la nature de la grandeur ; ce type d’information doit être attaché au symbole de la grandeur et non à celui de l’unité[8] ».

Watt lumineux

Le watt peut avoir deux significations en matière de caractérisation de la lumière :

en physique, il mesure le flux énergétique ;
il a longtemps été, abusivement, utilisé comme unité de mesure de luminosité des lampes à incandescence à partir de leur consommation électrique — cette correspondance entre luminosité et consommation électrique a, en principe, disparu. Avec les ampoules fluocompactes et les LED voit arriver l'usage des mesures d'intensité lumineuse en candelas et de flux lumineux en lumens.

Notes et références

Élie Lévy, Dictionnaire de Physique, Presses universitaires de France, Paris, 1988, p. 835.
Correspondant par exemple à l'énergie à fournir pour élever la température d'un verre d'eau de 100 cm³ de 18,5 à 20 °C.
« Dossier netbook (partie II) – Les critères technologiques... », sur tt-hardware.com.
« Bureautique – Check-list », sur energie.wallonie.be (consulté le 12 juin 2009).
« Fiche Conseil n^o 105 – L'énergie au bureau », 2005, sur ecoconso.be, consulté le 12 juin 2009.
(en) « Radeon HD 4870 X2 preview », sur guru3d.com.
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 (page consultée le 9 juin 2009)].
Bureau international des poids et mesures, Le Système international d'unités (SI), Sèvres, BIPM, 2019, 9^e éd., 216 p. (ISBN 978-92-822-2272-0, lire en ligne [PDF]), chap. 5.4.2 (« Symboles des grandeurs et unités »), p. 37.

Voir aussi

Articles connexes

James Watt
Ordres de grandeur de puissance
Articles sur les grandeurs utilisant le watt : Puissance, Watt-crête, Négawatt.
Articles sur les unités dérivées : Watt par mètre carré, Watt par mètre-kelvin, Watt par mètre carré-kelvin.

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[1] Élie Lévy, Dictionnaire de Physique, Presses universitaires de France, Paris, 1988, p. 835.

[2] Correspondant par exemple à l'énergie à fournir pour élever la température d'un verre d'eau de 100 cm³ de 18,5 à 20 °C.

[3] « Dossier netbook (partie II) – Les critères technologiques... », sur tt-hardware.com.

[4] « Bureautique – Check-list », sur energie.wallonie.be (consulté le 12 juin 2009).

[5] « Fiche Conseil n^o 105 – L'énergie au bureau », 2005, sur ecoconso.be, consulté le 12 juin 2009.

[6] (en) « Radeon HD 4870 X2 preview », sur guru3d.com.

[7] 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 (page consultée le 9 juin 2009)].

[8] Bureau international des poids et mesures, Le Système international d'unités (SI), Sèvres, BIPM, 2019, 9^e éd., 216 p. (ISBN 978-92-822-2272-0, lire en ligne [PDF]), chap. 5.4.2 (« Symboles des grandeurs et unités »), p. 37.