🧍 La puissance d'un homme, et celle de ses esclaves énergétiques

C'est la seule puissance dont nous ayons l'expérience directe, et donc le meilleur repère de toute la rubrique : ce que produit un corps, ce qu'il peut fournir en pointe, et combien de machines travaillent aujourd'hui à notre place.

Le tableau des puissances place le corps humain à 100 W, quelque part entre la LED et la bouilloire. C'est le repère le plus utile de toute la page, parce que c'est le seul dont nous ayons l'expérience directe. Reste à savoir d'où sortent ces watts, par où ils s'échappent, ce que nous savons faire en pointe, et pourquoi une simple prise de courant vaut plusieurs centaines d'êtres humains au travail.

1. Un corps, c'est 120 W de chauffage permanent

Tout ce que nous mangeons finit en chaleur : c'est le premier principe de la thermodynamique appliqué à l'assiette. Une ration de 2 500 kcal par jour représente 10,5 millions de joules étalés sur 86 400 secondes, soit 121 W dissipés en permanence. Un être humain est donc un radiateur qu'on n'éteint jamais. Mais cette chaleur sort par deux portes très différentes, et c'est là toute la subtilité.

Chaleur sensible

≈ 60 W

La chaleur sèche, celle que voit le thermomètre. Elle quitte la peau et les vêtements, à environ 28 °C en surface, par rayonnement et par convection vers l'air de la pièce. C'est elle qui fait monter la température d'une salle pleine de monde.

Chaleur latente

≈ 60 W

La chaleur cachée dans la vapeur d'eau, que le thermomètre ne voit pas. Elle part avec l'eau que nous évaporons, par les poumons et par la peau. C'est elle qui embue les vitres et qui épuise les climatiseurs.

La part latente est la plus contre-intuitive des deux, alors calculons-la vraiment, en partant du volume d'eau que nous expirons.

Étape du calcul	Valeur retenue
Volume d'air respiré	0,5 litre par inspiration × 15 par minute, soit 7,5 L/min et environ 10 m³ par jour
Eau contenue dans l'air inspiré	à 20 °C et 50 % d'humidité : 8,7 g par m³
Eau contenue dans l'air expiré	à 35 °C et saturé à 100 % : 40 g par m³
Eau ajoutée par les poumons	environ 31 g par m³, soit 0,33 litre par jour
Chaleur emportée par cette vapeur	0,33 kg × 2 430 kJ/kg = 800 kJ par jour, soit 9 W

La respiration seule ne pèse donc que 9 W. Il faut y ajouter la perspiration insensible, cette eau qui traverse la peau sans qu'on transpire, environ 0,5 litre par jour, soit 14 W de plus. Au repos complet dans une pièce fraîche, un corps est donc plutôt à 95 W sensibles et 25 W latents.

🔑 La clé : le total ne bouge pas, c'est le partage qui bascule. Le métabolisme fixe les 120 W, mais c'est l'ambiance qui décide par quelle porte ils sortent. Dès qu'il fait chaud, ou que l'on bouge un peu, la voie sèche se bouche (l'écart de température avec l'air se réduit) et le corps ouvre en grand la voie humide : il transpire. Passer à 60 W de latent, c'est évaporer 89 grammes d'eau par heure, soit 2,1 litres par jour. D'où le repère classique du génie climatique, celui des deux cases ci-dessus : 60 W sensibles + 60 W latents pour une personne en activité normale. Et d'où le fait qu'une canicule humide soit bien plus dangereuse qu'une canicule sèche : quand l'air est déjà saturé, la seconde porte se ferme aussi, et il ne reste plus aucune issue pour les 120 W.

Une salle de classe de 30 personnes, c'est donc 3,6 kW de chauffage gratuit (plus qu'un gros radiateur) et 2,7 litres d'eau injectés dans l'air chaque heure. C'est exactement pour cela qu'un bâtiment bien isolé et bien rempli n'a presque plus besoin de chauffage, mais a toujours besoin d'être ventilé.

2. En pointe, nos muscles sortent 1 000 W

Les 120 W précédents sont de la chaleur perdue. Le travail mécanique utile, lui, est tout autre chose : sur un effort très bref, un être humain en bonne condition, homme ou femme, sort de l'ordre de 1 000 W. Le meilleur moyen de s'en convaincre est de le chronométrer soi-même dans une cage d'escalier : monter un étage, c'est de la physique pure, sans frottement ni rendement discutable. L'énergie vaut masse × 9,81 × hauteur, et la puissance, c'est cette énergie divisée par le temps mis.

