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Les puissances en alternatif monophasé

Une installation électrique monophasée consomme de la puissance électrique.
Mais à quoi correspond cette puissance électique ?
Quels sont les appareils de mesures permettant de mesurer une puissance électrique ?
Quelles sont les différentes puissances électriques existantes dans un réseau électrique alternatif monophasé ?
Zoom sur les différentes puissances électriques en Alternatif monophasé.

Sommaire :
• 1. Quelles sont les puissances électriques ?
• 2. La puissance active (P)
• 3. La puissance réactive (Q)
• 4. La puissance apparente (S)
• 5. Le triangle des puissances
• 6. Les puissances des récepteurs parfaits RLC
• 7. Mesure des puissance PQS
• 8. Bilan des puissances - La méthode de Boucherot
• 9. Relever ou améliorer le facteur de puissance

1. Quelles sont les puissances électriques ? :

A quoi correspondent ces différentes puissances électriques ?
Pourquoi faut-il limiter la puissance réactive ?
Comment réduire la puissance réactive consommée par les récepteurs ?
Toutes ces réponses et bien d'autres sont détaillées sur cette page dédiée aux puissances active, réactive et apparente.

2. La puissance active (P) :

Comme son nom l'indique, la puissance active se transforme intégralement en puissance mécanique (travail) et en chaleur (pertes).
Elle se note P et s'exprime en Watt (W).
La formule permettant de calculer la puissance active est :

3. La puissance réactive (Q) :

La puissance réactive apparaît lorsque l'installation contient des récepteurs inductifs et des récepteurs capacitifs (condensateurs, ...).
Les alimentations des circuits magnétiques des machines électriques (moteurs, transformateurs, ballast tube fluorescent,...) consomment de la puissance réactive.
Les condensateurs quant à eux produisent de la puissance réactive (compensation du réactif).
Elle se note Q et s'exprime en Volt Ampère Réactif (VAR).
La formule permettant de calculer la puissance réactive est :

4. La puissance apparente (S) :

La puissance apparente correspond à la somme vectorielle des deux puissances précédentes (active et réactive).
C'est la puissance que demande un récepteur et qui est délivrée par un générateur.
Elle se note S et s'exprime en Volt Ampère (VA).
La formule permettant de calculer la puissance apparente est :


La puissance apparente permet de dimensionner un transformateur. C'est elle qui est indiquée sur la plaque signalétique d'un transformateur notée S_n.

5. Le triangle des puissances (P, Q, S) :

La puissance apparente correspond à la somme vectorielle des deux puissances active et réactive.
Les trois vecteurs forment un triangle rectangle d'où son nom le "triangle des puissances".

Animation du triangle des puissance :

Utiliser le curseur horizontal pour régler la valeur de la puissance active (P)et le curseur vertical pour régler la valeur de la puissance réactive (Q) en résultante vous obtenez la puissance apparente (S).
A l'aide du théorème de Pythagore il est possible de déterminer les différentes puissances.
Les formules permettant de calculer les trois puissances est :

6. Les puissances des récepteurs parfaits RLC :

      6.1. La résistance R en Ohms (Ω) :

La résistance pure consomme seulement de la puissance active de ce fait la puissance réactive est nulle.
Les résistances de puissance servent à produire de la chaleur (chauffage ou four électrique).

      6.2. L'inductance ou bobine L en Henry (H) :

L'inductance pure ne consomme pas de puissance active par contre elle consomme de la puissance réactive.

      6.3. La capacité ou condensateur C en Farads (F) :

Le condensateur pur ne consomme pas de puissance active par contre il produit de la puissance réactive (compensation réactive).

7. Mesure des puissance PQS :

Pour mesurer une puissance électrique on utilise soit un wattmètre, une pince qui a la fonction puissance ou un analyseur réseau.

8. Bilan des puissances - La méthode de Boucherot :

La méthode de Boucherot permet de déterminer les puissances et l'intensité du courant absorbées par une installation en régime sinusoïdal.

 8.1. Puissance active totale :

PTotal = P1 + P2 + P3 + ... + Pn = Somme des puissances actives

 8.2. Puissance réactive totale :

QTotal = Q1 + Q2 + Q3 + ... + Qn = Somme des puissances réactives

 8.3. Puissance apparente totale :

S²Total = P²T + Q²T

Dès que l'on connaît la puissance apparente totale S_T, il est possible de déterminer le courant absorbé total I_T et le facteur de puissance global cos φ_T de l'installation :

9. Relever ou améliorer le facteur de puissance :

Pour fonctionner les moteurs, les transformateurs, certaines lampes nécessitent de la puissance active et de la puissance réactive.
Consommée au-delà d'un certain seuil la puissance réactive entraine des pénalités financières en tarif vert.
Inconvénients d'un mauvais facteur de puissance (cosφ) :
    • Pénalités (en tarif vert) par le fournisseur d'énergie électrique.
    • Augmentation de la puissance souscrite par le fournisseur d'énergie électrique.
    • Augmentation des pertes Joules et de la chute de tension.
    • Augmentation des surcharges au niveau du transformateur et des câbles.
    • Sur dimensionnement des conducteurs et des câbles.
    • Déclenchement des disjoncteurs.

