Sur une installation comportant des moteurs, des transformateurs ou des appareils électroniques, le facteur de puissance (cosφ) est rarement proche de 1. Cette différence entre puissance active (kW, celle qui travaille réellement) et puissance apparente (kVA, celle que le réseau doit fournir) se traduit par un surcoût sur la facture d'électricité et un surdimensionnement inutile des câbles et des protections.
Les trois puissances électriques
P (kW) = puissance active — travail utile (chaleur, mouvement, lumière) Q (kVAR) = puissance réactive — énergie stockée/restituée dans les bobines et condensateurs S (kVA) = puissance apparente — ce que le réseau doit fournir S² = P² + Q² cosφ = P / S tanφ = Q / P
Un moteur asynchrone 10 kW avec cosφ = 0,80 impose au réseau une puissance apparente S = 10 / 0,80 = 12,5 kVA, donc 12,5 kVA de câble, de protections et de puissance souscrite pour seulement 10 kW utiles.
Pourquoi le réseau facture l'énergie réactive
En France, Enedis facture l'énergie réactive aux gros consommateurs BT (≥ 36 kVA) et à tous les clients HTA et HTB dès que le cosφ est inférieur à 0,93 pendant les heures pleines (6h–22h en jours ouvrés). En dessous de ce seuil, chaque kVARh consommé en excès est facturé environ 0,02 €/kVARh. Sur une installation industrielle, la facture peut dépasser plusieurs milliers d'euros par an.
Principe de la compensation par condensateurs
Les condensateurs produisent de l'énergie réactive capacitive, qui compense l'énergie réactive inductive des moteurs et transformateurs. Vus du réseau, ces deux composantes se soustraient — le cosφ résultant s'améliore :
Q_condensateurs = P × (tanφ₁ − tanφ₂) [kVAR] Avec : tanφ₁ = tan(arccos(cosφ_actuel)) tanφ₂ = tan(arccos(cosφ_cible))
Exemple : installation 100 kW, cosφ actuel = 0,75, objectif cosφ = 0,93 :
tanφ₁ = tan(arccos(0,75)) = 0,882 tanφ₂ = tan(arccos(0,93)) = 0,395 Qc = 100 × (0,882 − 0,395) = 48,7 kVAR
Compensation fixe ou automatique ?
Compensation fixe
Un ou plusieurs condensateurs en parallèle sur le réseau, connectés en permanence :
- Simple, peu coûteuse
- Adaptée aux installations à charge constante (moteur fonctionnant H24)
- Risque de surcompensation (cosφ > 1 à charge faible → injection de réactif dans le réseau, pénalisée aussi)
Banc automatique (armoire de compensation)
Un régulateur mesure en permanence le cosφ et connecte/déconnecte des gradins de condensateurs (5 kVAR, 10 kVAR, 25 kVAR…) selon le besoin :
- S'adapte aux variations de charge
- Pas de risque de surcompensation
- Indispensable au-delà de 50 kVAR ou en présence de grandes variations de charge
- Coût plus élevé mais retour sur investissement rapide (1 à 3 ans)
La capacité des condensateurs
Pour un montage en étoile (triphasé, le plus courant) :
C = Qc × 1 000 / (3 × U_ph² × 2π × f) [µF par phase] Avec U_ph = 230 V (réseau 400 V en étoile), f = 50 Hz
En pratique, on sélectionne des condensateurs sur étagère dont la puissance nominale (en kVAR) est immédiatement supérieure à Qc calculé. Voir le calculateur associé pour obtenir directement la valeur en µF et en kVAR.
L'impératif des inductances anti-harmoniques
Les installations comportant des variateurs de fréquence, des onduleurs ou des équipements à alimentation à découpage génèrent des harmoniques (courants à 150 Hz, 250 Hz, 350 Hz…). Ces harmoniques peuvent créer un phénomène de résonance entre les condensateurs et l'inductance du réseau, entraînant des surtensions destructrices.
La solution : associer systématiquement des inductances anti-harmoniques (filtres passifs) en série avec les condensateurs. Le taux de désaccord est choisi selon le rang d'harmonique dominant :
- Inductance 7 % (désaccordée au 4,2ème rang) : taux de distorsion modéré (THD < 20 %)
- Inductance 14 % (désaccordée au 2,7ème rang) : environnement très pollué (THD > 20 %)
Sans inductance anti-harmonique en présence d'harmoniques, la durée de vie des condensateurs est fortement réduite et les échauffements peuvent provoquer un incendie.
Emplacement de la compensation
La compensation peut être réalisée à différents niveaux :
- Globale (TGBT) : une armoire de compensation pour toute l'installation — la plus économique à installer mais n'améliore pas la section des câbles internes
- Par secteur (tableau divisionnaire) : bonne solution intermédiaire
- Individuelle (moteur par moteur) : condensateurs directement aux bornes du moteur — améliore toute la chaîne mais coût élevé
La compensation individuelle est rentable pour les moteurs ≥ 30 kW fonctionnant plus de 3 000 h/an.
Vérification du retour sur investissement
Économie annuelle (€) = Q_compensée (kVAR) × h_HPH × prix_kVARh ROI (ans) = Coût installation (€) / Économie annuelle (€/an)
Avec un prix du kVARh d'environ 0,02 €, une compensation de 50 kVAR sur 2 000 h/an génère environ 2 000 € d'économie annuelle. Une armoire de compensation à 4 000 € est rentabilisée en 2 ans.
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