Personne	Énergie pour monter 3 m	Temps pour tenir 1 000 W	Vitesse verticale
60 kg	60 × 9,81 × 3 = 1 766 J	1,8 s	1,7 m/s
80 kg	80 × 9,81 × 3 = 2 354 J	2,4 s	1,3 m/s

Autrement dit : si vous pesez 60 kg et que vous avalez un étage en moins de 1,8 seconde, ou 80 kg en moins de 2,4 secondes, vous venez de produire plus de 1 000 W. La personne la plus lourde a droit à un peu plus de temps pour la même puissance, puisqu'elle hisse davantage d'énergie potentielle. En pratique il faut prendre les marches trois par trois, et la vraie puissance des muscles est même supérieure à ce chiffre, puisque le calcul ignore l'énergie dépensée à lancer les jambes et les bras.

1,36 ch

1 000 W, c'est plus qu'un cheval-vapeur (736 W). Pendant deux secondes, un humain bat l'unité inventée pour vendre des machines à vapeur.

4 000 W

La puissance métabolique qu'il faut brûler pour cela, le muscle ayant un rendement de 25 % environ. Soit 33 fois le métabolisme de base, en filière anaérobie : intenable au-delà de quelques secondes.

0,65 Wh

Le travail réellement produit par cette montée à 80 kg. Au tarif de l'électricité, cela vaut 0,013 centime d'euro.

3. En randonnée : 110 W utiles, 440 W avalés

L'escalier ne dure que deux secondes. Passons à un effort qu'on tient vraiment : une montée en randonnée. Voici mon cas, que j'ai chronométré : 400 mètres de dénivelé en une heure, sac au dos, pour un total de 100 kg (moi plus le sac). C'est un rythme soutenu mais banal pour un marcheur entraîné.

Stanislas Goubault en randonnée en montagne, sac au dos. — En montée, je développe plusieurs centaines de watts. Mais seulement un quart part dans le déplacement ; tout le reste sort en chaleur.

L'énergie potentielle de pesanteur

Monter, c'est stocker de l'énergie dans son propre corps, exactement comme on remonte l'eau d'un barrage. La formule est la même pour tout le monde :

E = m × g × z

avec m la masse en kg, g la pesanteur (9,81 m/s²) et z le dénivelé en mètres. Le résultat est en joules.

Énergie de la montée100 × 9,81 × 400 = 392 400 J, soit 392 kJ

Puissance mécanique392 400 J ÷ 3 600 s = 109 W

Rendement du muscleenviron 25 %, comme un moteur thermique

Puissance réellement brûlée109 ÷ 0,25 = 436 W

Chaleur perdue436 − 109 = 327 W, soit exactement 3 fois l'utile

🔥 Trois quarts de l'effort partent en pure chaleur. C'est le point le plus contre-intuitif de toute cette page. Sur les 436 W que je brûle en montant, seuls 109 W servent à me hisser ; les 327 W restants, soit le triple, ne font que me réchauffer. Un muscle est une machine thermique comme une autre : une voiture à essence a le même rendement, autour de 25 à 30 %, à ceci près qu'elle brûle du carburant fossile là où nous brûlons des calories. Et cela se vérifie : 436 W pendant une heure, cela fait 1 570 kJ, soit 375 kcal. Exactement ce qu'annonce une montre de sport pour une heure de montée. C'est aussi pour cela qu'on a chaud et qu'on transpire abondamment en randonnée, même par temps froid : il faut bien évacuer ces 327 W, et la voie humide du chapitre 1 s'ouvre en grand.

Reste à savoir ce que nous brûlons. Le principe est le même que dans n'importe quel moteur : une combustion. Nos aliments, sucres, graisses et protéines, sont des chaînes de carbone et d'hydrogène. L'oxygène que nous inspirons vient casser ces chaînes, et les deux produits qui en sortent sont toujours les mêmes : du CO₂ et de l'eau. Dans le cas du glucose, le carburant de base du muscle, cela s'écrit :

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + énergie

Un moteur à essence fait rigoureusement la même chose avec de l'octane. La boucle est bouclée avec le premier chapitre : le CO₂ que vous expirez et la vapeur d'eau qui emporte vos 60 W de chaleur latente sont, littéralement, les fumées d'échappement de votre petit-déjeuner. La seule différence avec la voiture, mais elle est décisive pour le climat, c'est que notre carbone vient de plantes qui l'avaient capté dans l'air quelques mois plus tôt, alors que celui du moteur dormait sous terre depuis des millions d'années.

