puissance

En mécanique, la puissance est le rythme auquel le travail est effectué ou l'énergie est transférée. Une machine qui soulève 100 kilogrammes d'un mètre en 10 secondes délivre plus de puissance qu'une machine qui met 100 secondes pour faire le même travail, même si les deux effectuent un travail identique. La puissance est mesurée en watts (un joule par seconde) ou, dans l'ancienne pratique impériale, en chevaux-vapeur (746 watts). La distinction est importante : un petit moteur tournant vite peut égaler la puissance d'un grand moteur tournant lentement.

La puissance linéaire, utilisée dans les presses et les vérins hydrauliques, est égale à la force multipliée par la vitesse : un vérin hydraulique poussant avec 5000 newtons tout en s'étendant à 0,5 mètre par seconde délivre 2500 watts. La puissance de rotation, utilisée dans les moteurs et les turbines, est égale au couple multiplié par la vitesse angulaire : un arbre tournant à 1500 tours par minute tout en transmettant 10 newton-mètres de couple produit environ 1571 watts. Les unités diffèrent, mais le principe est identique : plus de force ou plus de vitesse signifie plus de puissance à la charge.

Pertes et limites pratiques

La puissance nominale est ce qu'une machine est conçue pour supporter sans dommage. La puissance de pointe, que les moteurs peuvent produire pendant des secondes ou des minutes, dépasse cette valeur nominale. Le fonctionnement continu à la puissance nominale génère de la chaleur par frottement, traînée des roulements et déformation des matériaux. Si la valeur nominale est dépassée, les composants surchauffent, les roulements se bloquent, les joints lâchent. Inversement, faire fonctionner un moteur en dessous de sa puissance nominale gaspille l'investissement en capital et est souvent moins efficace que dans les conditions nominales.

La puissance d'entrée et la puissance de sortie diffèrent par l'efficacité, qui dépend de la conception et du point de fonctionnement. Un système hydraulique qui reçoit 50 kilowatts de puissance de pompe peut ne délivrer que 40 kilowatts à l'actionneur en raison des fuites, des chutes de pression et de la génération de chaleur. Les réducteurs industriels ont généralement une efficacité de 90 à 98 pour cent selon le type ; les transmissions par courroie ont une efficacité de 92 à 97 pour cent. Ces pertes se cumulent dans les machines à plusieurs étages, c'est pourquoi les conceptions à entraînement direct sont préférées lorsque les exigences de couple le permettent.

Le facteur de puissance dans les systèmes électriques complique encore la situation. Un moteur triphasé tirant 100 ampères à 480 volts avec un facteur de puissance de 0,85 consomme environ 70,5 kilowatts de puissance réelle ; le reste est de la puissance réactive qui ne fait aucun travail utile. La conception des installations et la facturation pénalisent souvent les mauvais facteurs de puissance, ce qui rend la sélection des moteurs et la qualité de l'entraînement économiquement significatives au-delà de la seule puissance nominale en kilowatts.