Nous vous avons déjà expliqué comment fonctionne la Tesla Model S en tant que voiture. Mais le moteur électrique lui-même — l’élément partagé par chaque VE que nous avons testé, de la Polestar à la Hyundai IONIQ, en passant par la Volkswagen ID. Buzz ou la Volvo XC40 P8 — n’a jamais eu droit à sa propre explication. Il la mérite, car contrairement à un moteur thermique, il n’a presque aucune pièce en mouvement à observer, et pourtant il s’agit sans doute d’une pièce d’ingénierie plus sophistiquée que le bloc qu’il remplace.
De l’électricité en entrée, de la rotation en sortie
Un moteur électrique produit un couple en exploitant un principe physique unique : un conducteur parcouru par un courant, placé dans un champ magnétique, subit une force. En disposant plusieurs de ces conducteurs autour d’un arbre rotatif, on obtient une rotation continue au lieu d’une simple poussée. En pratique, le moteur comporte deux parties : un anneau extérieur fixe bobiné, le stator, et une partie qui tourne à l’intérieur, le rotor. Alimenter les bobines du stator en courant alternatif selon la bonne séquence crée un champ magnétique tournant ; le rotor est entraîné par ce champ, ou y réagit, selon la conception — et c’est précisément cette différence dans la façon dont le rotor répond qui sépare les deux familles de moteurs qui comptent aujourd’hui dans les VE.
Deux familles, deux philosophies
Le moteur synchrone à aimants permanents (MSAP, ou PMSM en anglais) possède des aimants au rotor, presque toujours fabriqués avec des terres rares comme le néodyme, qui se verrouillent sur le champ tournant du stator et tournent en parfaite synchronisation avec lui (d’où « synchrone »). Comme le champ magnétique n’a pas besoin d’être induit, un MSAP perd moins d’énergie sous forme de chaleur et atteint donc un rendement supérieur dans un format plus compact et plus léger — ce qui explique qu’il équipe aujourd’hui la majorité des VE commercialisés, des citadines compactes aux SUV premium.
Le moteur à induction, aussi appelé moteur asynchrone, n’a aucun aimant : le rotor est une simple cage de barres conductrices, et le champ tournant du stator y induit lui-même un courant — donc un champ magnétique — en « glissant » légèrement par rapport au champ du stator (d’où « asynchrone »). Il est moins efficace à charge partielle et nécessite un moteur physiquement plus grand pour une même puissance, mais il ne requiert aucune terre rare, se dégrade plus progressivement, et peut tourner en roue libre sans frottement lorsqu’il n’est pas sollicité. C’est, on le sait, la solution retenue par Tesla pour le moteur arrière de la Model S d’origine, et plusieurs constructeurs continuent de l’associer à un MSAP sur le second essieu des VE à double moteur, précisément pour combiner le meilleur des deux : rendement du MSAP au quotidien, couple d’induction disponible à la demande quand il est vraiment nécessaire.
Ces deux architectures sont, dans la quasi-totalité des VE de série actuels, des conceptions à flux radial : le champ magnétique traverse rotor et stator radialement, comme c’est le cas depuis les tout premiers moteurs électriques. Une géométrie moins courante, le flux axial, place à la place un rotor fin en forme de disque entre un ou deux stators, le champ circulant parallèlement à l’arbre — un moteur plus plat, en forme de galette, qui nécessite moins de matériau magnétique pour un couple équivalent et s’intègre plus facilement dans un moyeu de roue ou un e-axle court. Encore cantonnée à des applications de niche (le système hybride de la Mercedes-AMG One l’utilise), c’est le terrain sur lequel misent deux autres projets financés par l’UE, présentés plus loin.
L’onduleur : l’élément qui fait fonctionner tout le reste
Une batterie ne stocke que du courant continu ; un moteur a besoin de courant alternatif à une fréquence que le conducteur contrôle avec la pédale d’accélérateur. Cette conversion s’effectue dans l’onduleur, un bloc de semi-conducteurs de puissance qui commute le courant continu de la batterie des milliers de fois par seconde pour synthétiser une onde alternative de la tension et de la fréquence voulues — et effectue l’opération inverse lors du freinage régénératif, en reconvertissant la sortie alternative du moteur en courant continu pour recharger la batterie. Les semi-conducteurs eux-mêmes sont devenus une course technologique à part entière : les interrupteurs en carbure de silicium (SiC) perdent nettement moins d’énergie que les anciens IGBT en silicium, ce qui explique que les onduleurs SiC soient désormais la norme sur les VE axés sur l’efficacité et la haute tension. L’architecture de tension compte également ici — faire passer un pack de 400V à 800V divise par deux le courant nécessaire à puissance égale, ce qui réduit les pertes résistives aussi bien dans les câbles que dans l’onduleur, et constitue la principale raison pour laquelle les VE récents peuvent accepter des puissances de charge rapide en courant continu bien plus élevées sans que le câblage ne chauffe excessivement.