4. À vélo : 100 W suffisent, et c'est tout le sujet

Une fois qu'on a ces repères en tête, le vélo devient fascinant. En pédalant tranquillement, on produit environ 100 W de puissance mécanique. En appuyant fort, on monte à 200 W, et un coureur professionnel tient 400 W sur une heure entière. Toute la vie cycliste tient donc dans une fourchette de 100 à 400 W, entre une vieille ampoule et un four électrique.

Mon vélo à assistance électrique O2feel, de marque française. — Mon vélo à assistance électrique O2feel, avec son moteur de 200 W.

Ce que fait vraiment l'assistance électrique

Le moteur de mon vélo fait 200 W. Il ne s'ajoute pas à mes jambes pour aller plus vite : la loi bride l'assistance à 25 km/h. Il vient effacer jusqu'à 200 W de ce que mes jambes auraient dû fournir.

En pleine montée, là où il faudrait produire 300 à 500 W et arriver en nage, je n'en fournis plus que 100 à 200. Ce n'est pas de la triche, c'est ce qui fait qu'on prend le vélo tous les jours au lieu de le regarder au garage.

Et maintenant la comparaison qui remet tout à sa place. Une voiture, en pleine accélération, délivre entre 20 000 et 200 000 W. Face au cycliste tranquille et ses 100 W, c'est un facteur 200 à 2 000. Pour déplacer, la plupart du temps, une seule personne de 70 kg. On mesure d'un coup à quel point le vélo est sobre : c'est le seul véhicule dont la puissance est du même ordre de grandeur que ce que le corps humain sait produire, au lieu de la dépasser d'un facteur mille. Tout le reste de mon argumentaire est dans ma conviction sur le vélo.

5. Le cheval : la même puissance, mais pendant des heures

Un cheval-vapeur vaut 736 W par définition, et nous venons de voir qu'un être humain dépasse cette valeur dans un escalier. Mais la comparaison s'arrête net, et c'est tout l'enseignement de ce chapitre : nous ne tenons ces 736 W que ponctuellement, dans un effort explosif de deux secondes qui laisse hors d'haleine. Un cheval de trait, lui, développe cette même puissance en continu, des heures durant, jour après jour, saison après saison. La puissance de pointe ne dit presque rien ; c'est l'endurance qui fait le travail.

2 secondes

La durée pendant laquelle un humain tient 736 W. Ensuite il s'effondre à 60 W, sa puissance vraiment soutenable.

8 heures

La durée pendant laquelle un cheval de trait tient ces mêmes 736 W, soit environ 5,9 kWh de travail mécanique dans sa journée.

× 12

Ce que vaut un cheval en hommes sur une journée de labeur. Le dicton paysan qui comptait un cheval pour une dizaine d'hommes ne se trompait pas.

Un cheval de trait attelé tire une voiture blanche sortie de la route, guidé par un homme, devant des spectateurs. — Un cheval de trait qui sort une voiture du fossé. La scène amuse parce qu'elle inverse l'ordre habituel des choses : d'un côté 136 chevaux sous le capot, incapables de remonter le talus parce que les roues patinent, de l'autre un seul cheval bien réel qui suffit à faire le travail parce que lui fonctionne encore.

Cette image dit l'essentiel de notre histoire énergétique. Avant les tracteurs et avant le pétrole, tout le travail lourd tournait déjà aux énergies renouvelables : des chevaux, des bœufs, des mules, des ânes, auxquels s'ajoutaient le vent des moulins et l'eau des rivières. Un animal de trait n'est rien d'autre qu'un convertisseur d'énergie solaire : la photosynthèse fabrique de l'herbe et de l'avoine, l'animal les transforme en travail mécanique. Labourer, herser, moissonner, débarder le bois, tirer les charrettes et les péniches : pendant des millénaires, cela s'est fait sans un gramme de carbone fossile.

🌾 Le prix de ce renouvelable : de la surface. Un cheval de trait mange une dizaine de kilos de fourrage et d'avoine par jour, ce qui mobilise l'équivalent de plusieurs hectares de cultures à l'année. Au début du XXᵉ siècle, de l'ordre du quart des terres arables servait uniquement à nourrir les animaux de trait, c'est-à-dire à produire le carburant de l'agriculture. Le pétrole a libéré ces terres d'un coup, et c'est une des raisons pour lesquelles nous nourrissons aujourd'hui huit milliards d'humains. Le débat sur la biomasse et les biocarburants est exactement le même, un siècle plus tard : l'énergie renouvelable issue du vivant est disponible, mais elle se paie en hectares.

