Mercedes a récemment présenté l’AMG GT Coupé 4 portes, 860 kW soit 1 169 ch, la première Mercedes-AMG 100 % électrique, encore plus puissante que la Mercedes-AMG ONE (782 kW ou 1 063 ch). Le constructeur allemand a profité du lancement de la production de son moteur à flux axial pour nous inviter à visiter l’usine qui le produit et à en découvrir les derniers secrets.
Breveté pour la première fois en 1889 par Nikola Tesla, pionnier du courant alternatif, le moteur à flux axial est utilisé depuis quelques années pour l’hybridation de supercars telles que la Ferrari 296 ou la Lamborghini Temerario, et depuis peu par des Renault hybrides.
La technologie entame sinon une nouvelle phase de « démocratisation » (avec de gros guillemets), au moins une nouvelle phase d’industrialisation, en équipant la Mercedes-AMG GT Coupé 4 portes ainsi que les Mercedes-AMG CLA 45 4MATIC+ (500 kW soit 680 ch, 0 à 100 km/h en 2,7 s).
L’AMG GT 4 portes est l’un des modèles les plus exclusifs de la gamme Mercedes, vendu à partir de 159 350 euros, alors que la CLA devrait coûter moins de 100 000 euros. C’est surtout le passage à l’électrique d’un des modèles les plus sportifs de la gamme. Les sportives 100 % électriques ont déjà souvent trois moteurs, mais pour se démarquer, Mercedes a décidé d’utiliser cette nouvelle technologie de moteur.
Moteur à flux axial : c’est quoi ?
Comme nous l’avons déjà évoqué dans de précédents articles, le moteur à flux axial présente de nombreux avantages comparé au moteur à flux radial, utilisé pour toutes les autres voitures et plus largement pour la quasi-totalité des moteurs électriques (aspirateur, perceuse, tondeuse, train…).
Pour aller plus loin
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Tandis que dans un moteur à flux radial un stator cylindrique entoure un rotor cylindrique, les rotors et stators sont des disques parallèles dans un moteur à flux axial, aussi appelé « pancake motor ».
Cette géométrie augmente considérablement la surface magnétique, donc le couple, donc la puissance, a fortiori lorsqu’on utilise deux rotors, tout en réduisant considérablement l’encombrement et la masse du moteur.
La startup britannique Yasa a perfectionné la technologie pour revendiquer une densité énergétique record, trois fois supérieure à celle des meilleurs moteurs à flux radial, qui dépasse désormais 60 chevaux par kilogramme !
Mercedes-Benz a racheté Yasa en 2021 pour développer la technologie, notamment pour industrialiser le processus de production et l’adapter à une production de masse. Jusqu’alors Yasa fabriquait en petite série les moteurs desdites Ferrari, Lamborghini, etc.
Lancement de la production
Mercedes a profité le mois dernier du lancement de la production de masse des moteurs de l’AMG GT Coupé 4 portes pour nous inviter à visiter l’une des nouvelles lignes de production dans son usine historique de Berlin-Marienfelde, inaugurée en 1902,, en présence de dirigeants de Mercedes et d’AMG, du ministre fédéral allemand des transports, Patrick Schnieder, et de la sénatrice pour la mobilité, les transports, la protection du climat et l’environnement de l’état de Berlin, Ute Bonde.
Nous avons visité la chaîne de production en compagnie du Dr Tim Woolmer, fondateur et CTO de Yasa, l’occasion d’en apprendre davantage sur la technologie et sur les défis techniques et industriels qu’elle engendre.
Mercedes nous l’a répété : la production de ses moteurs à flux axial comprend 98 processus, 65 utilisés pour la première fois chez Mercedes et 35 pour la première fois dans le monde, 30 faisant l’objet d’une demande de brevet.
En revanche, tandis que Mercedes-AMG vantait sa philosophie « un homme, un moteur », les sept chaînes de production combinent ici ouvriers qualifiés et processus de fabrication hautement automatisés.
Bobines : du cuivre plat
L’une des étapes qui nécessitent de nouvelles méthodes de fabrication est celle des bobines de cuivre qui constituent le stator et génèrent les champs magnétiques qui vont entrainer les deux rotors.
