Comment fonctionne un moteur électrique ?

Un moteur électrique transforme l’énergie électrique en mouvement grâce à l’électromagnétisme. Lorsqu’un courant traverse une bobine de fil, il crée un champ magnétique. Ce champ interagit avec celui d’un aimant permanent ou avec celui d’une autre bobine, produisant une force capable de faire tourner une partie mobile du moteur. On retrouve ce principe dans les ventilateurs, les machines à laver, les outils, les pompes, les trains et les voitures électriques.

Le rôle des champs magnétiques

Dans un moteur, le courant circule généralement dans des conducteurs disposés en bobines. Le champ magnétique ainsi créé exerce une force sur les conducteurs placés dans un autre champ magnétique. Dans une bobine, les forces exercées sur différents côtés ne s’annulent pas complètement : elles forment un couple qui tend à faire tourner la bobine autour d’un axe. Cet axe, appelé arbre ou rotor selon la conception du moteur, transmet ensuite le mouvement à une roue, une hélice, une pompe ou un autre mécanisme. La rotation se poursuit parce que le courant dans les bobines est inversé ou commuté au moment approprié, ou parce qu’un champ magnétique tournant est produit par l’alimentation.

Le stator et le rotor

La partie fixe du moteur est le stator ; la partie mobile est le rotor. L’un ou l’autre peut porter les bobines, les aimants permanents, ou les deux selon le type de moteur. Dans un moteur à courant continu équipé de balais, un collecteur inverse périodiquement le courant dans les bobines du rotor afin de maintenir le couple dans le même sens. Les moteurs à courant continu sans balais utilisent plutôt une commande électronique pour alimenter successivement les bobines fixes. Cette commutation électronique évite les contacts mécaniques des balais et permet d’adapter précisément le fonctionnement du moteur.

Les moteurs à courant alternatif

Dans de nombreux moteurs alimentés en courant alternatif, plusieurs bobines du stator sont parcourues par des courants décalés dans le temps. Elles produisent alors un champ magnétique tournant. Le rotor cherche à suivre ce champ, ce qui crée la rotation. Un moteur synchrone tourne à une vitesse liée à la fréquence du champ tournant. Dans un moteur asynchrone, également appelé moteur à induction, le champ tournant induit des courants dans le rotor ; l’écart entre la vitesse du rotor et celle du champ, appelé glissement, est nécessaire à la production du couple. Ces différentes architectures répondent à des besoins variés en matière de vitesse, de puissance, de coût et de précision.

Le contrôle et les usages

La vitesse et le couple d’un moteur dépendent de son alimentation et de sa conception. Des dispositifs électroniques peuvent régler la tension, le courant ou, dans le cas de nombreux moteurs à courant alternatif, la fréquence d’alimentation. Ils permettent ainsi de démarrer progressivement le moteur, de modifier sa vitesse et d’adapter sa puissance à la charge. Dans un véhicule électrique, la même chaîne de puissance peut aussi faire fonctionner le moteur comme un générateur lors du freinage : une partie de l’énergie mécanique est alors reconvertie en énergie électrique et peut être renvoyée vers la batterie. Les moteurs électriques sont appréciés pour leur rendement et leur capacité à fournir un mouvement contrôlable, même si leur bilan environnemental dépend notamment de la fabrication du moteur et de la manière dont l’électricité utilisée est produite.