Chapitre 03 · Sujet 4 sur 5
Le bilan de puissance
Estimer la puissance réellement appelée par un bâtiment tertiaire à partir des puissances installées, des coefficients d'utilisation et de simultanéité, puis en déduire le courant d'arrivée.
Niveau 1
L'essentiel
- Le bilan de puissance répond à la question : de combien de puissance le bâtiment a-t-il réellement besoin ?
- On liste tous les appareils et leur puissance installée, puis on tient compte du fait qu'ils ne fonctionnent pas tous à fond, ni tous en même temps.
- Le coefficient d'utilisation (ku) dit à quelle fraction de sa puissance un appareil fonctionne. Le coefficient de simultanéité (ks) dit quelle part des appareils fonctionne en même temps.
- On ajoute une réserve pour les extensions futures.
- Le résultat sert à choisir le raccordement, le TGBT, le câble d'arrivée et les protections.
Comprendre
Étape 1 : l'inventaire
Pour chaque local ou zone, on note : éclairage, prises, chauffage et climatisation, eau chaude, cuisine, ascenseurs, informatique, appareils spéciaux. On lit la puissance sur la plaque signalétique ou la fiche technique.
Étape 2 : les coefficients
- ku : un moteur de ventilation de 4 kW qui tourne à 75 % de sa puissance a un ku de 0,75. Pour l'éclairage, on prend en général ku = 1.
- ks : sur 20 prises de bureau, elles ne sont jamais toutes chargées en même temps. On applique par exemple ks = 0,5.
Puissance retenue = puissance installée × ku × ks.
Étape 3 : additionner et ajouter la réserve
On additionne les puissances retenues de chaque groupe. On peut appliquer un coefficient de simultanéité global entre groupes. Puis on ajoute une réserve, souvent de l'ordre de 20 % ; c'est un choix de projet.
Étape 4 : passer au courant
On convertit la puissance en courant avec la bonne tension : I = P / (√3 × U × cos φ) en triphasé, avec U = 230 V en 3 × 230 V ou 400 V en 3N 400 V (voir ce sujet).
Sur le terrain
Une agence immobilière à Tournai : 8 postes de travail, un éclairage LED de 1,2 kW, une kitchenette (bouilloire 2 kW, micro-ondes 1 kW, frigo 0,15 kW), une climatisation de 3 kW électriques. Puissance installée totale : 8 × 0,15 (postes) + 1,2 + 3,15 + 3 = 8,55 kW. On sait que la bouilloire et le micro-ondes fonctionnent rarement en même temps que tout le reste à fond : le besoin réel est inférieur. Le bilan évite de surdimensionner le raccordement, mais aussi d'oublier la climatisation qu'on ajoutera « plus tard ».
Erreurs fréquentes
- Additionner les puissances installées sans coefficient : le raccordement et le TGBT sont surdimensionnés et coûtent trop cher.
- Appliquer des coefficients trop optimistes : les protections déclenchent à la première journée chaude.
- Oublier des appareils (ascenseur, ventilation, éclairage extérieur, bornes de recharge).
- Utiliser 230 V au lieu de 400 V (ou l'inverse) pour calculer le courant.
Niveau supérieur
L'essentiel
- Le bilan s'établit par niveaux (circuit, tableau divisionnaire, TGBT) : chaque niveau a ses coefficients, et les erreurs s'y propagent.
- La puissance apparente S, et non la puissance active P, dimensionne les câbles, les transformateurs et le raccordement : S = P / cos φ.
- Les coefficients se justifient : profil d'usage, données de bâtiments comparables, mesures existantes (courbe de charge), fiches techniques.
- Les charges permanentes (serveurs, ventilation, froid) prennent ks = 1 ; les charges intermittentes et nombreuses prennent des ks plus faibles.
- La réserve couvre l'évolution prévisible ; elle ne doit pas servir à masquer l'incertitude sur les coefficients.
Approfondir
Définitions
- Puissance installée : Pi = somme des puissances nominales.