Le facteur de puissance est un élément qui rend compte de l'efficacité d'un dipôle pour consommer correctement la puissance lorsqu'il est traversé par un courant.
Les distributeurs d'énergie électrique facturent en général la puissance apparente (en kVA) consommée sur la base de la mesure réalisée à l'aide du compteur d'énergie.
Si le facteur de puissance d'une installation est faible, l'intensité consommée sera grande d'où une facture électrique plus élevée.
C'est pour cette raison que les distributeurs d'énergie électrique facturent l'énergie réactive pour les gros consommateurs (Tarif Vert), la facturation tiendra compte de toutes les puissances : active, réactive et apparente consommées.

Améliorer le facteur de puissance permet donc de réduire le courant absorbé total et ainsi diminuer la puissance apparente souscrite (kVA).

Rappel :
  • Le facteur de puissance cosφ est fonction du rapport puissance active sur puissance apparente :
    • Le facteur de puissance est une valeur numérique comprise entre 0 et 1.
    • Le cosφ = 1 valable pour un récepteur purement résistif.
    • Le cosφ = 0 valable pour un récepteur purement réactif (inductance ou capacité).

Le facteur de puissance d'une installation sera faible lorsque la puissance réactive sera élevée (cosφ va s'éloigner de 1 et s'approcher de 0).
Pour augmenter le facteur de puissance (cosφ), il faut compenser la puissance réactive consommée par les récepteurs inductifs.
Comme présenté sur le schéma ci-dessous l'amélioration du facteur de puissance peut être fait de deux façons :
    • Globale en plaçant une batterie de condensateurs en tête d'installation.
    • Individuelle ou localisée en plaçant les condensateurs au plus près du récepteur inductif.
L'installation de batteries de condensateurs permet à la fois d'éviter ces pénalités et de réduire la puissance apparente (VA).
Les batteries de condensateurs permettent :
    • De diminuer la puissance souscrite et d'optimiser le contrat auprès du fournisseur d'énergie électrique.
    • De disposer d'une puissance active supplémentaire sans modifier son contrat.
    • D'économiser de l’énergie et de l’argent grâce aux batteries de condensateurs.

Il existe différent type de batteries de compensation :
    • Compensation fixe, l'ensemble de la batterie et mis en service (Tout Ou Rien : TOR)     • Compensation automatique aussi appelé à gradins, la batterie étant divisée en plusieurs gradins qui sont mis en service de façon automatique en fonction de la puissance réactive à compenser.


Sur l'animation ci-dessous visualiser l'influence de la compensation de la puissance réactive sur l'installation.
    • P : Puissance active (W).
    • S₁ : Puissance apparente avant compensation (VA).
    • Q₁ : Puissance réactive avant compensation (VAR).
    • S₂ : Puissance apparente après compensation (VA).
    • Q₂ : Puissance réactive après compensation (VAR).
Ce bouton permet d'utiliser des condensateurs pour améliorer le facteur de puissance et ainsi compenser le réactif.
Ce bouton permet d'utiliser un réseau monophasé (230V) ou triphasé (400V).


Le relèvement du facteur de puissance consiste à augmenter la valeur du cosφ afin qu'il s'approche le plus possible de 1.
Pour relever le cosφ il suffit donc de réduire la puissance réactive (Q₁).
Or un condensateur à la propriété de produire de la puissance réactive (Q_C) venant compenser et ainsi réduire la puissance réactive d'une installation (Q₁).
Pour augmenter le facteur de puissance on place en dérivation avec l'installation un ou plusieurs condensateurs et ainsi on obtient une nouvelle puissance réactive réduite (Q₂).
La puissance apparente et donc le courant sont donc diminués tout en fournissant la même puissance active, on réalise donc des économies sur la facture d'énergie électrique.


Pour améliorer le facteur de puissance on doit installer un condensateur ou une batterie de condensateurs .
Le condensateur va produire la puissance réactive Q_C permettant de diminuer la puissance réactive initiale Q₁ en une puissance réactive Q₂ (valeur diminuée souhaitée).

Q_C Puissance réactive de compensation.
Q₁ Puissance réactive avant compensation.
Q₂ Puissance réactive après compensation.



Q_C Puissance réactive de compensation.
P Puissance active de l'installation.
tanφ₁ Tangente du déphasage φ avant compensation.
tanφ₂ Tangente du déphasage φ après compensation.

    • Détermination de la valeur du condensateur à installer :

C Capacité du condensateur en Farads.
Q_C Puissance réactive de compensation.
U Tension en Volts.
ω Pulsation en rad/s.

    • Détermination de la valeur du condensateur à installer :


C Capacité du condensateur en Farads.
P Puissance active de l'installation.
P Puissance active de l'installation.
tanφ₁ Tangente du déphasage φ avant compensation.
tanφ₂ Tangente du déphasage φ après compensation.
U Tension en Volts.
ω Pulsation en rad/s.