La batterie est souvent présentée comme le composant clé de la voiture électrique. Qu’en est-il du moteur ?
Éric Blanchard Dans une voiture électrique, la batterie est effectivement très importante, elle représente près du tiers du prix total. Mais ce réservoir d’énergie très coûteux, c’est le moteur électrique qui l’exploite. La performance de ce dernier est donc essentielle. Un moteur à haut rendement offre davantage d’autonomie ou permet d’utiliser une batterie plus petite, donc moins chère, pour une même autonomie. C’est aussi un composant clé de l’agrément de conduite et des capacités d’accélération du véhicule. Renault a vite compris le rôle central du moteur dans la chaîne de valeur électrique. Nous avons été les premiers à fabriquer nos moteurs électriques en interne de A à Z. Au prix d’un effort de développement très lourd, comparable à l’investissement nécessaire au développement d’un moteur diesel, considéré comme une technologie de pointe.
Le moteur électrique est un objet ancien dans l’industrie et repose sur des technologies éprouvées. En quoi doit-il se réinventer pour l’automobile ?
Édouard Nègre Dans l’industrie, l’encombrement, le coût et la masse n’étaient pas des contraintes aussi essentielles que pour un moteur embarqué. De plus, l’immense majorité des actionneurs industriels sont pilotés en vitesse, parfois en position, tandis que la traction d’un véhicule est pilotée en couple. Enfin, la production de masse est un enjeu spécifique au secteur automobile. Ce sont autant de défis qui demandent d’importantes innovations, et la R & D sur le moteur est foisonnante. Il s’agit par exemple de parvenir à une meilleure intégration du moteur avec les autres composants – la batterie bien sûr, mais aussi l’électronique de puissance et le réducteur – et d’optimiser les matériaux, aimants et tôle magnétiques, ainsi que le bobinage.
Quelles sont les forces de Renault dans la R & D et la production pour le moteur électrique ?
É. B. L’investissement majeur que nous avons réalisé dans la motorisation électrique fait que nous disposons aujourd’hui de chaînes de production complètes. Nous produisons et assemblons toute la partie active (le rotor, le stator, l’électronique de puissance, le réducteur) dans notre usine de Cléon (Seine-Maritime). C’est de là que sont sortis les moteurs des 100 000 Zoé vendues en 2020. Notre R & D est concentrée dans le Technocentre Renault de Guyancourt (Yvelines), ce qui traduit l’importance stratégique pour le groupe du développement de cette technologie. Nous travaillons aussi dans plusieurs centres d’essai en France et nous nous appuyons sur des équipes en Chine, pour la veille technologique, et en Inde, pour la partie codage-software notamment.
Pourquoi avoir développé un moteur synchrone à rotor bobiné, encore appelé à excitation séparée, alors que le synchrone à aimants permanents domine le marché ?
É. N. Le premier avantage de notre technologie est d’offrir un très bon rendement sur de larges plages de couple et de vitesse. Et notamment sur les faibles charges. Contrairement aux machines à aimants permanents, nous avons la main sur le niveau d’excitation magnétique via le courant que nous injectons dans le bobinage du rotor. Quand le moteur n’a pas besoin d’être fortement sollicité, l’excitation peut être réduite, ce qui diminue la mise en œuvre magnétique au sein de la machine et les pertes associées. Le rendement reste donc très bon à faible charge. C’est crucial car, à l’usage, le moteur est le plus souvent dans ce régime de bas couple et de basse puissance. C’est là que l’essentiel de l’énergie est consommé. Le deuxième avantage est d’ordre industriel. À partir d’un design optimisé de l’intérieur de la machine, le circuit magnétique, nous sommes capables, à moindre coût, de le décliner pour une famille de moteurs qui sont tous produits sur la même ligne de fabrication, à Cléon. C’est ainsi qu’avec la même base de composants et la même forme de tôles magnétiques (dont l’appareillage industriel coûte cher), nous avons conçu des moteurs qui sont destinés à la Zoé, à la Twingo Electric, au Kangoo Electric ou au Master Electric. Outre l’optimisation économique associée, cela nous apporte beaucoup de flexibilité dans la gestion des mix de production.
Quelles sont les performances de votre moteur par rapport aux autres technologies sur le marché ?
É. N. Notre moteur à rotor bobiné affiche de belles performances sur le nouveau cycle de référence (WLTC), qui est assez proche d’un usage client, avec beaucoup de points peu chargés. Nous visons 91 % de rendement en cycle WLTC, tandis que les machines à aimants se situent plutôt autour de 85-87 % sur la zone de fonctionnement sur cycle, pour l’ensemble machine et électronique de puissance. En revanche, le moteur de la Zoé peut sembler légèrement en retrait en termes de densité massique de puissance et de densité volumique de couple. La technologie à aimants reste, pour le moment, supérieure sur la compacité. Mais nous progressons sur cet aspect, tout en faisant attention à ne pas pousser les matériaux dans leurs retranchements en termes de saturation magnétique ou de densité de courant dans les bobinages, ce qui pourrait dégrader l’essentiel : le rendement.
Avec ces avantages, pourquoi la technologie à rotor bobiné est-elle si peu répandue parmi les constructeurs automobiles ?
É. N. Nous ne serons peut-être plus seuls très longtemps. Certains sont en train de se tourner vers cette technologie. Mais il faut reconnaître que ses avantages ne sont pas facilement accessibles. Le rotor bobiné pose deux grandes difficultés. La première concerne l’industrialisation. La structure du rotor est complexe : le bobinage, avec ses fils, sa résine et ses pièces de maintien, doit résister aux forces centrifuges à vitesse élevée (jusqu’à 12 000 tours par minute sur la Zoé) et aux contraintes thermiques. Le processus de fabrication requiert donc un savoir-faire important, que nous sommes fiers de maîtriser aujourd’hui. Deuxième difficulté : cette technologie à excitation variable offre certes un degré de liberté supplémentaire, mais il faut savoir le gérer et l’optimiser via l’électronique de puissance et le calculateur. Si ces modulations sont mal maîtrisées, le résultat peut être pire qu’en l’absence de ce degré de liberté.
Est-ce que votre technologie à rotor bobiné propulsera chacun des sept véhicules entièrement électriques que Renault veut lancer d'ici à 2025 ?
É. B. C’est trop tôt pour le dire, mais nous disposons aujourd’hui avec notre technologie à rotor bobiné d’une pépite technologique et souhaitons évidemment poursuivre son développement. Nous sommes en train de concevoir une version plus puissante pour le véhicule de série qui découlera de la Megane eVision, le premier modèle de Renault s’appuyant sur la nouvelle plate-forme CMF-EV, entièrement dédiée à l’électrique et développée avec Nissan. Les faibles pertes à vide de notre moteur en font aussi le moteur idéal pour le train arrière des 4x4. Enfin, nous avons levé des verrous technologiques qui nous permettront d’atteindre des densités de puissance et de couple équivalentes à celles des machines à aimants permanents.
Propos recueillis par Manuel Moragues et Aline Nippert
