« Le train de l’électromobilité est parti… aucun retour en arrière n’est possible ! », assure Jean-Luc Brossard, le directeur de la R & D au sein de la Plateforme automobile (PFA), qui représente la filière française de l’auto. Ce nouveau départ chamboule la chaîne de valeur du secteur. L’irruption de la batterie comme élément clé du véhicule est le phénomène le plus spectaculaire. Mais il ne doit pas occulter la montée en puissance d’un autre composant essentiel : le moteur électrique. Omniprésent depuis des décennies, de l’électroménager au TGV en passant par les chaînes de production, ce vénérable convertisseur d’énergie électrique en énergie mécanique est aujourd’hui l’objet de toutes les innovations pour l’embarqué dans l’auto. Avec, à la clé, un coup de fouet sur les ventes : le secteur automobile est désormais le principal vecteur de croissance pour les moteurs électriques selon Market Research Future, qui estime que le marché mondial du moteur électrique de traction automobile devrait croître de 20 % en seulement deux ans.
La voiture électrique appuie sur le champignon
La Chine et l’Europe jouent un rôle essentiel dans la transition vers l’électrique : elles se partagent la moitié du marché automobile mondial et sont soumises à des réglementations fortes en faveur de l’électrique. D’après le cabinet BCG, à l’horizon 2030, les véhicules 100 % électriques représenteront 26 % du marché automobile en Chine et 25 % en Europe. Parallèlement, les véhicules thermiques, qui frôlent aujourd’hui 95 % des ventes, chuteront à 34 % en Chine et à 42 % dans le Vieux Continent.
Un virage stratégique encouragé par l'Union européenne
En 2020, l'Europe a enregistré une hausse de 144 % du nombre d’immatriculation de véhicules électriques rechargeables (100 % électriques et hybrides rechargeables), avec 1 364 813 voitures, d’après le bilan établi par le cabinet Inovev. Les électriques ont conquis un dixième du marché européen des voitures particulières en 2020, contre 3,5 % en 2019. Ce n’est qu’un début. La politique volontariste de l’Union européenne à l’ère du Pacte vert ne laisse pas le choix aux constructeurs. Dernière mesure en date, la réglementation Cafe (Corporate average fuel economy), portant sur la consommation moyenne de carburant, entrée en vigueur en janvier 2021 sur le Vieux Continent, leur impose un seuil moyen maximal à ne pas dépasser de 95 g de CO2/km pour l’ensemble de leurs gammes (véhicules particuliers et utilitaires légers), sous peine d’une sanction financière de 95 euros par gramme supplémentaire et par véhicule vendu. Volkswagen devrait ainsi écoper d’une amende de 140 millions d’euros pour non-respect du seuil sur l’année 2020. Et la future norme Euro 7, délibérée cette année pour une mise en application en 2025, pourrait aller jusqu’à sonner le glas des véhicules à combustion.
Pour les constructeurs et équipementiers automobiles, la maîtrise de la motorisation électrique s’avère stratégique. « Sa performance est essentielle : un moteur à haut rendement offre plus d’autonomie, ou permet d’utiliser une batterie plus petite donc moins chère pour une même autonomie. Et bien sûr, c’est un composant clé de l’agrément de conduite et des capacités d’accélération du véhicule », souligne Éric Blanchard, le directeur des organes zéro émission chez Renault. Il s’agit pour les constructeurs d’un prolongement naturel de leur activité dans le moteur à combustion. « Historiquement, les constructeurs avaient la main sur la conception et la fabrication de leurs moteurs, les usines étaient internalisées », rappelle Jean-Luc Brossard, de PFA. Surtout, le virage vers le moteur électrique est davantage à leur portée que celui vers la batterie. « La motorisation électrique est proche du cœur de métier des équipementiers et des constructeurs. La barrière à l’entrée est plus forte pour le secteur de la batterie, où il existe des industries chimiques asiatiques déjà bien implantées », résume Klaus Stricker, consultant automobile pour le cabinet de conseil Bain & Company.
Les défis du passage à l'embarqué
Si l’importance stratégique du moteur électrique est largement partagée, les façons de s’y attaquer diffèrent. Pionnier de l’électrique, Renault a fait un choix fort en décidant de concevoir et fabriquer ses moteurs électriques en interne de A à Z. « L’effort financier a été très lourd, comparable à l’investissement nécessaire au développement d’un moteur diesel, considéré comme une technologie de pointe », souligne Éric Blanchard.