- Puissance d'utilisation d'un récepteur : Pu = Pi × ku.
- Puissance d'un groupe : Pg = (somme des Pu) × ks.
- Puissance totale : Pt = (somme des Pg) × ks_global × (1 + réserve).
- Puissance apparente : S = Pt / cos φ global si l'on dispose d'un cos φ global fiable. La méthode rigoureuse calcule Q = P × tan φ pour chaque groupe, additionne séparément les P et les Q, puis S = √((ΣP)² + (ΣQ)²) (calculateur).
Valeurs indicatives de simultanéité
Les guides techniques proposent souvent, pour les départs d'un tableau de distribution, un coefficient décroissant avec le nombre de circuits :
| Nombre de circuits | ks indicatif |
|---|---|
| 2 à 3 | 0,9 |
| 4 à 5 | 0,8 |
| 6 à 9 | 0,7 |
| 10 et plus | 0,6 |
Ces valeurs sont un point de départ. Elles ne s'appliquent pas à des charges permanentes ou pilotées ensemble (climatisation démarrée par la GTB à heure fixe, bornes de recharge sans gestion de charge).
Les charges qui faussent les bilans
- Bornes de recharge : sans gestion de charge, plusieurs véhicules peuvent charger simultanément à pleine puissance pendant des heures ; ks proche de 1. Avec gestion de charge, la puissance est plafonnée par le système. Voir bornes de recharge.
- Cuisines professionnelles : beaucoup d'appareils puissants, fonctionnement simultané aux heures de service.
- Moteurs : le courant de démarrage ne fait pas partie du bilan en régime établi, mais il doit être vérifié pour la chute de tension et les protections.
Lien avec le comptage
Pour un bâtiment existant, la courbe de charge au quart d'heure (voir ce sujet) donne la pointe réelle. Un bilan théorique qui s'en écarte fortement doit être revu.
Exemple chiffré
Plateau de bureaux de 600 m², réseau 3N 400 V (valeurs de projet supposées).
| Groupe | Pi (kW) | ku | ks | P retenue (kW) |
|---|---|---|---|---|
| Éclairage LED | 3,6 | 1 | 1 | 3,6 |
| Postes de travail (50 × 150 W) | 7,5 | 1 | 0,6 | 4,5 |
| Kitchenette | 6,0 | 1 | 0,5 | 3,0 |
| Climatisation (3 × 4 kW électriques) | 12,0 | 0,8 | 1 | 9,6 |
| Baie informatique | 2,0 | 1 | 1 | 2,0 |
| Total | 31,1 | 22,7 |
- Simultanéité entre groupes : ks_global = 0,9 → P = 22,7 × 0,9 = 20,43 kW.
- Puissance apparente avec un cos φ global estimé à 0,92 : S = 20,43 / 0,92 ≈ 22,2 kVA.
- Réserve de 20 % : S = 22,2 × 1,2 ≈ 26,6 kVA.
- Courant d'arrivée en 3N 400 V : I = 26 650 / (1,732 × 400) ≈ 38,5 A (calculateur).
- Si le bâtiment était en 3 × 230 V : I = 26 650 / (1,732 × 230) ≈ 66,9 A.
Lecture : la puissance installée (31,1 kW) aurait conduit à environ 31,1 / 0,92 × 1,2 ≈ 40,6 kVA, soit 58,6 A en 400 V. Le bilan avec coefficients ramène le besoin à 38,5 A. Le choix final de la protection d'arrivée se fait ensuite avec la règle Ib ≤ In ≤ Iz (voir ce sujet).
Erreurs fréquentes
- Appliquer deux fois le même coefficient (ks au niveau du groupe et à nouveau au niveau du tableau pour les mêmes charges).
- Additionner des kVA de groupes ayant des cos φ très différents comme s'ils étaient en phase : on surestime S. La méthode rigoureuse additionne séparément P et Q.
- Appliquer un ks faible à des charges permanentes ou commandées ensemble.
- Présenter un bilan sans hypothèses écrites : personne ne peut le vérifier ni le mettre à jour.