Différences entre moteur électrique et moteur thermique

Dernière modification : 01/10/2019 - 5

Quelles sont les différences fondamentales entre un moteur thermique et un moteur électrique ? Car si les connaisseurs trouveront la question assez simple, les plus novices auront certainement quant à eux quelques interrogations sur le sujet ... Nous n'allons cependant pas nous limiter seulement à observer le moteur mais nous allons aussi étudier rapidement la transmission afin de mieux comprendre la philosophie de ces deux types de technologies.

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Notions essentielles

Je rappelle dans un premier temps que les valeurs de puissance et de couple d'un moteur ne sont au final que des données parcellaires. En effet, dire que deux moteurs de 200 ch et 400 Nm de couple sont identiques n'est en réalité pas vrai ... 200 ch et 400 Nm sont juste les capacités maximales offertes par ces deux moteurs, et non pas des données complètes. Pour comparer ces deux moteurs de manière explicite il faut en réalité mettre cote à cote les courbes de puissance / couple de chacun d'entre eux. Car même si ces moteurs ont les mêmes caractéristiques, à savoir les mêmes points culminants au niveau puissance et couple, ils auront des courbes différentes sur la montée en régime. Un des deux moteurs aura donc sa courbe de couple qui sera en moyenne plus importante que l'autre, et il sera donc un peu plus performant malgré le fait que sur le papier ils paraissaient identiques ... Et c'est d'ailleurs pour cela qu'un moteur de diesel de 100 ch est généralement plus impressionnant qu'un moteur essence de même puissance, même si je reconnais que l'exemple n'est pas ici parfait (le couple maxi sera forcément très différent même si la puissance est identique entre les deux moteurs).

A lire aussi : différence entre couple et puissance

Composants et fonctionnement des moteurs électrique et thermique

Moteur électrique

Commençons par le plus simple, le moteur électrique fonctionne grâce à la force électromagnétique, à savoir "la force des aimants" pour ceux qui ne saisissent pas bien le concept. En effet, vous avez déjà pu expérimenter le fait qu'un aiment peut produire une force sur un autre aimant quand on les rapproche, et bien le moteur électrique utilise cette dernière pour obtenir un mouvement.
Il existe trois types de moteurs électriques malgré le fait que le principe reste le même : Moteur à courant continu, à courant alternatif synchrone (rotor qui tourne à la même vitesse que le courant envoyé dans les bobines) et courant alternatif asynchrone (rotor qui tourne un peu moins vite que le courant envoyé). Il y a donc aussi les moteurs avec balais et sans balais (brushless), selon que le rotor ait du jus induit (si je fais bouger un aimant à côté, même sans contact, du jus va apparaître dans le matériaux) ou transmis (dans ce cas j'ai besoin d'injecter physiquement du jus dans la bobine, et donc je construis un connecteur qui permet la mobilité du rotor : un balais qui frotte et qui transmet le jus un peu comme le fait un train se connecte aux câbles électriques par le haut grâce aux espèces de bras qu'on appelle pantographe).

Un moteur électrique se compose donc de très peu de pièces : un "rotor rotatif" qui tourne dans un stator. L'un induit une force électromagnétique quand on lui envoie du courant, et l'autre réagit à cette force et se met donc à tourner. Si je n'injecte plu de courant il n'y a plus de force magnétique et donc plus rien ne bouge.

Enfin il s'alimente d'électricité, à courant alternatif (le jus fais des allers-retours en avant et en arrière) ou continu (plutôt alternatif dans la majorité des cas). Et si un moteur électrique peut par exemple développer 600 ch, il ne pourra en développer que 400 si il ne reçoit pas assez de jus ... Une batterie un peu trop faible pourra par exemple brider un moteur et il ne pourra potentiellement pas développer toute sa puissance.

A lire aussi : le fonctionnement d'un moteur électrique de voiture

Moteur thermique

Le moteur thermique exploite des réactions thermodynamiques. En gros, ça utilise la dilatation des gaz chauffés (on peut même dire enflammés) pour faire tourner des pièces mécaniques. On enferme dans une chambre un mélange de carburant et comburant, on allume le tout et cela induit une très forte dilatation et donc une grosse pression (même principe pour les pétards du 14 juillets). Cette dilatation est utilisée pour faire tourner le vilebrequin grâce à l'étanchéité des cylindres (compression).

