Veille technologique

Motorisation Navale Electrique

Comment sont fabriqués les moteurs électriques et leurs versions  “marinisées” ?

Face aux enjeux environnementaux et au coût de l’essence, de plus en plus de plaisanciers optent pour une motorisation électrique. Electric Sailing  vous explique comment sont fabriqués les moteurs navals électriques et vous explique leur fonctionnement.

Au sommaire :

  •     Les deux éléments clés d’un moteur naval électrique
  •     Moteur synchrone ou asynchrone ?
  •     Les moteurs à fort couple et la spécificité des aimants permanents
  •     La régénération, un plus pour la navigation sous voile ?
  •     Batteries, quelle technologie ?

Les deux éléments clés d’un moteur naval électrique.

Le fonctionnement et le rendement d’un moteur naval électrique n’est pas le même que celui d’une version thermique. Le moteur naval est relié à un parc de batteries qui lui injecte du courant, ce qui permet de créer un champ magnétique où l’électricité sera transformée en une force mécanique. Le bateau peut alors se déplacer, plus ou moins vite à motorisation égale, en fonction de sa carène.

Pour ce faire, la construction de moteur  naval électrique, comme pour toutes les familles de moteurs électriques, implique toujours la présence de deux composants : un rotor et un stator.

Le stator.

C’est souvent une pièce statique et généralement cylindrique, il est souvent doté d’encoches permettant l’accueil des bobinages en fonction du champ magnétique souhaité, c’est donc lui qui crée le champ magnétique dans l’ensemble moteur.

Le rotor.

C’est généralement l’élément qui sera en rotation. Il peut être composé d’un ou plusieurs aimants ou anneaux reliés par des conducteurs en cuivre.

Les moteurs navals électriques pour bateaux hybrides et 100% électriques sont-ils différents ?

Le moteur naval électrique d’un bateau hybride fonctionne en combinaison avec un modèle thermique. Cela implique une conception complètement différente puisque deux moteurs doivent cohabiter (connexion mécanique et électromécanique de commande et de puissance) et collaborer (optimisation et gestion des énergies, électrique et combustible).

Finalement, un bateau électrique devrait disposer d’un moteur conçu en prenant en compte  les performances de sa carène et de son style de navigation.

Quel moteur est le plus adapté au monde naval, synchrone ou asynchrone ?

Pour fabriquer un moteur naval électrique, nous avons le choix entre deux types de technologie, deux modes de fonctionnement :

Fabrication d’un moteur naval électrique synchrone :

Sur un moteur synchrone, le rotor est un aimant ou un électro-aimant qui tourne à la même vitesse que le champ magnétique généré par l’intensité absorbée. Pour démarrer, un moteur synchrone doit être alimenté soit par un moteur auxiliaire ou un convertisseur électronique. Le synchronisme entre le rotor et le stator permet de réduire les pertes de puissance et d’obtenir un fort couple de propulsion. C’est le type de moteur qui se retrouve généralement dans les voitures électriques citadines qui ont besoin d’un moteur qui se comporte bien face aux variations de vitesse, aux arrêts et aux démarrages fréquents en ville.

Fabrication d’un moteur naval électrique asynchrone.

On le retrouve souvent sous l’appellation de moteur à induction, puisque le stator va être alimenté par un courant qui lui permet de créer son propre champ magnétique. Le mouvement perpétuel du rotor composé d’anneaux et de barres de métaux conducteurs est alors engagé. Il ne pourra jamais rattraper la vitesse du champ magnétique, contrairement au moteur synchrone,  ce qui provoque ce que l’on appel le facteur de glissements, ou de désychronisme. Pour conserver de bonnes performances et en fonction de la puissance du moteur, le glissement moteur doit être compris entre 2 % et 7 %. Dans le domaine automobile, c’est le moteur privilégié pour pour les longs trajets puisqu’ils sont conçus pour atteindre des vitesses élevées.

