kW, kWh, kVA et cos phi : ce que dit votre facture

Quatre mots, quatre questions différentes

Le kWh est une quantité. C’est ce que votre compteur totalise depuis sa pose, et c’est la seule grandeur que vous payez au volume. Le kW est un débit : la puissance appelée à un instant donné. Un site qui consomme 13 000 kWh sur un mois peut le faire en douceur ou par à-coups, la facture au volume ne fait pas la différence.

Le kVA est la puissance apparente : ce que le réseau, votre transformateur, vos câbles et vos protections doivent réellement encaisser. Le kW n’en est qu’une partie, celle qui produit du travail, de la chaleur ou du mouvement. Le reste circule, chauffe les conducteurs et rentre à la source sans rien produire.

Le cos phi est le rapport entre les deux. À 1, tout ce qui circule travaille. À 0,8, il faut faire passer un quart de courant en plus pour obtenir la même puissance utile. C’est pour cette raison qu’un disjoncteur, une section de câble et un transformateur se dimensionnent en ampères et en kVA, jamais en kW.

La hiérarchie tient en une ligne : le kWh dit combien vous avez consommé, le kW dit à quelle vitesse, le kVA dit ce que l’installation a dû supporter pour le faire, et le cos phi dit quelle part de tout cela servait à quelque chose.

Votre facture les affiche déjà

Prenons la facture mensuelle d’une PME wallonne dont le site produit une partie de son électricité. Sous l’intitulé « données de mesure », six lignes suffisent à décrire le mois.

Consommation en heures pleines : 5 985 kWh. En heures creuses : 7 676 kWh. Un site qui achète plus d’électricité la nuit et le week-end que pendant ses heures ouvrées, voilà qui mérite une explication. Ici elle est simple : une partie de la journée est couverte par la production du site, donc ce qui reste à acheter au réseau se déplace vers les heures creuses. Sans cette information, la même facture se lirait comme un talon nocturne anormal et le diagnostic serait faux. Le talon est un vrai sujet, et nous lui avons consacré un article, mais il se démontre sur une courbe de charge, jamais sur deux totaux mensuels.

Puissance en heures pleines : 72,8 kW. En heures creuses : 51,8 kW. Ce sont des pointes, pas des moyennes. La facture ajoute une ligne rarement lue, le nombre d’heures d’utilisation, ici 188 heures sur le mois, qui est le résultat de la division des kWh achetés par la pointe. Elle se lit comme un rapport de forme : ce site appelle 72,8 kW mais n’achète l’équivalent de cette puissance que pendant 188 heures. La pointe est donc très au dessus de ce qui est prélevé en courant normal. Une pointe rare et haute ne se corrige pas avec les mêmes gestes qu’une consommation permanente élevée.

Énergie réactive inductive : 10 877 kVArh. Capacitive : zéro. Et en bas de page, un « cosphi » de 0,782.

Ces derniers chiffres se vérifient les uns par les autres. Un actif de 13 661 kWh et un réactif de 10 877 kVArh donnent bien un facteur de puissance de 0,78. La facture est cohérente avec elle-même, ce qui est la première chose à contrôler avant de tirer une conclusion d’un document. Une contradiction interne se voit sans aucune source extérieure, et elle suffit à condamner un chiffre.

Le réactif, la grandeur qu’on paie sans la voir passer

Les 10 877 kVArh de cette facture n’ont fait tourner aucun index de kWh. Ils ont pourtant traversé le raccordement, le transformateur et le jeu de barres du TGBT, en y occupant de la place. C’est exactement ce que votre gestionnaire de réseau facture : au delà d’un seuil qu’il fixe dans sa grille tarifaire, l’énergie réactive devient une ligne payante sur la part distribution.

Le capacitif à zéro dit autre chose. Rien ne compense. Sur un site équipé d’une batterie de condensateurs, une valeur strictement nulle en permanence mérite une visite à l’armoire, parce qu’une batterie hors service ne prévient personne.

Notre position tient en une phrase : le cos phi n’est pas un sujet d’électricien, c’est une ligne de facture, et il se surveille comme telle. La surveiller ne suffit d’ailleurs pas à la corriger. Si votre facture affiche un cos phi durablement bas, ce n’est pas la mesure qui vous manque, c’est la compensation. La mesure sert à savoir quand il chute, sur quelle phase et en face de quel équipement, ce qu’une valeur mensuelle moyenne ne dira jamais.

Si votre site produit, le cos phi du raccordement change de sens

Le cos phi de 0,782 de cette facture a une cause que peu de gens ont en tête, et elle n’a rien à voir avec l’état des moteurs.

Une installation photovoltaïque raccordée fournit de la puissance active en n’échangeant pratiquement pas de puissance réactive avec le réseau. C’est le comportement attendu d’elle, la prescription de raccordement le demande tant que la tension reste dans sa plage. Les charges du site, elles, continuent d’appeler exactement le même réactif qu’avant : un moteur, un ballast ou un transformateur ne se soucient pas de savoir d’où vient leur puissance active.

