Conversion de Électronvolts en Wattheures

Informations sur le Électronvolt (eV)

L’électronvolt est une unité d’énergie égale au travail accompli sur un seul électron traversant une différence de potentiel d’un volt. Son symbole est eV. Depuis la redéfinition du SI de 2019, il possède une valeur exacte, 1,602176634 fois dix puissance moins dix-neuf joule, car la charge élémentaire est désormais une constante définie.

Il existe parce que le joule est désespérément grand pour le monde atomique. Un seul photon visible porte entre environ 1,6 et 3,3 électronvolts, et l’exprimer en joules réclame dix-neuf zéros initiaux. Travailler en électronvolts permet à un physicien d’énoncer l’énergie d’une liaison chimique, d’une transition atomique ou d’une collision subatomique par un nombre compris entre un et quelques-uns, ce qu’une unité est censée faire.

L’échelle organise des disciplines entières. La chimie vit à quelques électronvolts, l’énergie des liaisons et des photons visibles et ultraviolets qui les brisent. Les rayons X occupent les kiloélectronvolts. La physique nucléaire travaille en mégaélectronvolts, l’échelle des énergies de liaison et de la désintégration radioactive. La physique des particules emploie les gigaélectronvolts, où la masse au repos du proton vaut 0,938, et les téraélectronvolts au Grand collisionneur de hadrons, dont les protons portent 6,8 chacun.

La masse s’exprime dans la même unité par la relation masse-énergie. La masse au repos d’une particule se donne en électronvolts divisés par le carré de la vitesse de la lumière, et les physiciens omettent couramment le diviseur pour dire simplement que l’électron vaut 511 kiloélectronvolts. Le boson de Higgs vaut 125 gigaélectronvolts selon la même convention.

L’ingénierie des semi-conducteurs en dépend. La bande interdite qui détermine le comportement électrique et optique d’un matériau est une énergie en électronvolts : environ 1,1 pour le silicium, 3,4 pour le nitrure de gallium, et ce seul nombre décide si un composant est une cellule solaire, un transistor ou une diode électroluminescente bleue.

L’astronomie hérite de la convention pour les photons de haute énergie : les télescopes à rayons gamma rapportent donc leurs observations en gigaélectronvolts et téraélectronvolts plutôt qu’en longueurs d’onde.

Les accélérateurs de particules portent le nom des énergies qu’ils atteignent, et leurs noms suivent donc les préfixes. La machine de Cockcroft et Walton qui brisa un noyau pour la première fois en 1932 travaillait à quelques centaines de kiloélectronvolts ; le Bévatron des années cinquante atteignit le milliard et trouva l’antiproton ; et le Grand collisionneur de hadrons porte les protons à 6,8 téraélectronvolts chacun. Les rayons cosmiques remettent tout cela en perspective en arrivant avec des énergies allant jusqu’à 10 puissance vingt électronvolts, des dizaines de millions de fois plus que toute machine, même si une poignée seulement de telles particules frappe la Terre en un siècle sur un kilomètre carré.

Un électronvolt équivaut à environ 1,602 fois dix puissance moins dix-neuf joule, soit à peu près 3,83 fois dix puissance moins vingt calorie.

Informations sur le Wattheure (Wh)

Le wattheure est une unité d’énergie valant l’énergie délivrée par un watt de puissance pendant une heure, soit exactement 3600 joules. Son symbole est Wh. C’est la petite monnaie du kilowattheure, employée partout où les quantités d’énergie sont trop modestes pour s’énoncer en milliers.

Les batteries sont son principal territoire. La capacité d’un ordinateur portable, d’un téléphone, d’un outil électrique ou d’une enceinte nomade s’indique en wattheures, et c’est ce chiffre qui compte pour comparer des appareils, parce qu’il combine les deux nombres généralement imprimés sur un élément. Une batterie annoncée à 3000 milliampères-heures sous 3,7 volts stocke environ 11 wattheures, et le chiffre en ampères-heures seul n’a aucun sens sans la tension.

La réglementation aérienne a rendu l’unité publique de façon inattendue. Les batteries au lithium de plus de 100 wattheures ne peuvent être emportées en bagage de cabine sans accord de la compagnie, et au-delà de 160 wattheures elles sont totalement interdites à bord des avions de passagers. C’est pourquoi les batteries d’ordinateurs et d’appareils photo portent le chiffre imprimé, et pourquoi les batteries externes sont conçues pour rester juste sous le seuil.

La production d’énergie à petite échelle l’emploie aussi. Un panneau solaire de lampe de jardin, un capteur récupérateur d’énergie ou une dynamo de bicyclette produisent des wattheures par jour et non des kilowattheures, et l’électronique à faible consommation prévue pour fonctionner des années sur une seule pile se budgète en milliwattheures.

L’unité partage la critique adressée au kilowattheure : elle associe une unité cohérente de puissance du SI à une unité de temps étrangère au SI. En termes strictement SI, l’expression correcte est 3600 joules, soit 3,6 kilojoules, et l’écriture scientifique emploie le joule. Partout ailleurs, le lien pratique avec la puissance de l’appareil l’emporte.

Les systèmes de stockage d’énergie, de la batterie domestique à l’installation de réseau, montent en gamme par les kilowattheures et les mégawattheures depuis le même point de départ, si bien que toute la famille partage une seule arithmétique.

Une confusion fréquente mérite d’être levée ici. Les cellules de batterie sont d’ordinaire étiquetées en ampères-heures ou milliampères-heures, qui mesurent une charge et non une énergie, et deux cellules de même valeur en ampères-heures stockent des quantités bien différentes si leurs tensions diffèrent. Multiplier les ampères-heures par la tension nominale donne des wattheures : une cellule de téléphone de 3000 milliampères-heures sous 3,85 volts renferme environ 11,6 wattheures. Voilà pourquoi les comparaisons de capacité entre appareils n’ont de sens qu’en wattheures, pourquoi les compagnies aériennes fixent leurs limites en wattheures, et pourquoi une batterie externe annoncée en milliampères-heures peut livrer moins que son chiffre une fois comptées ses propres pertes de conversion.

Un wattheure équivaut à 3600 joules, à 0,001 kilowattheure ou à environ 0,86 kilocalorie.