Voilà pourquoi le(s) moteur(s) de Tesla sont les meilleurs moteurs de leur catégorie

Tesla n’a qu’un objectif : toujours être la référence en matière de véhicules électriques, et leurs moteurs le prouvent superbement.

Julien Vaïssette

Fanatique d'Excel, adepte de Camus & ingénieur en mécanique — Suivez la conception de mon prototype de moto électrique en cliquant ici.

illustration moteur tesla

Quand on parle du moteur de Tesla, on parle en réalité de 2 moteurs.

Et plus encore, on parle de 2 technologies différentes de moteurs électriques. Si bien que si vous me demandez si le moteur de Tesla est le meilleur du marché, je ne saurai que vous répondre : ça dépend duquel on parle, et ça dépend des critères de comparaison.

Mais je peux d’ores et déjà vous le dire, les 2 moteurs Tesla sont à chaque fois les meilleurs de leur catégorie. On peut donc dire que le Dual Motor de Tesla (qui consiste à utiliser 2 moteurs électriques de 2 technologies différentes) est le meilleur du marché.

Ça a de la valeur que je dise ça.

Car je ne suis vraiment pas le plus grand supporter de Tesla.

Je trouve même que Tesla est à l’exacte frontière entre une superbe opportunité pour l’humanité et une très grande menace. Mais voilà, il faut s’y résoudre, Elon Musk a frappé un grand coup avec ses moteurs.

Je vous propose donc de vous montrer dans cet article en quoi Tesla a encore donné le ton pour les prochaines années, même en matière de motorisation électrique.

Mais j’en profiterai également pour vous toucher quelques mots sur la faiblesse du Dual Motor de Tesla, qui pourrait en réalité être une grave faiblesse.

On commence ?

Votre avis : la présence de terres rares dans les moteurs de véhicules électriques

Les terres rares sont dans (presque) tous les moteurs électriques : les moteurs de Tesla, les moteurs de motos électriques, et même les moteurs de vélos électriques.

Et pour comprendre l’ampleur du phénomène, j’ai lu énormément de littérature scientifique sur le sujet.

Le problème, c’est qu’aucune de ces analyses et études scientifique ne prend en compte l’avis des personnes les plus concernées par le sujet des terres rares : vous et moi, les usagers, automobilistes et motards.

Alors j’aimerais savoir ce que vous pensez des terres rares.

J’ai préparé un questionnaire très court (5 questions), qui vous prendra probablement moins de 2 minutes à compléter.

Vous pouvez y répondre en cliquant sur ce bouton :


Grâce à vos réponses, j’aurai une idée claire de ce que vous pensez des terres rares – et je pourrai m’appuyer là-dessus pour continuer la conception de mon prototype de moto électrique.

Quel moteur dans une Tesla ?

Tesla utilise 2 moteurs électriques de 2 technologies différentes : le moteur à induction et le moteur à réluctance à aimants permanents. D’où le terme « Dual Motor » qu’on retrouve partout sur le site de Tesla.

La raison de cette multiplication des technologies, c’est qu’elles ont chacune leurs avantages, comme nous le verrons dans la suite de cet article. Et Tesla a fait le choix d’associer les forces de ces deux technologies pour propulser leurs voitures.

C’est-à-dire qu’à l’exception de la plus accessible des Models 3, toutes leurs voitures ont au moins 2 moteurs :

  • 1 moteur à induction à l’avant,
  • et 1 (voire 2 – on parle alors de « Tri-Motor ») moteur à réluctance à aimants permanents à l’arrière.

Si on regarde les 4 modèles de voitures vendues par Tesla, l’image suivante résume les choix qui s’offrent à nous en termes de motorisation[1] :

Motorisation Tesla

Voilà donc pour la partie commerciale.

Maintenant que nous en avons fini avec les présentations de la gamme Tesla, je crois qu’il est temps d’entrer dans le vif du sujet. Et par là, j’entends essayer de comprendre pourquoi Tesla utilise 2 technologies de moteurs électriques sur ses voitures Dual Motor.

Le moteur à induction avant de Tesla

Commençons par le moteur à l’avant, qui est un moteur à induction.

Je l’aime particulièrement. Je l’aime tant que c’est un moteur à induction que nous installons sur notre prototype de moto électrique.

Pour découvrir mon premier modèle de moto électrique — et comprendre les choix que j’ai faits — alors inscrivez-vous à mon journal de bord.

Mais il est possible que vous n’en ayez jamais entendu parler.

Ni que vous sachiez comment fonctionne ce moteur qui a révolutionné la mobilité.

Alors avant d’essayer de comprendre les raisons qui ont poussé Tesla à choisir cette technologie de moteur pour équiper les essieux à l’avant de ses voitures, prenons le temps de disséquer son fonctionnement.

Comment fonctionne le moteur à induction de Tesla ?

Le moteur à induction est un moteur passionnant, car il ne contient aucun aimant permanent.

Et vous allez le voir dans quelques lignes, c’est un très bel exploit d’avoir réussi à s’en passer. Exploit permis par un mécanisme d’induction qui donne son nom au moteur, et qui est d’une élégance rare.