Où va l’état de l’art : la recherche européenne 2Zero
Le moteur électrique n’est pas une technologie aboutie — il fait l’objet d’une recherche active financée par l’UE dans le cadre de 2Zero, le partenariat « Towards zero emission road transport » co-programmé entre la Commission européenne et l’industrie automobile au sein d’Horizon Europe, soutenu par environ 615 M€ de fonds européens. Son programme de recherche cible explicitement des « moteurs électriques à haute efficacité et à bas coût pour la circularité et une faible utilisation de ressources rares » — en somme, des moteurs qui égalent le rendement d’un MSAP sans sa dépendance aux terres rares, extraites et raffinées presque exclusivement en dehors de l’Europe. Trois projets financés dans le cadre de cet appel, tous répertoriés sur CORDIS (la base de données des projets de recherche de la Commission européenne), montrent concrètement où mène cet effort :
- HEFT (2022-2026, 3,48 M€, coordonné par Mondragon Goi Eskola Politécnica, Espagne) développe un concept de moteur réduisant de 60% la teneur en terres rares et atteignant plus de 80% de recyclabilité, tout en visant une réduction de 20% des pertes et une densité de puissance supérieure à 7 kW/kg — conçu explicitement pour qu’un moteur de VE produit en masse n’ait plus à sacrifier le rendement au profit de l’indépendance vis-à-vis des aimants.
- HiVEP (2025-2028, 4,98 M€, coordonné par la RWTH Aachen, Allemagne) pousse la tension du groupe motopropulseur au-delà de 800V tout en l’associant à des machines électriques sans terres rares optimisées spécifiquement pour la haute tension et à une électronique de puissance SiC, visant une charge en moins de 10 minutes et une réduction de 25% de la consommation d’énergie.
- GEN1200 (2024-2027, 5,0 M€, coordonné par l’Université de Gand, Belgique) va plus loin sur le plan architectural, en intégrant moteur, onduleur et transmission dans un e-axle unique construit autour d’une électronique SiC à 1700V, conçu pour supporter une charge à 350kW tout en restant compatible avec les chargeurs 400V et 800V actuels.
- MAXIMA (2023-2027, 5,48 M€, coordonné par Arts et Métiers, France) et CliMAFlux (2024-2027, 4,70 M€, coordonné par l’Université de Gand, Belgique) empruntent au contraire la voie du flux axial, avec l’objectif de faire sortir la faible teneur en aimants et la densité de puissance supérieure de cette géométrie des applications de niche pour aboutir à un moteur automobile produit en masse.
Aucun de ces projets n’est une simple curiosité de laboratoire : les trois sont des consortiums industriels incluant constructeurs automobiles et équipementiers de rang 1, avec un horizon commun 2026-2028 pour que les résultats atteignent les programmes de production.
Pourquoi cela compte au-delà de la fiche technique
Le choix entre MSAP et induction, et l’avancée de projets comme ceux-ci, n’est pas un débat d’ingénierie abstrait : il se traduit directement par trois éléments qu’un acheteur vit concrètement. Le rendement détermine quelle part de l’énergie de la batterie atteint la route sous forme d’autonomie plutôt que de chaleur. La dépendance aux terres rares constitue une véritable exposition, tant en matière de chaîne d’approvisionnement que de coût, pour l’ensemble du secteur, le raffinage du néodyme et des éléments associés étant concentré presque entièrement dans un seul pays hors d’Europe. Et la recyclabilité détermine si le moteur d’un VE mis à la casse en 2035 deviendra matière première pour le suivant, ou un déchet. Le moteur qui tourne silencieusement sous le plancher de chaque VE que nous testons est précisément l’endroit où se joue la réponse à ces trois questions.
Photo : © Car-Shooters