A contrario, nombre de constructeurs se reposent sur les équipementiers automobiles. « Daimler a plutôt tendance à externaliser une partie importante de ses moteurs électriques, tandis que Volkswagen internalise beaucoup. C’est une question de stratégie », affirme Klaus Stricker, qui estime que dans quelques années « environ 60 % du volume total des composants des moteurs électriques sera externalisé, contre 45 % aujourd’hui ». Et de préciser : « Les équipementiers comme ZF, Bosch, Hyundai Mobis, Continental ou Magna standardisent des moteurs qu’ils vendent ensuite à plusieurs constructeurs différents, bénéficiant ainsi d’économies d’échelle. »
D’autres constructeurs ou équipementiers préfèrent travailler avec des spécialistes historiques des moteurs électriques. Valeo s’est ainsi allié à Siemens, et Stellantis (ex-PSA) à Nidec Leroy-Somer. Ces deux derniers ont fondé en 2018 la coentreprise Emotors, dédiée à la conception et à la production de moteurs électriques. « L’idée de PSA était de se rapprocher d’un fabricant de moteurs électriques historique de manière à rapidement rattraper son retard dans l’électrique », explique Ghislain Boiteau, le président d’Emotors. « Qu’il s’agisse d’un moteur de traction ou d’un moteur de chariot élévateur, les technologies restent plus ou moins les mêmes : ils sont constitués de tôle, de cuivre, parfois d’aimants. »
Reste que le passage à l’embarqué est loin d’être évident. « Il ne suffit évidemment pas de placer une machine électrique destinée à l’industrie sur le châssis d’une voiture », pointe Julien Rullier, spécialiste d’ingénierie automobile pour le cabinet Stedy. Compacité extrême, coût minimal, pilotage en couple sur une large plage de vitesse et de puissance… Les machines électriques ont été complètement revisitées pour s’adapter aux fortes contraintes qu’impose l’embarqué. « Les moteurs de traction automobile doivent aussi répondre à des normes de très haute qualité, en matière de sécurité notamment », précise Julien Rullier.
Les matières premières pèsent sur les choix technologiques
Trois technologies de moteurs électriques se partagent aujourd’hui le marché. La machine synchrone à aimants permanents est de loin la plus prisée, reléguant au second rang ses rivaux, le moteur synchrone à rotor bobiné et la machine asynchrone. Relativement simple, plus compacte, la technologie à base d’aimants permanents affiche aussi un très bon rendement maximal. Cependant, rien n’est joué alors que la transition vers la voiture électrique ne fait que démarrer.
Champion du rotor bobiné, Renault revendique ainsi un meilleur rendement sur des cycles d’usage réel grâce au contrôle de l’excitation que permet son moteur. Surtout, le synchrone à rotor bobiné et l’asynchrone bénéficient d’un argument de taille, qui séduit de plus en plus de constructeurs : dépourvues d’aimants, ces technologies n’ont pas besoin de ces terres rares quasi-monopolisées par la Chine. Les inquiétudes concernant la sécurité d’approvisionnement et la visibilité sur les prix pourraient influer sur le choix technologique des constructeurs. En septembre dernier, Bruxelles a lancé une alliance afin de construire une filière industrielle des aimants permanents en Europe et les travaux s’intensifient sur les technologies de recyclage des aimants. Mais le chemin est encore long.
En attendant, la technologie synchrone à aimants permanents renforce son hégémonie… s’imposant même dans des machines électriques particulièrement insolites et prometteuses. Il en va ainsi des ingénieuses moteurs-roues développées par la start-up Elaphe ou des épatants moteurs-crêpes (dits « à flux axial ») de la jeune pousse Magnax. La recherche foisonne, les idées fourmillent. Et le spécialiste des moteurs électriques chez Renault, Éric Nègre, se réjouit : « Les laboratoires de recherche débordent d’imagination pour nous proposer de nouvelles topologies ! »
Les chefs de file français
Renault, le pionnier. Si le constructeur, qui a lancé la Zoé en 2011, a fait le choix d’internaliser l’ensemble du savoir-faire de sa technologie à rotor bobiné, les premiers moteurs de la Zoé ont été développés en partenariat avec l’équipementier Continental. « Nous devions aller vite, être sur le marché à temps, contextualise Édouard Nègre, l’expert des moteurs électriques chez Renault. En interne, nous avons réussi à améliorer l’autonomie et le coût de notre moteur. » Une version plus puissante est en développement via la nouvelle plate-forme dédiée à l’électrique CMF-EV développée avec Nissan.
Emotors, l’ambitieux. « Nous sommes une jeune start-up », s’amuse Ghislain Boiteau, le président d’Emotors, coentreprise créé en 2018 à parts égales entre Nidec Leroy-Somer et Stellantis (ex-PSA). Avec un effectif d’environ 200 salariés, elle développe une gamme de moteurs synchrones à aimants permanents. « C’est une première étape. Nous travaillons déjà sur le rotor bobiné et l’asynchrone, précise Ghislain Boiteau. Notre offre sera étoffée, car nous avons la possibilité de vendre à d’autres constructeurs que Stellantis. » Le début de la production, dans l’usine de Stellantis à Trémery, est prévu mi-2022.
eAutomotive, à un tournant. Fondée en 2016, la coentreprise eAutomotive fédère à 50/50 deux équipementiers automobiles historiques : Valeo et Siemens. Mais pour combien de temps ? D’après le quotidien Die Welt, « Valeo veut faire sortir Siemens de l’entreprise franco-allemande ». La prise de contrôle se ferait entre 2022 et 2024. Malgré ses 2 700 employés et son carnet de commandes de 11 milliards d’euros, « la jeune entreprise n’a réalisé que quelques centaines de millions d’euros de chiffre d’affaires jusqu’à présent », souligne le journal allemand.