Voilà l’idée, en quelques lignes.

D’abord, il faut savoir qu’un moteur électrique est toujours constitué d’un stator et d’un rotor.

Le stator est une pièce fixe parcourue de bobines de fil. Son principe, c’est que les bobines de fils sont enroulées autour de nombreuses dents (des pièces saillantes en métal). L’idée est alors de les alimenter en électricité, ce qui a pour bénéfice de magnétiser ces dents qui deviennent des électroaimants.

Ce phénomène repose sur une propriété de l’électricité, qui exige que lorsqu’un courant traverse un fil droit, il génère un champ magnétique circulaire. Et si ce même courant traverse un fil circulaire (une bobine donc), le champ magnétique devient rectiligne.

C’est-à-dire qu’il pointe d’un pôle nord vers un pôle sud.

Exactement comme un aimant donc.

L’idée est alors d’alimenter les bobines les unes après les autres, pour orienter le champ magnétique des électroaimants qui parcourent le stator afin de générer ce qu’on appelle un champ magnétique tournant.

Et ça ressemble à ça :

GIF stator moteur induction

La suite, en général, c’est de mettre un aimant permanent au milieu de ce stator.

Car si le champ magnétique du stator se met à tourner, l’aimant va le suivre. Cet aimant sera appelé « rotor », et on aura fabriqué un moteur électrique tournant.

Sublime !

Mais comme nous l’avons dit plus haut, la particularité du moteur à induction, c’est qu’il ne contient pas un milligramme d’aimant permanent. Son rotor, dans sa version la plus commune ressemble en effet à ça :

rotor cage d'ecureuil

Une sorte de cage de hamster en aluminium. Avec de simples plaques reliées par des barres.

Mais comment est-il possible qu’en mettant ce rotor dans le stator que nous avons vu plus haut, le rotor se mette à tourner ?

La réponse se trouve dans le nom du moteur.

Car ce qui permet la rotation est le phénomène d’induction :

  • Le rotor en cage d’écureuil est le plus souvent en aluminium (il peut aussi être en cuivre), qui est un métal conducteur ;
  • Or quand on place un objet conducteur d’électricité dans un champ magnétique variable (ce qui est le cas du stator, car le champ magnétique tourne), des courants électriques qu’on décrit comme des « courants de Foucault » sont générés dans cet objet conducteur. On dit de ces courants qu’ils sont « induits » ;
  • Lorsque les courants de Foucault se propagent dans le rotor, ils créent alors eux-mêmes leur propre champ magnétique ;
  • Grâce à la forme du rotor, le champ magnétique généré par les courants de Foucault est bien ordonné, pointant d’un pôle nord vers un pôle sud ;
  • Le rotor se transforme alors en aimant, qui tendra à s’aligner avec le champ magnétique tournant du stator, ce qui le fera donc tourner. Et hop, un moteur à induction !
GIF fonctionnement moteur induction

Notons que sur le schéma précédent, le rotor tourne aussi vite que le champ magnétique tournant du stator.

C’est impossible.

Car si c’était le cas, il n’y aurait plus de courant de Foucault, et le rotor ne serait plus aimanté. Il faut donc qu’il tourne légèrement moins vite : que sa rotation ne soit pas synchronisée.

On dit donc que le moteur de Tesla est un moteur asynchrone.

Si vous voulez en savoir plus sur les moteurs à induction et partager mon amour pour eux, j’ai écrit un article complet à leur sujet qui risque de vous intéresser.

Mais ici, nous allons nous contenter de cette courte introduction sur leur fonctionnement. Et nous allons nous concentrer sur ce qui nous intéresse vraiment : pourquoi Tesla utilise des moteurs à induction ?

Les caractéristiques des moteurs à induction de Tesla

D’abord, faisons les présentations des moteurs à induction de Tesla.

Car forcément, étant donné qu’ils produisent 4 (et bientôt 5) modèles de voitures électriques, ils ont insisté pour utiliser des moteurs à induction de performances différentes :

  • Sur la Model S, c’est un moteur à induction de 205 kW qu’on retrouve à l’avant (les caractéristiques du modèle Long Range sont ici[2], tandis que celles du modèle Performance sont ici[3]) ;
  • Sur la Model 3, le moteur à induction qui équipe le modèle bimotorisé (Dual Motor) développe 147 kW (à nouveau, voici le lien du Long Range[4], et le lien du Performance[5]) ;
  • Sur la Model X, le moteur à induction situé sur le train avant a une capacité de 205 kW (Même logique : d’abord le Long Range[6], ensuite le Performance[7]) ;
  • Et sur la Model Y, c’est un moteur à induction de 198 kW[8].

Autrement dit, il n’y a pas qu’un moteur à induction Tesla, il y a en a plusieurs.

Mais s’ils sont tous différents, il y a une qualité qu’ils ont en commun : ils sont excellents. Ils dévorent même la concurrence. Pour s’en convaincre, il suffit de regarder leur puissance spécifique, qui s’exprime en kW/kg et qui décrit simplement leur capacité à fournir de la puissance en restant légers.