Un exemple chiffré rend la mécanique évidente. Un site appelle 100 kW d’actif et 50 kvar de réactif, ce qui donne un cos phi d’environ 0,89 au point de raccordement. Ajoutez une production locale de 80 kW qui n’échange pas de réactif : le réseau ne fournit plus que 20 kW d’actif, mais toujours 50 kvar de réactif. Le cos phi vu au raccordement tombe alors autour de 0,37. Aucune machine ne s’est dégradée, aucun condensateur n’est tombé, et l’indicateur s’est pourtant effondré.

Deux conséquences très concrètes. Un site peut voir apparaître une facturation de réactif l’année où il installe du photovoltaïque, sans avoir touché à une seule de ses charges. Et une compensation dimensionnée avant la production peut se révéler mal réglée après, pour exactement la même raison.

Sur un site qui produit une partie de son énergie, le cos phi observé au point de raccordement ne décrit donc plus directement le comportement des seules charges. Il résulte de ce que le réseau fournit encore en actif et en réactif, une fois la production locale prise en compte. Pour retrouver le comportement réel des charges, il faut mesurer en amont, au TGBT, et comparer les deux points.

Le principe dépasse le photovoltaïque. Deux appareils placés sur une même installation peuvent afficher des valeurs différentes s’ils ne mesurent pas au même point, avec les mêmes conventions, la même direction de puissance ou le même pas de temps. Avant de comparer deux données énergétiques, vérifiez ce que chacune mesure réellement. Une valeur sans sa convention de mesure n’est pas une donnée, c’est un nombre.

Ce que voit une centrale de mesure

Un compteur d’énergie compte des kilowattheures. Une centrale de mesure posée au TGBT ou sur un départ voit davantage : le courant sur chacune des trois phases, les tensions, le facteur de puissance phase par phase, et les index d’énergie active dans les deux sens quand le site produit.

Trois usages justifient à eux seuls la pose, et nous les retrouvons sur presque tous les sites.

Le facteur de puissance, pour vérifier que le client n’est pas pénalisé, et pour voir la pénalité arriver avant la facture plutôt qu’après.

Le courant par phase, pour contrôler l’équilibrage. C’est ici que la moyenne ment le plus souvent. Sur un tableau que nous suivons, deux phases affichent un facteur de puissance parfaitement sain pendant que la troisième s’effondre très bas, avec des courants du même ordre sur les trois. Un cos phi global présentable peut cacher une phase malade, et le compteur du gestionnaire de réseau, lui, ne raisonne pas par phase.

La tension entre phases, enfin, qui devient déterminante dès qu’une production est raccordée : les onduleurs décrochent quand la tension sort de leur plage, et un décrochage qui se répète ne se voit nulle part ailleurs que dans l’historique des tensions.

Le choix entre un simple compteur d’index et une centrale de mesure est un sujet à lui seul, avec ses coûts et ses contraintes de pose : nous l’avons détaillé dans notre article sur le sous-comptage électrique.

Ce qu’il faut historiser, et ce qui ne sert à rien

Une centrale moderne sait produire des dizaines de grandeurs. Les collecter toutes coûte peu. Les lire coûte cher, et un tableau de bord qui affiche quarante courbes ne se lit pas, il se referme. C’est l’une des raisons pour lesquelles tant de plateformes de monitoring énergétique finissent inutilisées.

Notre règle de décision est courte : une grandeur mérite son historique si vous pouvez nommer la décision qu’elle déclenche. Sinon, c’est du stockage.

Ce qui passe ce test, sur un site de PME :

• l’index d’énergie active, dans les deux sens si le site produit, parce que c’est le lien avec la facture
• la puissance active moyenne sur le pas de temps de mesure, qui donne la courbe de charge et fait apparaître le talon
• la pointe de la période, parce qu’elle est facturée et qu’elle dimensionne l’installation
• le facteur de puissance, phase par phase et non en moyenne
• le courant par phase, pour l’équilibrage et pour repérer un départ qui dérive

Ce qui ne le passe pas, en suivi permanent : les harmoniques, la puissance réactive instantanée, la tension échantillonnée à haute cadence, tout ce qui relève de la qualité de réseau fine. Ce sont des grandeurs de diagnostic. On les mesure pendant une campagne, avec un appareil prévu pour, on tranche, et on arrête. Les enregistrer en continu pendant trois ans produit un historique que personne n’ouvrira, sauf le jour d’une panne où il aurait fallu une résolution que vous n’avez de toute façon pas.

La nuance vaut pour les sites à forte électronique de puissance, où la qualité de réseau devient un sujet permanent. Mais c’est alors une décision prise et motivée, pas une case cochée par défaut à la mise en service.

Par où commencer

Nous partons de l’existant. Le compteur du gestionnaire de réseau est déjà en place, la facture est déjà une mesure, et une GTB ou une supervision couvre parfois déjà une partie du bâtiment. Nous ajoutons la mesure là où elle manque et nous faisons circuler la donnée là où elle doit aller, sur un site industriel comme dans un atelier, un bâtiment tertiaire, un bâtiment logistique ou un ensemble multi-bâtiments.

Le premier geste ne demande ni device ni budget. Sortez votre dernière facture, trouvez les six lignes de données de mesure, et vérifiez qu’elles se recoupent. Vous saurez alors si votre sujet est un volume, une pointe ou un cos phi. Ce ne sont pas les mêmes chantiers, et le troisième change de nature dès que votre site produit.

Pour la suite, nos solutions de suivi énergétique décrivent ce que nous posons et ce que nous en tirons.