Tout savoir sur la puissance réactive : suivez le guide !

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Par :

Damien Ferber

Si vous avez eu l’occasion de côtoyer des « électriciens », vous avez probablement déjà entendu parler de « kilowatt qui sont différents des kVA, à cause du cosinus Phi !! » De quoi vous donner le tournis ! Et pourtant ce jargon électrico-électrique a un sens, et il est lié à une notion pas facile à appréhender : la puissance réactive.

Quelques notions de base

Tous les récepteurs électriques (ou presque) sont modélisables au travers de trois composants de base :

V1-Puissance Réactive

Ainsi de nombreuses machines électriques de notre quotidien peuvent être représentées (de manière idéale) comme l’un ou la combinaison de ces composants :

V2-Puissance Réactive

Applications aux circuits électriques

Comme on le comprend au travers du tableau ci-dessus, la majorité des récepteurs électriques d’un bâtiment se résument donc au travers de deux composants (dans un modèle simplifié bien sûr) : les résistances et les bobines.

Testons alors ces deux composants au travers de deux circuits simples :V3-Puissance Réactive

On remarque, au travers de ces deux expériences, que si dans les deux cas un courant traverse notre récepteur, dans un cas on consomme de l’énergie (le compteur tourne) et dans l’autre on n’en consomme pas. Comment expliquer ce phénomène ?

La puissance active et la puissance réactive

La résistance « appelle » un courant et le « consomme ». On dit que son courant est « actif ».V4-Puissance Réactive

La bobine « appelle » aussi un courant mais ne le « consomme » pas vraiment. En réalité elle le « stocke » sous forme d’énergie qu’elle restitue ensuite. Son bilan énergétique est donc nul. Son courant est dit « réactif ».
D’un point de vue plus mathématique, on dit que la bobine déphase le courant et la tension. On sait que la tension et le courant ont une forme sinusoïdale, c’est-à-dire qu’ils jouent aux montagnes russes en fonction du temps. Et bien lorsqu’il y a des bobines dans un circuit, le courant et la tension évolue en décalée (voir figure ci-contre). Ce décalage, appelé « déphasage », est souvent appelé « Phi » (du symbole grec ϕ). Le fameux Phi que l’on retrouve dans l’expression cosinus Phi.

On branche à notre tableau électrique une résistance puis une bobine, on mesure le courant I et la tension U, et on observe la réaction du compteur EDF.

De ce constat, on définit trois puissances :

Puissance active P Générée par les résistances
Puissance réactive Q Causée par les bobines
Puissance apparente S = P + Q

Et dans la vraie vie, ça donne quoi ?

Pour mieux comprendre ces notions nous allons les illustrer à l’aide de deux cas simples.

Cas 1

V5-Puissance Réactive

Un radeau dans un canal Analogie électrique
Le radeau est tiré par un bateau (force Fp) qui le déplace d’un point A à un point B. C’est la même configuration que lorsque vous utilisez votre grille-pain ou votre bouilloire. Il n’y a donc pas de puissance réactive.
S = P
Q = 0

 

Cas 2

V6-Puissance Réactive

Un radeau dans un canal Analogie électrique
Le radeau est tiré par un cheval (force Fs) situé sur la berge, qui le déplace d’un point A vers un point B. Cela correspond à la situation courante dans une installation électrique. On est en présence à la fois de résistances et de bobines électriques.
Quelques constats
Le gouvernail du radeau sera fortement sollicité pour éviter que le radeau ne dévie de son parcours du point A au point B. Cela se traduit électriquement par des pertes dans le réseau.
La force Fq ne contribue pas au mouvement du radeau. Le radeau se déplace toujours du point A au point B (aidé par le gouvernail), et c’est bien la force Fp qui contribue à ce déplacement. C’est la même chose pour la puissance réactive. Les bobines ne consomment pas directement l’énergie produite par les centrales électriques.
Le radeau se retrouve de travers, il y a de fortes chances qu’à plusieurs reprises le radeau se retrouve légèrement en biais. Cela impose un canal plus large. Les bobines impliquent un courant supplémentaire dans le réseau électrique ce qui impose d’augmenter la section des câbles pour éviter un trop grand échauffement de ces derniers pouvant causer de grands dégâts dans le réseau électrique.
Le cheval n’est pas dans des conditions optimales. Il serait plus confortable pour lui de tirer dans l’axe du radeau plutôt qu’en biais. Les courants réactifs imposent une limitation des courants réellement consommés pour ne pas faire sauter tout le réseau.
Conclusion : on a retrouvé le cosinus Phi !!
V7-Puissance Réactive-littleFp = Fs x cosinus PhiFq = Fs x sinus Phi V8-Puissance Réactive-littleP = S x cosinus PhiQ = S x sinus Phi(précision S = U x I)
Cette configuration impose un canal plus large, une force de traction mal utilisée et des pertes dues aux frottements sur le gouvernail. Cela se traduit par des câbles plus gros, un réseau sous-exploité et des pertes dues aux courants réactifs.

Cette configuration, représentative de la plupart des circuits électriques de nos bâtiments, va donc générer un coût important pour le propriétaire du réseau : EDF. En effet, le cuivre ou les centrales électriques, ce n’est pas donné ! Ainsi EDF a mis en place plusieurs solutions pour limiter l’impact financier de cette puissance réactive.

L’une de ces solutions est de facturer cette puissance réactive aux clients. Pas de panique ! EDF ne facture pas la puissance réactive aux particuliers. Cependant, elle le facture aux entreprises, si le fameux cosinus Phi (compris entre 0 et 1), générée par l’installation électrique de l’entreprise, est inférieur à 0,93.

Par conséquent, afin d’éviter de payer la puissance réactive en plus de la consommation électrique habituelle, les entreprises cherchent à limiter cette « puissance réactive » pour avoir un cosinus Phi supérieur à 0,93.

Et l’une des solutions vient du récepteur électrique dont nous n’avons pas encore parlé : le condensateur.

En effet, les condensateurs déphasent également le courant et la tension et créent de la puissance réactive, mais d’une manière inverse aux bobines. Ainsi pour supprimer la puissance réactive, il suffit d’installer dans notre installation électrique suffisamment de condensateurs pour compenser le déphasage crée par les bobines.

Et ces condensateurs, nous les retrouvons très souvent dans le chiffrage du lot électricité, dans la ligne souvent appelée « batterie de condensateurs ».

CQFD…