D’après cet article[9], le moteur à induction de la Model 3 affiche une puissance spécifique de 6,22 kW/kg.

C’est mieux que tout ce que j’ai vu auparavant dans les moteurs à induction. En effet, la littérature scientifique donne des chiffres allant de 2 kW/kg[10], à 4,3 kW/kg[11] et 5 kW/kg[12]. Et c’est sans compter le moteur à induction de la Renault Twizy (que j’adore), qui atteint difficilement les 0,41 kW/kg.

Nous comprenons donc pourquoi Tesla utilise ses moteurs à induction, puisqu’ils surclassent toute la concurrence.

Mais dans le même temps, il existe des moteurs plus performants. Par exemple, le moteur de Tesla qu’on retrouve à l’arrière (et dont on va parler juste après) développe 9,21 kW par kg. Et celui de la Jaguar I-Pace affiche un score de 7,73 kW/kg [9].

Si les moteurs à induction de Tesla sont les meilleurs moteurs à induction du marché, ils ne sont donc pas les meilleurs moteurs électriques.

La question qui vient alors est évidente : pourquoi Tesla utilise ce moteur dans ce cas ?

Pourquoi Tesla utilise des moteurs à induction ?

La première réponse qui vient à l’esprit, c’est de parler des problèmes d’approvisionnement. Le moteur à induction y est moins sensible que les autres technologies de moteurs électriques, car il ne contient aucun aimant permanent.

Et quand on sait que le néodyme qui constitue les aimants permanents est le fruit d’un monopôle chinois, on comprend que s’en passer est une bonne idée pour éviter les pénuries ou les embargos.

Depuis la crise des semi-conducteurs, on sait que ça n’a rien de drôle.

Mais cette raison ne fonctionne pas.

Car chaque voiture Tesla Dual Motor qui est équipée d’un moteur à induction est aussi équipée d’un moteur à réluctance à aimants permanents. Avec du néodyme donc, et par conséquent un risque sur les approvisionnements.

La raison se trouve en réalité dans une phrase énigmatique d’Elon Musk :

« L’un des deux moteurs est optimisé pour la puissance, l’autre moteur est optimisé pour l’autonomie. »

elon musk avatar

Et le moteur à induction est celui qui est optimisé pour l’autonomie.

Pourquoi ça ?

Une raison assez lumineuse : les moteurs à aimants permanents (comme le moteur brushless ou le moteur à réluctance qu’on retrouve à l’arrière des Tesla) affichent un moins bon rendement que les moteurs à induction, quand on leur en demande peu.

La preuve en image :

Rendement induction et brushless

À gauche, on peut voir la carte du rendement[11] d’un moteur à induction (pas celui de Tesla, car évidemment, Tesla ne la communique pas).

À droite, on peut voir celle d’un moteur à aimants permanents[13], qui n’est pas non plus le moteur de Tesla.

Mais même si la carte de rendement de ces moteurs n’est pas celle des moteurs Tesla, elle est utile.

Car ce qu’on y voit est très clair : le moteur à induction est meilleur quand on lui demande un couple relativement faible, ce qui est tout l’inverse du moteur à aimants permanents. Ce qui illustre très bien la phrase d’Elon Musk.

Quand on est sur autoroute ou à vitesse constante, on demande peu de couple au moteur.

On préfère donc utiliser le moteur à induction à l’avant d’une Tesla Dual Motor, puisqu’il gaspille moins d’électricité. Et par conséquent, il garantit une meilleure autonomie.

Tandis que quand on veut accélérer, on préfèrera utiliser le moteur à aimants permanents, car c’est lui qui gaspille moins d’électricité.

Ce faisant, il garantit lui aussi une meilleure autonomie.

Mais rappelez-vous la phrase énigmatique d’Elon Musk : le moteur à aimants permanents de la Tesla est censé être optimisé pour la puissance. Pour quelles raisons ?

C’est ce que nous allons voir de suite, en analysant le moteur à réluctance qu’ils ont installé à l’arrière de tous leurs modèles (les Dual Motor, les Tri-Motor et les Propulsion – donc un seul moteur).

Note : Entendons-nous bien, Tesla ne fait pas fonctionner un moteur après l’autre. Ils cherchent à chaque vitesse la meilleure distribution des puissances afin de garantir une meilleure autonomie et briser les records du passage de 0 à 100 km/h.

Le moteur à réluctance à aimants permanents de Tesla

Le moteur à aimants permanents qu’on retrouve sur toutes les voitures Tesla est un moteur à réluctance à aimants permanents. Il appartient donc à la famille des moteurs pas à pas, dont on doit l’invention à un ingénieur français, Marius Lavet.

Souvent, on confond cette technologie de moteur avec les moteurs brushless.

Et pour cause : leur stator est le même, leur rotor est parcouru d’aimants permanents et ne possède pas de balais. Il y a de quoi les confondre. Mais si on peut les considérer comme cousins, ils ne font pas partie de la même famille.

Car le mécanisme de réluctance que les moteurs Tesla utilisent les rend bien spéciaux. Et pour s’en rendre compte, le mieux est de les disséquer pour comprendre leur fonctionnement.

