Comprendre le fonctionnement des moteurs électriques et hybrides

Comprendre le fonctionnement des moteurs électriques et hybrides est essentiel dans le contexte d’une transition croissante vers des véhicules plus propres et plus économes en énergie. Ces technologies offrent des avantages significatifs en termes d’efficacité énergétique, de réduction des émissions et de performances. On sait que les voitures électriques n’ont pas besoin de carburant puisqu’elles fonctionnent à l’électricité, mais savez-vous exactement ce qui se cache à l’intérieur de leur moteur ? Voici une explication de base sur leur fonctionnement.

MOTEUR ÉLECTRIQUE

Dans un véhicule électrique, c’est la batterie qui fournit au moteur toute l’énergie nécessaire. Celui-ci va ensuite transformer cette énergie électrique en énergie mécanique qui pourra faire avancer la voiture.
Le moteur électrique est divisé en deux parties : un stator (partie fixe) et un rotor (partie mobile). Le stator est placé autour du rotor. Il est composé de deux paires d’aimants, chacune comportant deux bobines de fils électriques (généralement en cuivre) disposées à chaque pôle opposé de l’aimant. Lorsque le stator est traversé par un courant électrique, il génère un champ magnétique qui entraîne la rotation du rotor. C’est grâce à cette rotation que le moteur se met en marche.

Ces dernières années ont vu une remarquable évolution dans la technologie des moteurs électriques, notamment avec l’émergence des véhicules à zéro émission.

Les différents types de moteurs électriques

Il existe plusieurs types de moteurs électriques. Selon le type de moteur, la rotation du rotor est entraînée par différents moyens.

Moteur à aimants permanents

Le moteur à aimants permanents est le plus courant. On le retrouve par exemple sur la Chevrolet Volt, la Nissan Leaf, la Volkswagen e-Golf ou encore la BMW i3. Dans ce système, le rotor comporte lui aussi des aimants, qui vont être sollicités par le champ magnétique tournant créé par le stator.

Moteur à induction

Ce type de moteur est beaucoup plus rare. On le trouve sur les Tesla Model S et X. Dans ce système, le rotor n’est pas composé d’aimants, mais de plusieurs barres conductrices en cuivre disposées en cercle autour du rotor. Ces barres sont reliées à deux anneaux (un à chaque extrémité) également conducteurs. Un courant électrique est généré par la force du champ magnétique créé par le stator, ce qui entraîne la rotation du rotor.

Moteur à rotor bobiné

Ce moteur est présent sur la Renault Zoé ou la Smart Electric Drive. Comme le stator, le rotor est constitué de bobines de fils de cuivre conducteurs. Ces bobines sont alimentées en courant électrique continu. Comme dans le moteur à aimants permanents, c’est l’attraction et la répulsion des pôles Nord et Sud des bobines du stator et de celles du rotor qui provoquent la rotation du rotor.

Performance

Au niveau de la performance, la principale différence entre un moteur électrique et un moteur thermique se situe au niveau du couple, c’est-à-dire, la force du mouvement de rotation du moteur.

Le couple délivré par le moteur thermique augmente au fur et à mesure que le régime moteur augmente, tandis que le moteur électrique délivre un couple maximal dès le démarrage. Ce couple reste très élevé à faible vitesse et diminue au fur et à mesure que la vitesse de rotation augmente. Concrètement, cela induit plus de puissance au démarrage et lors des reprises. Du fait de ce fonctionnement particulier, la voiture électrique n’a pas besoin d’une boîte de vitesse.

MOTEUR HYBRIDE

Les véhicules hybrides sont dotés d’une double motorisation : thermique et électrique. Il existe quatre types de fonctionnement de l’hybride.

Les différents types d’hybride

Hybride série

Dans ce système, le moteur électrique est le seul utilisé pour faire avancer le véhicule. Le moteur thermique est quant à lui employé pour recharger la batterie permettant de faire fonctionner le moteur électrique. Ainsi, le moteur thermique est uni à un générateur électrique dont le rôle est de convertir l’énergie thermique créée par le moteur en énergie électrique venant alimenter la batterie.

Hybride parallèle

Les deux moteurs sont liés aux roues et peuvent donc participer à la propulsion du véhicule. Selon la situation (conditions de conduite, par exemple), trois cas de figure sont possibles : le moteur électrique fonctionne seul, le moteur thermique fonctionne seul, ou les deux moteurs fonctionnent en même temps. En règle générale, le moteur électrique est surtout utilisé dans des conditions de conduite urbaine, tandis que le moteur thermique est sollicité lorsque le véhicule a besoin de plus de puissance, c’est-à-dire sur route ou sur autoroute.

L’hybride série/parallèle

Il s’agit du système le plus complexe. Comme son nom l’indique, il combine l’hybridation série et l’hybridation parallèle. Ainsi, le moteur thermique participe aussi bien à la propulsion de la voiture qu’à la recharge de la batterie. Le passage de l’un à l’autre se fait automatiquement en fonction des besoins de la voiture.

Hybride léger

Dans ce type de fonctionnement, c’est le moteur thermique qui entraîne les roues, cependant le moteur électrique viendra l’aider dans certaines situations, comme par exemple lors des démarrages ou dans les montées

Performance

Grâce à sa partie électrique, qui fonctionne de la même manière que le moteur d’un véhicule électrique, le moteur hybride offre lui aussi un couple maximal immédiatement disponible. Pour cette raison, c’est la partie électrique du moteur qui est sollicitée lors des démarrages ou reprises.