La partie du moteur électrique qui contient le rotor et le stator fait partie du groupe motopropulseur électrique. Cet ensemble est, comme pour le moteur synchrone, piloté par un contrôleur électronique complexe nécessaire à la gestion des flux d’alimentation, à la recharge et la transmission de la puissance du moteur électrique.

Moteur naval électrique à aimants permanents et moteur à excitation indépendante.

Actuellement 80% des moteurs équipant des systèmes de propulsions de plaisance navale sont fabriqués avec des moteurs électriques à aimants permanents. Pas de grande différence avec une motorisation synchrone, la seule est que le rotor est en acier qui crée un champ magnétique permanent, ce qui permet ainsi de supprimer un moteur auxiliaire. Le problème de leur conception est l’emploi de ce que l’on appelle des « terres rares », comme le néodyme ou le dysprosium. Même si elles ne sont en réalité pas si rares que ça, leurs prix affichent d’importantes fluctuations depuis la crise du COVID, ce qui en fait des matériaux sur lesquels il sera difficile de compter à moyen terme.

Pour remplacer ces aimants permanents  à base de « terres rares » certains constructeurs comme Tesla, se tournent vers la fabrication de moteurs synchrones à excitation indépendante en ajoutant un électro-aimant bobiné en cuivre, mais qui nécessite un processus de fabrication spécifique. Cette technologie, comme d’autres, est intéressante  puisqu’elle limite le poids du moteur en générant un fort couple, y comprit à bas régime.

La régénération, un plus pour la navigation sous voile ?

Quelle que soit la technologie utilisée pour fabriquer les moteurs des voitures électriques, ils sont donc souvent réversibles. Pour obtenir une régénération, un onduleur est inclus dans la conception du  système de propulsion. Ainsi, lorsqu’on coupe la manette de commande moteur, l’inertie provoquée par la décélération de la crène du bateau fait que l’hélice tourne encore puisqu’elle n’est plus prise dans un inverseur mécanique et  c’est ce que l’on appelle la régénération sous voiles, en assurant la même fonction qu’un hydrogérateur. La trainée d’hélice va donc permettre au moteur électrique de transformer sa propre énergie cinétique en électricité. Cela a pour effet de réduire la consommation d’énergie et de prolonger l’autonomie de la batterie.

Et la batterie dans tout ça ?

Impossible d’évoquer la fabrication de moteur électrique de bateaux sans aborder la problématique de la batterie essentielle à leur fonctionnement. Si les moteurs électriques fonctionnent au courant alternatif de 12 à 700 Volts, les batteries ne peuvent stocker que du courant continu.

Pour recharger sa batterie, deux types de courants peuvent être utilisés :

Un recharge en « AC », courant alternatif.

C’est celui que l’on retrouve dans les prises de courant classique des pontons lors d’escales dans les ports. La recharge se fait grâce à un convertisseur embarqué à bord de chaque bateau électrique. Selon sa puissance, le temps de charge est plus ou moins long, mais il ne sera pas nécessaire de changer son abonnement d’électricité pour permettre cette recharge et le fonctionnement simultané d’autres équipements de bord.

Une recharge en «DC», courant continu.

Ce sont des prises que l’on retrouvera, non sans problèmes de sécurité, sur les pontons, des bornes rapides qui seront équipées d’un convertisseur très puissant permettant de charger une batterie à une puissance de plusieurs kWh.

Vous comprenez que les moteurs électriques ont donc besoin d’un convertisseur de tension pour pouvoir transformer le courant continu de la batterie en un courant alternatif.

Depuis dix ans, la fabrication des moteurs pour voitures électriques a fait d’impressionnants progrès, le milieu du nautique, de la plaisance à la pêche, ne peut que profiter de cette expansion, en prenant garde à son indépendance  technologique et industrielle.

En conclusion, synchrone ou asynchrone, chaque motorisation a ses avantages, ce qui permet aux moteurs électriques de s’adapter à la ville comme en mer.

Il suffit ensuite d’un appel à un professionnel qualifié pour se faire installer un système de propulsion navale électrique et de profiter d’économies significatives et d’un mode de navigation plus respectueux de l’environnement.