Comment fonctionne un moteur à réluctance à aimants permanents ?

De l’extérieur, le fonctionnement du moteur à réluctance à aimants permanents ressemble beaucoup à celui des autres moteurs électriques.

D’abord car son stator est le même que ce qu’on trouve partout ailleurs (à l’exception qu’il nécessite d’avoir 3 phases, mais c’est le cas de tous les moteurs à l’usage des voitures et des motos électriques).

Vous pouvez le constater par vous-mêmes : c’est presque le même que celui du moteur à induction[14] :

GIF stator moteur reluctance

On y voit très bien les bobines habituelles qui s’allument les unes après les autres, afin de générer un champ magnétique tournant.

En revanche, c’est dans le mécanisme de rotation du rotor que se situe sa différence.

Car le rotor du moteur à réluctance est entraîné par un mécanisme de réluctance. Un mécanisme assez simple à comprendre, et qui s’appelle « couple de réluctance ».

Pour le voir apparaître, il faut d’abord savoir que le rotor est constitué d’un métal conducteur et que sa surface extérieure est parsemée d’encoches. Ce qui lui permet d’avoir une alternance de dents et d’encoches à sa surface.

Note : les encoches peuvent aussi être positionnées dans la profondeur, entre la surface et l’axe du rotor. C’est d’ailleurs le cas du moteur à réluctance de Tesla.

Et c’est quand on place ce rotor dans le champ magnétique tournant du stator que les dents entrent en jeu. En effet, comme le métal du rotor est conducteur, il conduit le champ magnétique produit par le stator. C’est-à-dire qu’il se laisse traverser par le champ magnétique tournant.

Mais dans le même temps, le rotor a une tendance à vouloir conduire autant que possible le champ. Il tente de maximiser le flux magnétique qui passe en son sein.

Conséquence directe : il ne supporte pas que du vide le sépare du stator.

Or comme nous le savons, sa surface (ou son cœur) est recouverte d’encoches. Il y a donc des endroits où le vide entre le rotor et le stator est plus grand. Or certains de ces endroits ont une plus grande densité de champ magnétique, ce que le rotor refuse.

Il se met donc à tourner, pour que les zones de grande densité magnétique coïncident avec les zones où sa surface présente des dents, et non pas des encoches. C’est ce mécanisme qu’on appelle le couple de réluctance.

Et comme le champ magnétique tourne, le rotor est contraint de tourner.

Mais ce mécanisme n’est pas suffisant pour Tesla, car ce que je vous ai décrit est un moteur à réluctance variable, sans aimants permanents. Le problème de ce moteur, c’est qu’il offre un rendement pas parfaitement exemplaire, et qu’il est assez lourd.

Ils ont donc opté pour la version avec aimants permanents, qui repose sur le même mécanisme mais qui est dopée par la présence des aimants.

Leur apport est simple :

  • ils augmentent le couple,
  • ils augmentent le rendement,
  • et rendent le comportement du moteur plus linéaire.

Mais on parlera des avantages de ce moteur plus en détail dans quelques paragraphes.

Tesla n’a donc pas hésité. Et voilà à quoi ressemble le fonctionnement de leur moteur à réluctance :

GIF moteur reluctance tesla

Les caractéristiques des moteurs à réluctance de Tesla

Grâce à ce choix technologique, les moteurs à réluctance de Tesla sont très musclés :

  • Sur la Model S, on retrouve un moteur à réluctance de 210 kW ou de 375 kW sur le train arrière, selon la version choisie (« Long Range Plus »[2] ou « Performance »[3]) ;
  • Sur la Model 3, c’est un moteur de 188 kW ou de 211 kW qui est installé sur le train arrière, selon la version (Long Range[4] ou Performance[5] à nouveau) ;
  • Sur la Model X, le moteur à réluctance situé sur le train arrière développe soit 210 kW, soit 375 kW (les caractéristiques du premier[6] ou du second[7], en fonction) ;
  • Et sur la Model Y, le moteur qu’on retrouve sur le train arrière a une puissance maximale de 270 kW[8].

C’est donc un cran au-dessus des moteurs à induction qui équipent le train avant des Tesla Dual Motor et Tri-Motor.

Mais l’analyse des caractéristiques des moteurs Tesla ne peut pas s’arrêter à une simple énumération de leurs puissances. Ce qui doit réellement nous intéresser, c’est comme ce que nous avons fait pour le moteur à induction : comparer le moteur à réluctance Tesla avec les autres moteurs électriques.

Et à nouveau, c’est un carnage.

Car je ne sais pas très bien comment ils font, mais ils arrivent à développer une puissance spécifique de 9,21 kW/kg, selon un article[9] que j’ai cité plus haut. C’est loin devant la concurrence :

  • Le moteur de la Jaguar I-Pace développe 7,73 kW/kg,
  • Celui de la Toyota Prius est à 5,69 kW/kg,
  • Le moteur installé sur la BMW i3 garantie 3,58 kW/kg,
  • Quand celui de la Renault Zoé est certainement aux alentours des 2 kW/kg[15].

