La Tesla Model S est la voiture grâce à laquelle le constructeur américain s’est fait remarquer en 2012 auprès du grand public du monde de l’automobile, après les expériences menées avec la Roadster.
Lisez ici notre essai de la Tesla Model S!
À cette époque, d’autres marques plus connues, comme Toyota, Honda, Renault et General Motors, avec ses marques Chevrolet et Opel, avaient déjà entrepris le développement de voitures à traction électrique, aussi bien partielle, associée au moteur à combustion interne, qu’intégrale. Mais Tesla s’est présentée aux yeux du public comme le constructeur engagé uniquement dans le développement de véhicules à traction purement électrique, grâce aux performances obtenues avec la Roadster, grâce à une gamme entièrement électrique depuis sa fondation, et grâce aux caractéristiques et aux solutions techniques appliquées à la Model S.
Voyons cela en détail. (Sur l’image: Le moteur à induction, le cœur de la Tesla Model S)
Si la Tesla Model S est parvenue à atteindre des performances comparables à celles des sportives animées par un moteur à combustion interne, elle le doit au moteur à induction, une des solutions perfectionnées et brevetées, comme par hasard, par Nikola Tesla. Le principe de fonctionnement repose sur l’emploi d’un rotor mis en rotation à l’intérieur d’un stator grâce aux bobines installées sur ce dernier, alimentées par un courant alternatif triphasé. Ce courant génère dans les bobines un champ magnétique tournant qui induit un courant alternatif dans les barres du rotor. Il en résulte un couple moteur qui permet la rotation du rotor. (Sur l’image: Le principe de fonctionnement du moteur à induction)
La vitesse de rotation du rotor est réglée en agissant sur la fréquence du courant alternatif: en réduisant la fréquence, on réduit l’intensité du champ magnétique et, par conséquent, la vitesse de rotation du rotor. La fréquence et l’amplitude du courant sont réglées par l’onduleur, un dispositif électronique commandé par le conducteur qui remplit en outre la fonction de convertir le courant continu puisé dans le pack de batteries en courant alternatif pour le moteur, et inversement. (Dans l’animation: Réglage de la vitesse de rotation du rotor en fonction de la fréquence du courant)
(Sur l’image: Disposition des composants de base de l’appareillage électrique de la Tesla Model S)
Le pack de batteries est constitué de groupes de cellules au lithium très petites, assemblées comme sur l’image, entourées de tubes métalliques disposés entre les différents groupes de cellules. Cette disposition permet un meilleur refroidissement des cellules, car leur température se répartit uniformément, ce qui garantit une plus grande longévité de la batterie. Et n’oublions pas que la Model S utilise 7000 cellules, réparties dans 16 batteries… (Sur l’image: Disposition des cellules d’une batterie et du système de refroidissement)
Un avantage important lié à l’adoption du moteur à induction est la possibilité de disposer d’une unité motrice offrant un rendement élevé sur toute la plage de vitesses de rotation du moteur. Sur les moteurs à combustion interne, le couple et la puissance ne sont efficaces que sur des plages de régime restreintes, d’où la nécessité d’adopter des boîtes de vitesses permettant au moteur de fonctionner sur des plages plus larges, en modulant le couple et la vitesse fournis en fonction des conditions de route ou des besoins du conducteur. Sur la Model S, la boîte de vitesses est inutile et le mouvement est transmis directement aux roues par un simple train d’engrenages. (Sur l’image: Le système de transmission à variation continue)
Le moteur à induction peut inverser sa fonction et, de moteur, devenir un générateur de courant capable de recharger les batteries au lithium. Cela se produit pendant la phase de freinage régénératif, qui s’active dès que l’on relâche la pédale d’accélérateur. Tandis que les roues de la voiture transmettent le mouvement au moteur, l’onduleur agit sur la fréquence du courant alternatif de façon à ce que la vitesse de rotation du champ magnétique soit inférieure à celle du rotor. Dans cette condition essentielle, une quantité de courant bien supérieure à celle utilisée pour la traction est générée, ce qui permet la recharge du pack de batteries. Dans le même temps, un couple électromoteur de freinage est appliqué sur le rotor, permettant l’arrêt du véhicule. Grâce à la traction électrique, la Model S présente d’importants avantages par rapport aux véhicules à combustion interne. Outre un rendement qui reste élevé et constant sur une large plage de régimes, le moteur électrique affiche des dimensions et un poids contenus et permet d’adopter des systèmes de transmission simples, eux aussi légers et compacts, puisqu’aucune conversion du mouvement n’est requise, contrairement aux moteurs à combustion interne, où le mouvement alternatif des pistons doit se transformer en mouvement rotatif du vilebrequin. La disposition des batteries dans le plancher permet un abaissement important du centre de gravité du véhicule, ce qui se traduit par une voiture plus stable en courbe. L’adoption de l’onduleur permet l’emploi de simples différentiels ouverts car, en cas de patinage d’une des roues motrices par manque d’adhérence, il est possible de limiter la vitesse de la roue concernée en coupant l’alimentation via l’onduleur, réactif et immédiat par rapport aux moteurs à combustion interne. Cette réactivité rend superflu le recours à des différentiels autobloquants, tandis que l’emploi de différentiels ouverts permet une transmission du couple aux roues caractérisée par des pertes très limitées. (Sur l’image: Moteur à combustion interne et moteur à induction en comparaison)
Testo: Riccardo Casini
Foto: © Car-Shooters, autres photos tirées de la vidéo YouTube de Learn Engineering (www.youtube.com/watch?v=3SAxXUIre28)