Le moteur électrique : comment ça fonctionne

1. Le moteur électrique

Commençons par quelques notions générales !

L'appellation 'moteur électrique' désigne les systèmes électriques et mécaniques qui utilisent de l'électricité pour créer de l'énergie motrice. En d'autres termes plus simples : sur une voiture, le moteur électrique se sert de l'électricité pour faire tourner les roues.

En pratique, comment fait-il cela ?

2. Les champs magnétiques

Le moteur électrique va se servir de certaines propriétés du magnétisme pour créer un mouvement à partir de l'électricité.

En envoyant de l'électricité dans une bobine de fil métallique, on peut créer un champ magnétique. Et ce champ magnétique peut alors interagir avec des composants métalliques, comme les aimants sur un frigo ! Quand elle est traversée par un courant électrique, la bobine se comporte donc comme un aimant.

Il faut savoir qu'un aimant a un sens, il n'est pas symétrique : il a toujours un pole nord et un pole sud (on parle de dipole magnétique). On peut alors faire interagir plusieurs aimants entre eux : les poles identiques se repoussent, tandis que les poles différents s'attirent.

3. Le courant alternatif triphasé

Pour créer un moteur électrique, on a eu l'idée suivante : on a associé plusieurs bobines de fil d'une manière précise, pour créer un mouvement de rotation, en utilisant ces propriétés d'attraction et de répulsion. Pour y parvenir, on utilisera l'électricité sous une forme particulière : le courant alternatif triphasé !

Derrière ce nom un peu barbare, le fonctionnement est finalement assez simple à comprendre. Il suffit d'analyser chacun de ces mots :

• Courant : c'est la quantité d'électricité qui passe dans un matériau conducteur, comme un fil de cuivre
• Alternatif : cela veut dire que le courant va changer de sens de facon régulière dans le fil !
• Triphasé : c'est le nom donné à un triplet de fils électriques qui sont chacun traversé par un courant alternatif, mais de facon légèrement décalée. De cette facon, on a toujours deux fils avec des courants qui circulent dans le sens opposé, pendant que le troisième fil change de sens.

C'est un peu difficile à visualiser comme ca, mais ce sera sans doute plus clair avec des dessins :

4. Utilisation pour les moteurs électriques

Une fois que l'on a compris le fonctionnement du courant alternatif triphasé, et qu'on sait qu'une bobine traversée par un courant se comporte comme un aimant... On a presque compris comment marchait le moteur que l'on trouve dans les voitures électriques !

Il suffit pour cela de mettre une bobine au bout de chaque fil d'un branchement triphasé, pour avoir trois aimants, qui inverseront leur pole nord et leur pole sud successivement et de facon régulière !

Ajoutons pour finir un aimant classique au milieu de ces bobines placées autour : l'électricité fera tourner l'aimant central !

Là encore, une petite animation pour bien comprendre s'impose :

Et si vous voulez vraiment briller en société, vous pouvez enfin retenir que la partie fixe composée des trois bobines est appelée stator (car il reste statique), et que l'aimant central est appelé rotor (car il effectue une rotation) !

Le stator est donc assez lourd et massif, et alimenté par du courant alternatif triphasé. Dans les voitures actuelles, les triplets de bobines sont souvent multipliés pour permettre de transmettre encore plus d'énergie de rotation au rotor. On pourra donc avoir plus de 3 bobines, mais ce sera toujours un multiple de 3 !

En ce qui concerne le rotor, c'est lui qui servira d'axe de sortie du moteur. Il sera soit composé de gros aimants fixes (Renault Zoé par exemple), soit lui aussi composé de bobines et alimenté en électricité ! (puisque l'on a vu qu'une bobine se comporte comme un aimant...).

Enfin, une remarque importante : l'utilisation d'un moteur électrique à courant alternatif est réversible ! Cela veut dire qu'on peut à la fois créer de l'énergie motrice à partir d'électricité, mais on peut aussi... créer de l'électricité à partir d'énergie motrice ! C'est en effet la même architecture qui est utilisée pour créer de l'électricité dans une centrale ou dans une éolienne, par exemple !

Quand on utilise l'électricité, on parle donc de moteur électrique, et quand on crée l'électricité, on parle alors d'alternateur ! On exploite d'ailleurs cette propriété dans les voitures pour recharger la batterie dans certaines conditions, comme le freinage.

Ouf ! Si vous êtes arrivés jusque là, vous pouvez déjà être fiers de vous ! :) Pour confirmer votre bonne compréhension, vous pouvez aller voir ces vidéos, qui vous permettront de visualiser clairement ce qui se passe dans un moteur électrique :

• C'est pas sorcier ! (une valeur sure, merci Jamy !)
• Une vidéo d'explication en anglais

5. Plusieurs types de moteurs électriques

On finira par mentionner l'existence de plusieurs types de moteurs électriques : les moteurs électriques 'universels', synchrones, asynchrones, à courant continu ou courant alternatif... Tous utilisent les principes de champs magnétiques décrits ci-dessous, mais l'appliquent un peu différemment.

Dans l'automobile, cependant, c'est presque toujours le moteur électrique à courant alternatif synchrone, décrit ci-dessus, qui sera utilisé.

Si le sujet vous intéresse, le web regorge d'informations à ce sujet, n'hésitez pas à y regarder de plus près !

Sources : OpenClassrooms, automation-sense.com, tecnipass.com