Plus exotique, le moteur de Tesla se paie le luxe de battre celui installé sur les hypercars électriques de Rimac, qui culmine à 4,88 kW/kg[16]. Autrement dit, les moteurs à réluctance de Tesla sont des foudres de guerre.

Si bien qu’arrivé ici, une question doit vous brûler les lèvres autant qu’elle brûle les miennes : pourquoi ?

Comment les ingénieurs de Tesla, aussi brillants soient-ils, arrivent-ils à un tel résultat ?

Pourquoi le moteur à réluctance à aimant permanents est-il si performant ?

Si le moteur à réluctance à aimants permanents est si performant, c’est qu’il a l’excellente idée de conjuguer deux couples :

  • Le couple de réluctance que nous avons présenté plus haut. Pour rappel, il apparaît lorsque le rotor tourne afin de présenter au flux magnétique du stator le plus possible de métal conducteur.
  • Et le couple produit par les aimants permanents situés en son sein, qui tendent à aligner leur champ magnétique avec celui du stator.

En effet, si on trouve le bon décalage entre le champ magnétique du stator et celui du rotor, ces deux couples s’additionnent. Les ingénieurs de chez Tesla ont évidemment trouvé le bon décalage, ce qui leur permet de garantir les performances que nous avons vues avant.

Mais ce n’est pas tout.

Car le moteur à réluctance de Tesla semble avoir une réponse à tout, même aux plus grandes difficultés qu’on trouve dans les autres moteurs.

Par exemple, les ingénieurs du constructeur californien ont trouvé dans ce moteur une solution qui réduit la force contre-électromotrice[17].

Cette force est l’une des plus grandes faiblesses des moteurs brushless qu’on retrouve sur beaucoup d’autres véhicules électriques : lorsque les aimants permanents qui sont disposés sur le rotor tournent, leur champ magnétique tournant génère un courant dans les bobines du stator.

Or ce courant s’oppose au sens du courant qui alimente les bobines du rotor.

Il réduit alors le courant qui circule dans les bobines, réduisant donc l’intensité du champ magnétique généré par le stator. L’un des enjeux des moteurs électriques est donc de limiter autant que possible les effets délétères de cette force contre-électromotrice.

Et le moteur à réluctance de Tesla y parvient par un mécanisme simple : les aimants permanents sont positionnés loin de la surface du rotor. Ils sont donc séparés du stator par une bonne épaisseur de métal, ce qui réduit leur influence sur le stator.

Autrement dit, on tire avantage de leur présence en éliminant leurs défauts et en les enterrant profondément dans le rotor.

Je vous laisse tirer les leçons que vous voudrez de cette astuce.

Mais il n’y a pas que ça.

Car en plus de provoquer des pertes d’efficacité par l’apparition de la force contre-électromotrice, les aimants permanents des moteurs électriques ont un autre défaut : ils sont traversés par des courants de Foucault, exactement comme le rotor d’un moteur à induction.

Mais cette fois, c’est un effet indésirable.

Car la conséquence de ces courants de Foucault est une augmentation de la température du moteur. Or quand la température augmente, les aimants peuvent se démagnétiser, et le moteur gaspille plus d’électricité.

On veut donc absolument limiter ces courants de Foucault, pour éviter que le moteur s’emballe.

Et les ingénieurs de chez Tesla ont (là encore) trouvé la solution : les aimants permanents sont en réalité plusieurs petits aimants mis côte à côte et isolés électriquement entre eux. Les courants de Foucault se propagent donc moins facilement, ce qui leur vaut de moins chauffer le moteur.

Si bien qu’à la fin, le moteur à réluctance de Tesla affiche les meilleures performances tant en puissance (comme nous l’avons vu) qu’en rendement.

On peut voir ici une simulation du rendement du moteur à réluctance de la Model 3, et c’est parfaitement bluffant[18] :

Rendement Tesla Model 3

Pour un moteur qui garantit un tel couple, c’est vraiment impressionnant.

Car son score de rendement est bon sur toute la carte, même quand le couple tutoie les sommets.

Mais c’est à la vue de cette carte de rendement qu’on comprend aussi la nécessité de positionner un moteur à induction pour les faibles demandes de couple :

  • Le rendement à couple modeste de ce moteur culmine à 94% dans le meilleur des cas ;
  • Quand celui du moteur à induction de Tesla est estimé à 96% dans une étude[19] qui compare le moteur à induction de la Model S avec celui de la e-Tron.

Et ça peut paraître anecdotique, mais 2 points de pourcentage sur 500 km d’autonomie, c’est exactement ce dont on a besoin pour rentrer à la maison.

L’impact écologique du Dual Motor Tesla

Jusqu’ici, nous avons vu à quel point Tesla a produit un sublime travail technologique.

Mais n’en déplaise à certains, les véhicules électriques ne peuvent pas être seulement des bijoux de technologie. Ils sont aussi une réponse à l’un des plus grands enjeux de notre siècle : comment garantir la mobilité de chacun en réduisant l’impact écologique des transports ?

Si on veut se faire un avis sur les moteurs de Tesla, on doit donc aussi en passer par une analyse de leurs performances écologiques.

