Définition
Formule de l'effet Joule
L'effet Joule provoqué par le passage d'un courant est proportionnel au carré de l'intensité de ce courant.
La puissance dissipée par effet Joule en courant continu est égale à : P = R × I2 (avec P, la puissance en watts, R la résistance en ohms et I l'intensité en ampères).
Il faut rajouter la dimension temps dans cette formule pour calculer la quantité d'énergie dissipée en Joules (J), comme ci-après.
Usages de l'effet Joule
L’énergie calorifique dissipée par effet Joule (mesurée en joules - J) peut être valorisée pour :
- le chauffage domestique et ses dérivés ;
- l’éclairage dans les ampoules à incandescence en portant le filament à une température supérieure à 2 000°C à laquelle il rayonne un maximum de lumière visible ;
- la protection de circuits électriques.
Un inconvénient lié à l'effet Joule : les pertes en ligne
Pour le transport de l’électricité, l’effet Joule constitue une perte d’énergie à réduire : à puissance délivrée égale, plus la tension est élevée et l’intensité réduite, plus les pertes en lignes (proportionnelles au carré de l’intensité) sont faibles.
Le gestionnaire du réseau de transport d'électricité en France métropolitaine RTE indique que « 78% des pertes proviennent de la déperdition d’énergie qui s’opère dès qu’un courant circule dans le matériau conducteur des liaisons. Le transport de l’électricité fait chauffer le câble et génère des pertes d’énergie »(2).
Au total, ces pertes représentent « entre 2% et 3% de l’électricité acheminée. Cela veut donc dire que si le réseau de transport de l’électricité livre 100 MW à un consommateur, il en achemine 103 MW et 3 MW sont perdus lors du transport », précise RTE.
D’un point de vue physique, l’effet Joule est principalement dû aux interactions électriques entre les noyaux des atomes d’un matériau conducteur et les électrons libres faiblement liés à ces noyaux. Fixes et chargés positivement, les noyaux atomiques du conducteur freinent les électrons, mobiles et chargés négativement, qui circulent dans le conducteur(3) lorsqu’une tension électrique lui est appliquée.
C’est pourquoi l’effet Joule est faible dans certains matériaux comme l’argent et le cuivre qui possèdent de nombreux électrons très peu liés à leurs atomes. Il peut même être négligeable dans des matériaux supraconducteurs dont la résistance est nulle en dessous d’une température dite « critique ».
Sources / Notes
- Qui comportent un gaz noble.
- Déperditions d'énergies ou pertes en lignes : un phénomène naturel, RTE.
- Vers son extrémité positive.