Et le saut d'échelle qui a suivi donne le vertige. Un tracteur moderne de 100 kW, une machine tout à fait banale, remplace 136 chevaux de trait ou 1 700 hommes au travail. Un seul agriculteur, assis dans une cabine climatisée, dispose d'une puissance que même un seigneur féodal n'aurait pas pu réunir sur ses terres. C'est exactement ce que compte la notion qui suit.

6. Vos 200 esclaves énergétiques

Les 1 000 W ne durent que deux secondes. Sur une journée entière de travail physique, un être humain ne tient pas 1 000 W mais plutôt 60 W de travail mécanique, soit dix-sept fois moins. Une année complète de labeur, à 8 heures par jour et 220 jours par an, produit donc :

60 W × 8 h × 220 jours

≈ 100 kWh

une année entière de travail de force, soit 21 euros d'électricité au tarif réglementé

C'est la définition de l'esclave énergétique : le nombre de travailleurs qu'il faudrait employer à l'année pour remplacer les machines qui nous servent. Il suffit de diviser notre consommation par ces 100 kWh.

🙏 Le terme n'est pas de moi. Je l'emprunte à l'ingénieur Jean-Marc Jancovici, qui a trouvé là une très belle métaphore, et sans doute la plus efficace pour faire sentir ce que l'énergie fait réellement dans nos vies. Son idée : cette énergie, en majorité fossile, est notre esclave. Elle nous déplace, elle nous chauffe, elle laboure nos champs, elle lave notre linge et elle porte nos charges, sans le moindre effort de notre part. Nous avons aboli l'esclavage humain au moment précis où le charbon puis le pétrole nous offraient des serviteurs infatigables, dociles et bon marché. La métaphore a le mérite de rendre la suite très concrète : se passer des fossiles, ce n'est pas renoncer à un confort abstrait, c'est se demander qui, ou quoi, fera le travail de ces deux cents esclaves.

Électricité seule (451 TWh pour 68 millions d'habitants) (6 600 kWh par an)63 esclaves

Toute l'énergie finale (1 550 TWh, carburants et gaz compris) (22 800 kWh par an)216 esclaves

Chaque Français dispose donc en permanence de l'équivalent d'environ 200 personnes travaillant pour lui à temps plein, dont une soixantaine rien que pour l'usage électrique. Aucune aristocratie de l'histoire n'a jamais approché ce niveau de service, et cela nous coûte quelques milliers d'euros par an, sans même y penser.

🫖 Le test qui remet tout en place. Faire bouillir un litre d'eau demande 93 Wh. Avec vos jambes, à 80 kg et 0,65 Wh par étage, il vous faudrait monter 142 étages, soit 427 mètres de dénivelé, pour payer un seul thé. Votre bouilloire le fait en trois minutes pour deux centimes. C'est cet écart entre nos muscles et nos machines qui explique à peu près tout de notre mode de vie, et de son empreinte carbone.

Voir les sources et les hypothèses de calcul

Les valeurs des objets du quotidien sont des ordres de grandeur typiques, pas des mesures : un four, une voiture ou une éolienne couvrent toujours une plage de valeurs. L'objectif est de situer les puissances les unes par rapport aux autres, pas de décrire un modèle précis.

Vol Paris-Bali : 12 300 km, environ 15 heures de vol, consommation retenue d'environ 110 tonnes de kérosène pour un Boeing 777-300ER, converti à 43 MJ par kg et à une densité de 0,8 kg par litre, soit 137 000 litres et 1 300 MWh. La tonne équivalent pétrole vaut 11 630 kWh.

Réacteur d'avion : la puissance d'un réacteur de 777 au décollage est un ordre de grandeur, obtenu à partir de sa poussée et de sa consommation de carburant ; la valeur exacte dépend de la définition retenue (puissance propulsive ou puissance thermique du carburant brûlé).

