« C'est une technologie de rupture ! Nous sommes seulement quelques start-up dans le monde à développer la dernière génération de moteur àflux axial, mais notre poids dans l’écosystème automobile sera important », s’enthousiasme Daan Moreels. Le directeur commercial de Magnax reprend volontiers le mythe de l’entrepreneur autodidacte pour raconter les premiers pas de la start-up belge.
« Tout a commencé en 2015, quand Peter Leijnen travaillait sur un prototype grand format d’un générateur à flux axial… dans son garage. C’est vraiment un mécano dans l’âme!» Pour consolider son invention, le futur Steve Jobs de la motorisation électrique a ensuite collaboré avec une équipe de l’université de Gand, qui mène des recherches sur la technologie à flux axial depuis 2008.
Une plus grande densité énergétique
Les machines à flux axial sont reconnaissables par leur architecture aplatie. « Ce moteur ressemble à un pancake, tandis que celui à flux radial s’apparente davantage à une saucisse», décrit Christophe Espanet, professeur en génie électrique à l’université de Franche-Comté et directeur scientifique de la PME Moving Magnet Technologies. Cette topologie confère aux moteurs-crêpes une densité énergétique bien supérieure à celle des moteurs à flux radial.
Ainsi, le moteur de la Tesla Model 3, à flux radial, pèse environ 46 kg (sans le boîtier) pour une puissance de 238 kW. Le dernier prototype de Magnax génère, lui, 325 kW pour un poids de 25 kg. « C’est une densité énergétique 2,5 fois plus grande!», se réjouit Daan Moreels. Tout se joue au niveau de la direction qu’emprunte le flux magnétique. « Ilcircule parallèlement à l’axe de rotation du moteur dans une machine à flux axial, contrairement aux moteurs classiques où il se déplace selon un rayon qui pointe vers l’extérieur, ce qui améliore sensiblement la compacité axiale », détaille Christophe Espanet.
Hirschvogel Automotive comme investisseur et partenaire
En moins de six ans, Magnax s’est bien développé. « La start-up compte 30 salariés, dont 70 % en R & D », précise Daan Moreels. Elle est sur le point d’entrer dans la phase de commercialisation de son produit, qu’elle destine, pour commencer, aux applications d’électromobilité de niche (voitures de sport, camions et bus, motos…). « Nous passerons ensuite à des marchés de gros volumes, comme les voitures à batterie », poursuit le directeur commercial.
Magnax peut s’appuyer sur une levée de fonds de 16 millions d’euros menée en décembre 2020 par Hirschvogel Automotive. Avec un chiffre d’affaires de 1,2 milliard d’euros en 2019 et neuf sites de production dans le monde, cet équipementier automobile allemand ne sera pas qu’un investisseur, il produira les moteurs à flux axial de la start-up belge. Ce qui est loin d’être une mince affaire ! « Cette technologie est étudiée en laboratoire depuis une dizaine d’années. Le problème, c’est la production en grande série », souligne Romain-Bernard Mignot, ingénieur spécialiste en modélisation et optimisation de moteurs à flux axial.
Contraintes mécaniques et thermiques
L’industrialisation est notamment rendue difficile par les contraintes mécaniques et thermiques propres à cette machine discoïdale. Les premiers obstacles concernent la réduction des fuites magnétiques et l’évacuation de la chaleur dans la machine. « Plus compact, le moteur à flux axial dispose de moins de surface d’échange thermique que la machine à flux radial, il chauffe donc plus », indique Romain-Bernard Mignot. Magnax a breveté un système de refroidissement à huile, en contact direct avec les bobines.
La seconde difficulté technique vient du rotor. « Pour un moteur de quelques dizaines de kilowatts, le diamètre du rotor de la technologie axiale mesure 40 à 50 mm, contre 20 à 30 mm dans un moteur classique, explique Christophe Espanet. Ce rotor, qui tourne entre 12 000 et 15 000 tours par minute, est moins stable mécaniquement et a plus de risque de se vriller, en étant attiré par le stator. Le recours à des matériaux composites permet de fabriquer un rotor plus stable mécaniquement. Mais cela entraîne un surcoût. L’équation économique n’est pas évidente.»
Compacité axiale intéressante pour les hybrides, selon Renault
Toutefois, Magnax compte s’aligner sur les prix des moteurs à flux radiaux existants. « Nous visons les prix du marché. À titre d'exemple, les moteurs en série pour la Tesla Model3 et la BMW i3 ne dépassent pas la barre des 1 000 euros », assure Daan Moreels. Magnax vise toutes les applications d’électromobilité, en particulier les voitures 100 % électriques. Ce n’est pourtant pas là que son atout maître, la compacité axiale, est le plus fort. « Dans le véhicule à batterie, la volonté d’avoir un moteur très étroit selon l’axe ne s’impose pas », affirme Christophe Espanet.
Ce n’est d’ailleurs pas dans ce cadre que Renault s’y intéresse. « C’est une topologie que nous regardons de très près. En hybride, elle pourrait apporter beaucoup», affirme Édouard Nègre, expert des moteurs électriques chez Renault. Et pour cause : le moteur électrique, qui se glisse à côté du moteur thermique, dispose de peu d’espace. Même si Magnax ne positionne pas son outsider en tête de la course, le moteur à flux axial pourrait trouver sa place à côté des moteurs à flux radial.
Les moteurs-roues visent l’auto
Moteur roue d'Elpahe. (D.R.)
De la trottinette à la voiture ? Les moteurs-roues commencent à se frayer un chemin vers l’automobile, alors qu’ils sont adoptés par les nouvelles mobilités depuis des années, des trotinettes aux vélos à assistance électrique en passant par les gyro-roues. C’est en tout cas l’objectif d’Elaphe Propulsion Technologies, qui a bénéficié de 4,2 millions d’euros d’investissement de l’institut européen EIT InnoEnergy fin 2020 pour ses moteurs-roues adaptés aux contraintes des véhicules électriques. « Le principe est simple : deux ou quatre moteurs par véhicule, contrôlés individuellement, sont directement intégrés aux moyeux des roues », explique Matej Bicek, le directeur de l’exploitation d’Elaphe. Avec la disparition du système de transmission mécanique, les pertes énergétiques par frottement sont réduites et davantage de place dans l’habitacle est libérée. « Le design automobile peut ainsi être entièrement redessiné », insiste le directeur général des ventes, Luka Ambrozic.
Mais cette technologie a la qualité de ses défauts. Par leur position, les moteurs-roues sont plus vulnérables aux chocs et augmentent les masses non suspendues. « Plus il y a de poids dans les roues, plus la suspension est lente et la liaison au sol délicate », commente Lauric Garbuio, professeur à l’université Grenoble Alpes. Pour alléger le produit, des matériaux comme l’aluminium, le magnésium ou la fibre de carbone peuvent être utilisés, engendrant un surcoût. Autre difficulté : « Le moteur doit être petit et puissant, étant donné que le système de freinage se trouve également dans la roue, entre le moteur et le stator », précise Matej Bicek. Cela influe sur le coût : « Le prix d’un système roues-moteurs est peut-être 15 à 20 % plus élevé que celui à essieu, soit quelques centaines d’euros de plus », reconnaît le chef des ventes. Qui ajoute cependant que ce surcoût sera largement compensé par les gains apportés par cette technologie. Charge à Elaphe, qui veut passer à l’industrialisation de ses moteurs, de le prouver.