Et ici, s’ils ne sont pas catastrophiques, ils ne sont pas non plus exemplaires. 

Le rendement optimal est la meilleure arme du moteur Tesla

Nous l’avons vu plus haut, les moteurs Tesla affichent un superbe rendement. Et si on les fait fonctionner ensemble, leur rendement est encore meilleur.

L’une des conséquences de cette performance, c’est l’autonomie.

Mais l’autre conséquence, c’est l’optimisation du score écologique à l’usage. En effet, si les véhicules électriques n’émettent pas de gaz à effet de serre quand ils roulent, ils en émettent quand ils rechargent, car il faut bien produire l’électricité qui les alimente.

Or quel que soit le mix électrique du pays dans lequel on recharge une voiture, la production d’électricité émet des gaz à effet de serre.

Même si, rappelons-le, nous ne sommes pas tous égaux dans ce domaine :

  • En France, la production d’un mégawattheure d’électricité nous coûte en moyenne 76 kgCO2eq,
  • Quand elle coûte respectivement 346, 528 et 994 kgCO2eq en Grande-Bretagne, en Allemagne et en Pologne[20].

Autrement dit, d’un pays à l’autre, la production d’électricité pourra entacher plus ou moins la note écologique d’un véhicule électrique. Et face à cette situation inégale, un moteur dont le rendement est optimisé est de bon ton, afin de ne pas émettre plus que de raison des gaz à effet de serre.

Une étude a ainsi été menée sur ce sujet, afin d’observer l’impact du rendement d’un moteur électrique sur les émissions d’un véhicule électrique à l’usage[21].

Si on peut douter des hypothèses de leur étude, ils ont néanmoins trouvé que le moteur à réluctance à aimants permanents permettait de gagner quelques pourcents d’émissions de gaz à effet de serre lors de l’usage.

Et nous l’avons vu, Tesla utilise à la fois ce moteur à réluctance et un moteur à induction pour apporter un rendement toujours exemplaire.

On peut donc tabler sur une supériorité écologique lors de leur usage encore plus conséquente.

L’optimisation du rendement des moteurs de Tesla est donc un très bel argument écologique. Malheureusement, ça ne suffit pas à les rendre exempts de tout reproche. Car si tout le monde sur Terre roulait en Tesla, ça coincerait à 2 endroits.

Les terres rares, éternel problème d’approvisionnement

Le premier endroit de coincement serait dans les aimants permanents du moteur à réluctance Tesla.

En effet, pour obtenir des aimants permanents avec d’excellentes performances, on doit nécessairement utiliser du néodyme. Or le néodyme, qui appartient à la famille des terres rares, est un minerai dont l’extraction et la production sont très problématiques.

D’abord car environnementalement, la production de n’importe quel métal affiche un impact conséquent. Mais malheureusement, la production des terres rares fait partie du haut du tableau, concernant la culpabilité écologique.

Et le problème, ce ne sont pas leurs émissions de gaz à effet de serre qui sont fautives.

C’est surtout leur impact sur la santé humaine qui pose problème, avec des conditions d’extraction inquiétantes[22].

Mais en soi, ce problème peut être réglé.

On peut en effet se dire qu’il suffit d’imposer des normes de plus en plus exigeantes sur les conditions d’extraction du néodyme pour que l’impact écologique des terres rares soit minimisé.

C’est vrai.

Sauf qu’il est peu probable que ça arrive.

La raison est douloureuse : sur les terres rares, nous ne sommes pas en mesure de négocier. Car la Chine domine la production des terres rares, et ça fait froid dans le dos : en 2020, la Chine produisait 67% du néodyme mondial[23].

Comment faire dans cette situation pour imposer quoi que ce soit ?

Et comment faire si la Chine décide d’augmenter les prix du néodyme, lorsque la demande en véhicules électriques explosera encore plus qu’elle ne le fait aujourd’hui ?

Je me le demande, et je vois ici l’un des plus grands dangers des véhicules électriques. Et si je comprends les raisons pour lesquelles Tesla a opté pour un moteur à réluctance à aimants permanents, je ne peux pas m’empêcher de craindre les effets secondaires d’un tel choix.

Car quand Tesla affiche sa volonté de démocratiser le véhicule électrique, j’applaudis.

Mais il me semble que, même si on n’a pas lu Kant et que notre souvenir des notions d’impératif catégorique étudiées au lycée est douloureux, on comprend bien que l’exemplarité est nécessaire à une ambition d’universalité.

Ici, force est de constater que les aimants permanents nichés dans le moteur à réluctance de Tesla sont un de ses tendons d’Achille.

Pourquoi « ses » tendons d’Achille ?

Car à l’inverse du demi-dieu mythologique, Tesla a 2 tendons d’Achille.

Le surdimensionnement des voitures Tesla

Ce point faible est extrêmement complexe.

Car il ne s’agit pas de jeter le bébé avec l’eau du bain : je ne suis évidemment pas contre les véhicules puissants. Tout le monde a le droit de se faire plaisir, en accord avec ses moyens. Et si ce plaisir est synonyme de l’alliance du Zzzzz d’un moteur électrique et d’une accélération à s’arracher les boyaux, ça me convient.

