Par Victor Marchandise, Année 12
Le moteur électrique est sans doute le moteur qu’on retrouvera sous le capot de chaque voiture dans un avenir proche. C’est un système complexe et ingénieux qui utilise un courant électrique pour faire tourner les roues du véhicule. Comme de la magie, il convertit l’énergie électrique en énergie mécanique.
Les deux éléments les plus importants sont le stator et le rotor; Le stator est statique et se sert de l’énergie reçue par la batterie pour créer un champ magnétique. Celui-ci fait ensuite tourner le rotor (la partie mobile) qui fait tourner les roues. Cependant, le courant provenant de la batterie est sous forme de courant continu et les moteurs électriques fonctionnent avec du courant alternatif. Il faut donc transformer ce courant continu en courant alternatif grâce à un onduleur. Pour comprendre ce qui se passe après que cette énergie atteint le moteur électrique, il faut d’abord étudier les deux types de moteur existant: le moteur synchrone ou asynchrone. Chacun de ces moteurs à son point fort, il n’y a pas de moteur supérieur à l’autre.
Le moteur asynchrone (ou moteur à induction) utilise le stator pour générer un champ magnétique de rotation. Cela provoque donc une rotation du rotor (contenant des aimants) comme s’il essayait de rattraper le champ magnétique provoqué par le stator mais sans jamais y arriver. Ce type de moteur est utilisé pour des véhicules destiné à parcourir de grandes distances à une haute vitesse. Ce moteur à une durée de vie plutôt longue et assure une fiabilité à toute épreuve.
Le moteur synchrone lui est surtout destiné à la conduite urbaine, où les arrêts et les freinage sont fréquents. Pour cela, le rotor remplit lui-même la fonction d’électro-aimant et participe donc aussi à la création du champ magnétique. Cela signifie que la vitesse de rotation du rotor est synchronisée avec la fréquence du courant provenant du moteur. Certains moteurs synchrones utilisent des aimants permanents qui sont aussi intégrés dans le rotor et qui créent un champ magnétique constant. Ces moteurs ont l’avantage de fonctionner sans alimentation électrique (pour le rotor) mais requiert l’utilisation de matériaux plutôt rares tels que le néodyme (ces métaux ne sont pas vraiment “rares” mais le problème pour les constructeurs européens et américains est que la Chine à le quasi-monopole de ces matériaux; le prix de ces matériaux est donc très fluctuant et les approvisionnements incertains, dépendant de certains événements politiques). Ces rotors se tournent alors vers les bobines de cuivre du stator, qui eux-mêmes forment aussi un champ magnétique, faisant tourner le rotor.
Les moteurs électriques utilisant des bobines de cuivre fonctionnent par impulsions. Dans le cas de l’image au-dessus, il y a trois bobines et ceci est le minimum pour couvrir les 360 degrés (tour complet du rotor). Le rotor contient donc un aimant permanent à deux pôles qui est mis en mouvement lorsqu’on y applique un champ magnétique (+ et + se repoussent, – et – se repoussent et enfin + et – s’attirent).
Les moteurs synchrones et asynchrones sont réversibles, c’est-à-dire qu’ils peuvent convertir l’énergie mécanique en électrique lors d’une phase de décélération. C’est le principe du freinage par décélération. C’est un moyen pour régénérer de l’énergie électrique, ce qui augmente la distance parcourue possible pour les voitures électriques.
Le rotor et stator font partie d’un assemblage plus vaste: le groupe motopropulseur électrique. C’est donc tout un assemblage qui permet le fonctionnement du moteur électrique. Cela comprend le contrôleur électronique de puissance (qui regroupe tous les éléments électroniques chargés de la recharge de la batterie et de l’alimentation du moteur). Il y a aussi le réducteur, qui régule la quantité de vitesse de rotation transmise par le moteur électrique aux roues. La combinaison de tous ces éléments permet le fonctionnement du moteur électrique. Mais l’innovation de ce système est encore la bienvenue. La plupart des voitures électriques possèdent une faible autonomie poussant parfois les clients à rester sur des voitures à moteurs thermiques. Les progrès technologiques dans les moteurs électriques seront clés dans la quête contre la crise climatique.