Chaleur sensible et latente d'un corps : le partage 60 W / 60 W est le repère du génie climatique pour une personne en activité légère à modérée, dans la lignée des tables ASHRAE (95 W au repos assis, jusqu'à 190 W debout en mouvement). Il n'est pas universel : au repos complet dans une pièce fraîche, le partage est plutôt de 95 W sensibles pour 25 W latents, et en effort il bascule massivement vers le latent. Ce qui est fixe, c'est le total imposé par le métabolisme. La chaleur latente de vaporisation de l'eau est prise à 2 430 kJ/kg, sa valeur vers 30 °C, et non les 2 257 kJ/kg que l'on retient d'habitude : cette dernière est celle de l'eau qui bout à 100 °C, alors que la sueur et l'air expiré s'évaporent à température corporelle. Or l'enthalpie de vaporisation augmente quand la température baisse (2 501 kJ/kg à 0 °C, 2 454 à 20 °C, 2 418 à 35 °C). Retenir 2 257 au lieu de 2 430 ne changerait rien à l'ordre de grandeur : 8,4 W au lieu de 9,3 W. La ventilation au repos est prise à 7,5 L/min, et les teneurs en eau sont celles de l'air humide à saturation (17,3 g/m³ à 20 °C, 39,6 g/m³ à 35 °C).

Montée d'escalier et 1 000 W : énergie potentielle seule, m × g × h avec g = 9,81 m/s² et h = 3 m, sans tenir compte de l'énergie dépensée à mouvoir les membres ni du rendement musculaire. La puissance musculaire réelle est donc supérieure aux 1 000 W affichés. À titre de comparaison, les sprinteurs de haut niveau dépassent 1 500 W en pointe, et les meilleures athlètes féminines se situent au-delà de 1 000 W : la valeur retenue ici est atteignable par toute personne en bonne condition physique, quel que soit son sexe.

Randonnée et rendement musculaire : 100 kg au total (marcheur et sac), 400 m de dénivelé en une heure, énergie potentielle seule. Le travail horizontal de la marche n'est pas compté, si bien que la dépense réelle est un peu supérieure. Le rendement du muscle est pris à 25 %, valeur courante pour un effort d'endurance ; la littérature donne 20 à 30 % selon le sujet, l'intensité et le geste. Le contrôle par les calories conforte l'hypothèse : 436 W pendant une heure font 375 kcal, l'ordre de grandeur annoncé par les montres de sport pour une heure de montée.

Puissances à vélo : 100 W en pédalage tranquille, 200 W en appuyant, 400 W sur une heure pour un professionnel, ordres de grandeur cohérents avec le tableau des puissances plus haut. En Europe, l'assistance électrique d'un vélo est bridée à 25 km/h et à 250 W de puissance nominale ; le moteur cité ici est donné pour 200 W. La fourchette de 20 à 200 kW pour une voiture couvre de la petite citadine à la sportive, en puissance maximale et non en usage courant : il faut moins de 20 kW pour rouler à 90 km/h sur le plat.

Puissance du cheval de trait : le cheval-vapeur a été calibré par James Watt à 736 W, valeur plutôt généreuse ; un cheval de trait réel soutient de l'ordre de 500 à 750 W sur une journée de travail et dépasse largement ces valeurs sur un à-coup de traction. Le rapport de 12 entre un cheval et un homme découle des puissances soutenables retenues ici (736 W contre 60 W). La part des terres arables consacrée aux animaux de trait, de l'ordre du quart, est un ordre de grandeur documenté pour les États-Unis et l'Europe de l'Ouest au début du XXᵉ siècle, avant la motorisation ; elle variait fortement d'une région à l'autre.

Esclaves énergétiques : 60 W de travail mécanique tenus 8 heures par jour, 220 jours par an, soit 106 kWh arrondis à 100 kWh. La notion, le terme et l'ordre de grandeur sont ceux de l'ingénieur Jean-Marc Jancovici, qui les a popularisés dans ses cours et ses conférences ; les valeurs publiées varient du simple au double selon qu'on retienne l'énergie finale ou primaire et selon la puissance humaine soutenable choisie, ce qui est normal pour un ordre de grandeur dont l'intérêt est pédagogique avant d'être comptable. Les consommations par habitant sont calculées à partir des 451 TWh d'électricité et des 1 550 TWh d'énergie finale ci-dessus, pour 68 millions d'habitants.

Génération d'images et de vidéos par IA : environ 5 Wh pour une image et 0,94 kWh pour une vidéo de cinq secondes, des moyennes qui varient beaucoup selon le modèle, la résolution et le matériel. Les mêmes hypothèses servent aux émissions affichées dans les empreintes carbone comparées, converties avec le mix électrique américain (0,40 kgCO₂ par kWh), là où tournent la plupart des serveurs concernés.