Pour maximiser la densité de puissance du moteur, on utilise en effet un fil de cuivre rectangulaire, qui permet d’installer plus de cuivre dans le même espace qu’un fil rond, mais il faut le plier à grande vitesse sans former de rides, sans endommager l’isolation et sans réduire la section.
Chaque bobine délivre environ 20 kW ou 30 ch, chaque stator contient 18 bobines soit 50 à 70 mètres de fil de cuivre, et chaque AMG GT Coupé 4 portes contient 3 moteurs, d’une puissance combinée de 860 kW soit 1 169 ch (version GT 63).
Soudure laser assistée par IA
La compacité et la densité d’un moteur à flux axial impose par ailleurs des contraintes en matière d’assemblage des composants. Mercedes utilise ainsi la soudure laser et « l’IA » pour connecter les bobines dans l’espace très confiné du stator, ainsi que pour souder l’enceinte en polymères (plastique), qui doit être étanche à la pression d’huile mais transparente pour les flux magnétiques.
Mercedes place ici le buzzword « IA », mais il s’agit ici d’intelligence artificielle au sens « noble » du terme, c’est-à-dire de vision par ordinateur, pour détecter la position exacte des composants et traiter précisément les surfaces à souder, avec un apport minimal d’énergie et dans un temps très court.
Mariage haute précision
L’assemblage final, appelé mariage, est à la fois l’étape la moins visible et la plus impressionnante de la fabrication d’un moteur à flux axial. Elle consiste à assembler le stator et les deux rotors avec une grande précision malgré des forces magnétiques allant jusqu’à 9 kN (kilonewtons), l’équivalent de 900 kg.
Le moteur avant et les deux moteurs arrière de l’AMG GT Coupé 4 portes pouvant atteindre respectivement 15 000 et 13 000 tours par minute (jusqu’à 250 tours par seconde), il a fallu développer un algorithme qui corrige la position dans les 0,5 dernières secondes à l’aide d’impulsions à haute fréquence. Un robot à vérins peut ainsi positionner le stator au centre magnétique des deux rotors avec une tolérance inférieure à 0,1 millimètre.
Moteurs miniatures
Dans l’AMG GT Coupé 4 portes, le moteur avant et chacun des deux moteurs arrière mesurent respectivement 9 et 8 cm de large, trois fois moins que des moteurs à flux radial équivalents.
Assemblés en deux groupes moto-propulseurs intégrant notamment l’électronique de puissance et une transmission à train épicycloïdal compacte, ils sont également trois fois plus légers. Yasa évoquait précédemment un poids d’une quinzaine de kilogrammes par moteur.
Le début d’une démocratisation
Ce moteur à flux axial inventé par Yasa et perfectionné par Mercedes est certainement le catalyseur de cette première Mercedes-AMG GT 100% électrique. La densité record des moteurs est un cercle vertueux en termes de réduction du poids, qui permet à l’AMG GT Coupé 4 portes de revendiquer 860 kW soit 1 169 ch, 2 000 Nm, un 0 à 100 km/h en 2,1 s, un 0 à 200 km/h en 6,4 s et une vitesse maximale de 300 km/h, avec une consommation combinée maîtrisée de 18,1 kWh/100 km WLTP.
Mercedes a industrialisé la fabrication du moteur à flux axial de Yasa pour le produire à « grande échelle », portant la production de 20 000 à 100 000 unités par an.
Le constructeur a prévu un SUV reposant sur la même plateforme AMG.EA inaugurée par le Coupé 4 portes. Et depuis notre visite il a déjà annoncé l’AMG CLA 45 4MATIC+, qui embarque elle aussi trois moteurs à flux axial, cumulant 500 kW soit 680 ch. Elle établit un nouveau record d’accélération sur son segment en réalisant le 0 à 100 km/h en seulement 2,7 s, contre 3,8 s pour une Audi RS 3.
Mercedes n’a toutefois pas prévu de modèle à moteur à flux axial en dehors de la gamme AMG. La fabrication demeure complexe, donc onéreuse, et les avantages diminuent avec la puissance. Quoi qu’il en soit, ces annonces ne manqueront pas de stimuler la concurrence !
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