En revanche, je me questionne sur la Model 3 Dual Motor.

Ce modèle est censé être le modèle le plus démocratique de la marque californienne. En attendant le prochain modèle (pas le Cybertruck, l’autre). Avec son prix qui reste encore conséquent (à partir de 43 800 €), c’est néanmoins la voiture la plus vendue d’Europe.

Elle vient donc détrôner les Clio, Sandero et autres Golf thermiques. C’est donc une voiture qui, même si elle est chère, s’adresse à beaucoup de monde.

Or ce qui est marquant, c’est qu’elle franchit le 0 à 100 km/h en 5,6 secondes pour la version avec un seul moteur, et en 3,3 secondes pour la version Dual Motor.

Ces scores sont ceux qu’on retrouve plus généralement chez les voitures sportives.

Ce qui vient à se demander, très pragmatiquement : à quoi bon ? Pourquoi garantir une telle accélération et de telles vitesses de pointe, supérieures à 225 km/h ?

Je n’ai pas envie de préjuger sur les raisons qui ont poussé Tesla à dimensionner les moteurs de la Model 3 aussi généreusement. Mais je ne peux que regretter qu’ils n’aient pas été légèrement plus raisonnables.

Car s’ils l’avaient été, les bénéfices auraient été immédiats :

  • La propulsion étant moins puissante, la batterie aurait pu être plus petite pour garantir une autonomie équivalente.
  • La Model 3 aurait été moins chère, et donc accessible à plus de monde, ce qui aurait augmenté son bénéfice écologique.
  • Et sa note écologique aurait été d’autant meilleure que sa batterie aurait baissé en taille, puisque c’est bien la production de la batterie qui représente la plus grande partie de l’impact environnemental des voitures électriques.

Je regrette donc le surdimensionnement des moteurs de Tesla, à une période où le prix de ce qu’on sort de terre ne cesse d’augmenter.

Et je crains qu’on finisse par le regretter.

Car en mobilité comme partout ailleurs, la démesure peut être amusante pendant un temps, mais on finit toujours par en payer le prix.

Quelles leçons tirer de cette analyse du moteur Tesla ?

Après avoir disséqué les moteurs de Tesla, je ne peux que reconnaître leur génie.

Quand je vois les résultats obtenus par les concepteurs de leurs moteurs, il n’y a pas de doute : les ingénieurs de Tesla font partie des meilleurs ingénieurs du monde.

Et ça va sans dire, la stratégie marketing de Tesla est objectivement impressionnante. Ils ont en effet réussi là où tout le monde a échoué, en rendant la mobilité électrique infiniment désirable pour tous les habitants de notre planète.

Mais la leçon que je tire de cette étude, c’est que ça ne suffira pas.

Je crois en effet que l’avenir ne doit plus être seulement gouverné par l’alliance des génies du marketing et de la technique. Pour limiter au maximum les effets de la déstabilisation climatique qui nous attend, on devra ajouter un troisième mousquetaire : celui de la juste mesure.

Celui dont la mission sera de faire entendre raison à ces messieurs les ingénieurs (dont je suis) qui vendraient père et mère pour trouver l’idée de génie qui permettrait de gagner 0,05% de rendement.

Et ça serait le même qui garderait ces messieurs les communicants d’activer certains leviers psychologiques qui pousserait ses clients à perdre le sens de la réalité.

Or je ne peux que constater que Tesla n’a pas encore franchi ce pas.

Ils sont encore pleinement investis dans le diptyque génial mais dangereux de la technique et du marketing. Ça fonctionne bien pour produire des machines de guerre industrielle, mais ça n’est pas une solution qu’on peut généraliser à tous les acteurs de la mobilité électrique.

Car l’avenir est à la sobriété.

Et malheureusement, les génies du marketing et les génies de la technique sont souvent tentés de s’auto-alimenter pour viser des sommets indécents. Grimper pour grimper, croître pour croître.

Mais à la fin, c’est tout le monde qui perd.

Si vous croyez autant que moi dans le cryptique technique/marketing/sobriété, alors notre projet risque de vous séduire : nous sommes en train de prouver qu’on peut fabriquer une moto électrique plusieurs fois plus écologique que le reste du marché, à un prix inférieur et avec des performances égales.

Je raconte cette aventure folle en rebondissements dans mon journal de bord, que vous pouvez retrouver ici :

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Si vous souhaitez comprendre toutes les étapes de conception — de l’élaboration du cahier des charges à l’homologation du prototype — alors inscrivez-vous à mon journal de bord.

⚠️ Ne vous attendez pas au mode d’emploi d’une moto électrique, façon notice de montage IKEA. Dans ce journal de bord, vous trouverez toute mon aventure : mes avancées, mes découvertes, mes doutes, mes échecs et bien sûr, les choix que j’ai faits pour mon prototype.

On se retrouve de l’autre côté !

Références bibliographiques

[1] « Electric Cars, Solar & Clean Energy », Tesla.

[2] [4] [6] « 2021 Tesla Model S Long Range Plus – Specifications and price », EVSpecifications.

