Quand on parle de voitures électriques, on parle souvent des technologies liées aux batteries ou encore à l’aérodynamisme, des caractéristiques qui convergent globalement autour d’un sujet central : l’autonomie.
Mais la voiture électrique, c’est aussi le moteur, et une nouvelle technologie tend à se démocratiser : le moteur électrique à flux axial. Mais quels sont ses avantages et ses inconvénients par rapport aux moteurs à flux radial actuellement sur le marché ?
L’électrification de l’industrie automobile a déclenché une cascade d’innovations dans tous les domaines : batteries, aides à la conduite, technologies embarquées, architecture logicielle… et bien sûr, moteurs.
Si la plupart (pour ne pas dire la quasi totalité) des voitures électriques sur nos routes roulent grâce à des moteurs à flux radial, une nouvelle technologie émerge, promise à un bel avenir : le moteur électrique à flux axial.
Plus compact, plus puissant, parfois plus efficace, il pourrait devenir l’un des piliers de la prochaine génération de véhicules électriques. Mais qu’est-ce qui différencie réellement ces deux types de moteurs ? Et pourquoi l’industrie automobile s’y intéresse-t-elle de si près ?
Mais au fait, le moteur à flux radial, de quoi s’agit-il ?
Avant d’entamer une large partie dédiée au moteur électrique à flux axial, découvrons d’ores et déjà ce qu’est un moteur à flux radial, celui qui équipe la majorité des voitures électriques aujourd’hui.
Depuis plus d’un siècle, avant même l’avènement de la voiture électrique, le moteur à flux radial règne en maître. Sa conception est relativement simple à visualiser : imaginez un cylindre. Au centre, le rotor tourne sur son axe. Autour de lui, le stator est équipé de bobinages qui, lorsqu’ils sont parcourus par un courant électrique, génèrent un champ magnétique.
Ce champ magnétique traverse radialement le rotor, c’est-à-dire du centre vers la périphérie ou vice-versa, créant ainsi la force électromagnétique qui fait tourner le moteur.
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Cette architecture présente de nombreux avantages :
- Maturité industrielle : c’est une technologie éprouvée, produite à très grande échelle, avec des procédés bien maîtrisés.
- Bon rapport performances / coûts : son coût est aujourd’hui compétitif, surtout pour des puissances élevées.
- Facilité de refroidissement : la forme cylindrique offre une bonne surface d’échange thermique.
Pas étonnant que Tesla, Volkswagen, Hyundai, BMW et la plupart des constructeurs l’aient adoptée sur leurs modèles électriques. Elle couvre une large plage d’applications, des citadines aux SUV familiaux, en passant par les véhicules utilitaires.
Mais cette technologie n’est pas sans limites. Les moteurs à flux radial sont souvent relativement longs dans l’axe, ce qui peut poser des contraintes d’encombrement, notamment quand on cherche à intégrer le moteur directement dans le châssis ou dans la roue. Surtout, leur densité de couple — c’est-à-dire la capacité à produire beaucoup de couple pour un poids donné — est généralement inférieure à celle qu’on pourrait obtenir avec une autre architecture : le flux axial.
Le moteur à flux axial : une philosophie différente
Le moteur à flux axial change complètement de philosophie. Là où le moteur radial est un cylindre, le moteur axial se présente comme un disque. Visuellement, il ressemble presque à un disque de frein : plat, large, et très fin en épaisseur. C’est une autre manière de gérer le flux magnétique : au lieu de circuler radialement, celui-ci parcourt le moteur parallèlement à l’axe de rotation, dans le plan axial.
Dans un moteur à flux axial, les bobines du stator sont disposées à plat, souvent sous forme de disques. Les rotors, eux aussi en forme de disque, se placent de part et d’autre du stator. Lorsque le courant passe dans les enroulements, il génère un flux magnétique qui traverse axialement les rotors. La force électromagnétique est donc appliquée directement dans le plan des disques, produisant le couple moteur.