A lire aussi : fonctionnement d'un moteur thermique

Transmission d'un moteur électrique VS moteur thermique

Comme vous le savez certainement, les moteurs électriques peuvent fonctionner à des régimes très élevés. Cette caractéristique a donc convaincu les ingénieurs de se passer de boîte de vitesses (il y a quand même une démultiplication ou plutôt réduction, et donc un rapport), ce qui réduit au passage le coût et la sophistication de l'auto (et donc la fiabilité). Notez quand même que la suite devrait apporter un deuxième rapport pour des raisons d'efficience et de chauffe du moteur électrique, c'est d'ailleurs le cas sur la Taycan.
On a donc ici un gain non négligeable puisque le moteur thermique perdra du temps à changer de rapports avec en plus à la clé des ruptures de couple.
En reprise c'est donc aussi un avantage car on est en électrique toujours sur le bon rapport puisqu'il n'y en a qu'un. Sur une voiture thermique il faudra trouver le plus adapté en mécanique et laisser la boîte le faire en automatique (kickdown pour favoriser la performance), et cela fait perdre du temps.

Pour résumer, un moteur électrique a sur une accélération une seule courbe de puissance / couple tandis que le moteur thermique va en avoir plusieurs (selon le nombre de rapports) en sautant de l'une à l'autre grâce à la boîte  de vitesses.

Puissance d'un moteur électrique VS moteur thermique

En plus d'être très différent au niveau de la transmission, les dispositifs thermiques et électriques n'ont aussi pas du tout la même manière d'envoyer la puissance et le couple.

Un moteur électrique a beaucoup plus d'allonge car il peut grimper à des régimes très élevés en gardant tout le long un couple et une puissance très importants. Sa courbe de couple démarre donc tout en haut et ne fait que descendre. La courbe de puissance grimpe très vite et chute ensuite tranquillement plus on monte en pointe.

COURBE MOTEUR THERMIQUE

Voici la courbe d'un moteur thermique classique. C'est en général vers le milieu de la plage de régime qu'on a le plus de couple et de puissance (les deux sont intriqués, voir le lien en début d'article). Sur un moteur turbo ça arrive vers le milieu et sur un atmosphérique ça arrive plutôt vers le haut du compte tours

COURBE MOTEUR ELECTRIQUE

Un moteur thermique a une courbe très différente, avec un couple et une puissance maximale développés sur une petite partie de la plage de régime. Et c'est pour cela qu'on aura une boîte de vitesses, afin d'exploiter ce pic de puissance / couple sur toute la phase d'ascension de la vitesse. Les vitesses de rotation (régime maxi) sont limitées par le fait qu'on a affaire ici à des pièces métalliques en mouvement assez lourdes, et vouloir aller trop haut en fréquence moteur met en péril les pièces qui peuvent alors finir par se tordre (d'autant plus que la vitesse accroît la friction et donc la chaleur, ce qui peut rendre les pièces plus "molles" en "fondant" légèrement). On a donc un rupteur sur essence (allumage qui limite) et une fréquence d'injections limite sur les diesels.

Grosso-modo, un moteur thermique a un régime maximal à moins de 8000 tours par minutes tandis qu'un moteur électrique peut aisément atteindre les 16 000 tours tout en ayant un couple et une puissance de bon niveau sur toute cette plage. Le moteur thermique a quant à lui une puissance et un couple élevés que sur une petite plage du régime moteur.

Dernière différence, si on va au bout des courbes de l'électrique on remarque qu'elles finissent par plonger d'un coup.  Cette limite est liée à la fréquence du courant alternatif couplée au nombres de pôles dans le moteur électrique. Ce qui veut dire que quand on arrive à la vitesse maximale, on ne peut la dépasser puisque le moteur créé une résistance. Si on dépasse cette vitesse on aura alors comme un puissant frein moteur qui vous gênera.

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