[3] [5] [7] « 2021 Tesla Model S Performance – Specifications and price », EVSpecifications.

[8] J. Klender, « Tesla Model Y power reading shows Model 3 Performance can get even quicker », TESLARATI, mars 30, 2020

[9] C. S. Goli, M. Manjrekar, S. Essakiappan, P. Sahu, et N. Shah, « Landscaping and Review of Traction Motors for Electric Vehicle Applications », in 2021 IEEE Transportation Electrification Conference Expo (ITEC), juin 2021, p. 162‑168.

[10] Damijan Miljavec, « D3.2: Report on considered electrical motor technologies, evaluation matrix, concept decision ».

[11] N. Riviére, M. Villani, et M. Popescu, « Optimisation of a High Speed Copper Rotor Induction Motor for a Traction Application », in IECON 2019 – 45th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, oct. 2019, vol. 1, p. 2720‑2725.

[12] L. di Leonardo, M. Popescu, G. Fabri, et M. Tursini, « Performance Evaluation of an Induction Motor Drive for Traction Application », in IECON 2019 – 45th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, oct. 2019, vol. 1, p. 4360‑4365.

[13] P. Liu et S. Feng, « Integrated Motor and Two-speed Gearbox Powertrain System Development for Electric Vehicle », in 2020 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), oct. 2020, p. 1499‑1504.

[14] B. Wang, J. Wang, A. Griffo, Z. Sun, et E. Chong, « A fault tolerant machine drive based on permanent magnet assisted synchronous reluctance machine », févr. 2017.

[15] E. A. Grunditz et T. Thiringer, « Performance Analysis of Current BEVs Based on a Comprehensive Review of Specifications », IEEE Trans. Transp. Electrification, vol. 2, no 3, p. 270‑289, sept. 2016.

[16] « Rimac Technology », Rimac Automobili.

[17] « How Tesla model – 3’s electric motor works and it’s details ».

[18] « Performance Analysis of the Tesla Model 3 Electric Motor using MotorXP-PM ».

[19] R. Thomas, H. Husson, L. Garbuio, et L. Gerbaud, « Comparative study of the Tesla Model S and Audi e-Tron Induction Motors », in 2021 17th Conference on Electrical Machines, Drives and Power Systems (ELMA), juill. 2021, p. 1‑6.

[20] B. Tranberg, O. Corradi, B. Lajoie, T. Gibon, I. Staffell, et G. B. Andresen, « Real-time carbon accounting method for the European electricity markets », Energy Strategy Rev., vol. 26, p. 100367, nov. 2019.

[21] A. Rassõlkin et al., « Life cycle analysis of electrical motor-drive system based on electrical machine type », Proc. Est. Acad. Sci., vol. 69, no 2, p. 162‑177, janv. 2020.

[22] J. C. K. Lee et Z. Wen, « Rare Earths from Mines to Metals: Comparing Environmental Impacts from China’s Main Production Pathways », J. Ind. Ecol., vol. 21, no 5, p. 1277‑1290, 2017.

[23] P. Dias, S. Bobba, S. Carrara, et B. Plazzotta, THE ROLE OF RARE EARTH ELEMENTS IN WIND ENERGY AND ELECTRIC MOBILITY An analysis of future supply/demand balances. 2021.

P.S. : si vous souhaitez découvrir la moto électrique sur laquelle je travaille en ce moment, soyez attentif au paragraphe ci-dessous.

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Nous essayons de rendre ce projet le plus collaboratif possible, pour créer la moto électrique la plus respectueuse de l’environnement possible.

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4 commentaires

  1. Arnaud

    J’ai lu ailleurs que la puissance des Tesla découlait de l’étude du meilleur rendement possible derrière un générateur de 400V et que le choix de faire une batterie de 400V venait des transformateurs moyenne tension les plus courants, et donc d’un chargeur rapide simplifié.

    Le moteur n’est pas leur seul élément exceptionnel : ils arrivent à recharger leurs batteries en à peine plus de 20 minutes et pour rivaliser la concurrence est obligée d’utiliser 2 demi-batteries en série et nécessitant du coup 800V.

    • Julien Vaïssette

      Oui c’est parfaitement vrai. Plus la tension est élevée, plus tu peux recharger vite.
      Car on n’en parle pas assez mais c’est l’intensité qui limite la recharge 🙂

  2. Merci pour cette article très claire. Concernant la conclusion il est certain que l’opération mobilité électrique d’Elon Musk a réussi, comme vous le dites, à cause de l’appel aux instincts de base des automobilistes de revenus confortables qui passe leurs temps à lire les articles d’essaie de voitures sportives de luxe. Il fallait passer par là pour démontrer que le bruit d’échappement peut être remplacé par une autre expérience, non moins excitante.
    Il compte sans doute sur la concurrence de produire des voitures de taille, prix, et compatibilité écologique plus raisonnable, et il travail probablement sur une future Model 2 dans cette catégorie. Mais pour l’instant il n’arrive pas a produire assez des modèles existants, même en construisant usine après usine, alors soyons raisonnables et attendons patiemment, il a déjà réussi l’essentiel.

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