Évidemment, cette architecture présente elle aussi des avantages, plus nombreux même que le moteur à flux radial :
- Densité de couple très élevée : à puissance équivalente, le moteur est plus léger et plus compact qu’un moteur radial. Certains fabricants annoncent des gains allant jusqu’à 50 % sur la masse pour le même couple. C’est pour cela qu’on commence à les voir sur certaines sportives électriques notamment.
- Encombrement réduit dans l’axe : idéal pour des applications où chaque millimètre compte, comme l’intégration dans un châssis ultra-bas ou même dans une roue.
- Rendements potentiellement supérieurs : sur certaines plages de fonctionnement, les pertes électriques et magnétiques peuvent être plus faibles qu’avec un moteur radial.
Une architecture moteur sans défaut ?
Si le moteur flux axial est si prometteur, pourquoi n’équipe-t-il pas déjà toutes nos voitures électriques ? Comme vous devez vous en douter, il y a pour le moment quelques obstacles à surmonter.
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La technologie est plus récente, et donc moins mature industriellement. Usiner de larges disques parfaitement rigides, assurer un entrefer (l’espace entre stator et rotor) extrêmement faible et constant, tout en maintenant un poids contenu, n’est pas forcément si simple avec les moyens industriels pour le moment à disposition des constructeurs. La moindre flexion du disque peut provoquer des frottements ou une baisse drastique de performance.
Il y a un autre problème, et celui-ci est de taille : le refroidissement. Dans un moteur axial, les bobinages sont tassés dans un espace plat, avec moins de surface pour dissiper la chaleur. Il faut donc souvent concevoir des systèmes de refroidissement liquide sophistiqués, parfois coûteux.
Et justement, le troisième « problème » pour le moment, c’est effectivement le prix. La production en grande série reste plus onéreuse aujourd’hui. Les procédés d’assemblage, les matériaux utilisés (notamment pour les disques en acier magnétique ou les aimants permanents) et la précision requise font grimper les coûts.
Qui sont les constructeurs qui s’y intéressent ?
Malgré ces contraintes, l’industrie automobile regarde avec un intérêt croissant ce type de technologies. On ne peut pas faire l’impasse sur YASA, une société britannique fondée en 2009, pionnière dans ce domaine.
Leur moteur axial à disque a attiré l’attention de Mercedes, qui a racheté YASA en 2021. La marque allemande vient d’ailleurs de présenter son premier modèle, encore sous la forme d’un concept, équipé des moteurs électriques de l’entreprise.
Le modèle en question, c’est la nouvelle Mercedes-AMG GT XX que nous sommes allés découvrir il y a quelques semaines. Avec trois moteurs, un à l’avant, deux à l’arrière, la Mercedes-AMG GT XX offre une puissance de 1 360 chevaux.
Parmi les autres acteurs, un peu moins connus mais tout aussi intéressant, il y a l’entreprise belge Magnax qui développe aussi des moteurs à flux axial, avec des architectures multi-rotors pour encore plus de couple.
Magnax promet un rendement pouvant atteindre 98 % (contre 90 % pour un moteur à flux radial normalement), grâce à son nouveau moteur électrique à flux axial sans noyau magnétique.
La performance de ce moteur réside notamment dans sa conception particulière. Ainsi, là où le moteur électrique radial d’une BMW i3 développe 168 chevaux et 250 Nm de couple pour un poids de 46 kg, un moteur Magnax à flux axial, avec un couple équivalent, pourrait atteindre 268 chevaux et 250 Nm tout en ne pesant que 16 kg.
Dans un contexte où la masse constitue l’un des trois piliers de l’efficacité des véhicules, cette légèreté représente un atout, notamment pour les véhicules électriques qui doivent déjà composer avec des batteries lourdes. Cette légèreté intrinsèque réduit également la consommation de ressources naturelles : alors que l’aimant du moteur radial de BMW pèse 2 kg, celui du moteur axial Magnax ne pèse que 1,2 kg.
Un détail qui pourrait devenir crucial à l’avenir, face à la demande croissante de terres rares pour la production d’aimants permanents.
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