Moteur à induction : le futur des véhicules électriques ?

C’est avec le moteur à induction que Tesla a bousculé l’industrie de la mobilité. Et même s’ils ont changé d’avis aujourd’hui, ça démontre bien que ce moteur possède un réel potentiel. Voilà pourquoi.

Julien Vaïssette

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

couverture moteur electrique © jean charles barbe

Le moteur à induction a totalement perdu le monopole de la mobilité électrique.

Pourtant, c’est lui qui a propulsé les premières Tesla (Roadster, Model X et Model S). Mais il n’est plus le moteur électrique numéro 1. Le début du 21ème siècle a en effet vu son concurrent, le moteur brushless, prendre le trône pour ne plus le quitter depuis.

Si bien qu’aujourd’hui, l’écrasante majorité des véhicules électriques sont équipés de ce moteur qui arrive à allier un coût modéré avec une miniaturisation sans précédent.

Mais je ne crois pas que le moteur à induction ait dit son dernier mot.

Pour cause, il a encore un argument de taille à opposer à son puissant antagoniste : c’est qu’il ne nécessite l’usage d’aucun aimant permanent. Et si cet avantage immense ne vous évoque rien, cet article risque de vous intéresser.

Car je crois que c’est précisément ce qui pourrait permettre au moteur à induction de récupérer son trône. Le règne incontesté du moteur brushless a bien assez duré, et je compte bien vous le prouver dans cet article.

Pour y parvenir, je vais procéder en 3 temps.

D’abord, vous saurez comment le moteur à induction fonctionne. Puis vous allez acquérir une idée précise de ses caractéristiques techniques. Et enfin, vous pourrez parfaitement situer ses avantages écologiques face à la concurrence.

C’est un programme excitant. Et il n’est pas impossible que cet article vous donne une idée du futur de la mobilité électrique.

Comment fonctionne le moteur à induction ?

Comme tous les moteurs électriques, le moteur à induction fonctionne par l’intermédiaire d’un rotor qui tourne dans un stator. Et comme pour les autres moteurs électriques, la rotation du rotor est permise par la rotation d’un champ magnétique dans le stator.

Mais à l’inverse des autres moteurs électriques, le fonctionnement moteur à induction n’est vraiment pas évident à comprendre.

Alors plutôt que de le tracer dans ses grandes lignes en un paragraphe façon Wikipédia, je vais essayer d’aller beaucoup plus en profondeur pour vous montrer toutes les subtilités de son fonctionnement.

Et dieu sait qu’il y en a !

Alors ne perdons pas une seconde de plus, et découvrons ce sublime moteur.

La rotation du champ magnétique

Il est probable qu’en lisant le paragraphe que j’ai écrit juste avant, vos sourcils se sont haussés d’incompréhension. Et il est encore plus probable que le moment exact où vous avez haussé les sourcils se situait lors de la lecture de l’énigmatique « rotation d’un champ magnétique ».

Ne vous inquiétez pas, c’est tout à fait normal. Et nous allons voir tout de suite ce que ce charabia peut bien vouloir dire.

Mais la première chose à savoir, c’est que si cette « rotation du champ magnétique » utilise de très grands mots, son principe de fonctionnement est en réalité assez simple. Les spécificités théoriques un peu musclées du moteur à induction ne se situent pas du tout ici.

Pour comprendre cette expression, il suffit de commencer par prendre un rotor.

Un rotor, c’est tout bêtement une pièce cylindrique qui comporte un champ magnétique. C’est-à-dire qu’on lui trouve un pôle nord et un pôle sud, comme sur un aimant.

Exactement comme ça :

rotor moteur à induction

Ensuite, il faut s’équiper d’un stator.

Un stator, c’est comme un rotor mais c’est plus large. Et ça comporte un grand creux en son sein, pour qu’on puisse y glisser un rotor. Et de même que pour le rotor, le stator est équipé d’un champ magnétique.

stator moteur à induction

La suite, c’est d’installer le rotor dans le stator.

Mais le plus important, c’est de prendre soin de bien fixer le stator en vérifiant que le rotor est libre de tourner sur lui-même. Vous verrez bien assez vite que si on ne laisse pas le rotor libre de tourner, alors le moteur ne marche vraiment pas.

Quoi qu’il en soit, c’est à ce moment qu’intervient la rotation du champ magnétique.

En effet, notre but est de faire tourner le rotor.

Et pour ça, rien de plus simple : faites tourner le champ magnétique du stator, et vous verrez que le rotor tournera pour que son champ magnétique s’aligne avec celui du stator. Ou dit plus simplement, son pôle sud rejoindra le pôle nord du stator, et son pôle nord rattrapera le pôle sud du stator.

Ce qui, mécaniquement, le fera tourner.

fonctionnement rotor stator

Sur ce schéma, on observe très bien le champ magnétique du stator tourner, entraînant avec lui le rotor.

Et avec ce schéma, vous avez devant vos yeux le fonctionnement de tous les moteurs électriques. Dont le moteur à induction qui nous intéresse ici.

En revanche, le moteur à induction a une particularité qui lui donne un charme fou. Une sorte de rusticité sans égal, qui parle beaucoup à mon bon sens paysan.

Partons donc à sa découverte, qui nous réserve bien des surprises.

Le stator du moteur à induction

Pour faire tourner un champ magnétique dans le stator, il n’y a pas de secret.

Car l’ingrédient qu’on utilise est toujours le même : l’électroaimant. Le principe de l’électroaimant est de l’ordre du sublime, puisqu’il consiste à constater que lorsqu’un courant électrique traverse un fil enroulé sur lui-même (une bobine donc), un champ magnétique se crée.

Et le plus grand bonheur de l’électroaimant, c’est que le sens de ce champ magnétique dépend du sens du courant.

C’est-à-dire que si on fait passer le courant dans un sens, alors un pôle nord et un pôle sud seront créés. Mais si on le fait courir dans l’autre sens, alors les pôles seront inversés.

Mieux encore, il suffit d’arrêter tout courant pour que la bobine de fil ne produise aucun champ.

Autrement dit, l’électroaimant est un aimant capable de s’éteindre, de s’allumer, de s’orienter dans un sens et de s’orienter dans le sens opposé tout en restant immobile.

Sublime, je vous l’avais dit.

Et très utile.

Car connaissant cette caractéristique des électroaimants, il suffit de tapisser notre stator d’électroaimants pour parvenir à notre objectif de faire tourner un champ magnétique.

Il existe mille manière de faire comme celle décrite dans cette étude[1] ou dans celle-ci[2]. Mais puisque je ne veux rien alourdir, je vais vous présenter une d’entre elles de manière relativement simplifiée.

Voilà l’idée.

Pour installer les électroaimants, le stator doit être parcouru de dents qui sont des bouts d’aciers tout simples. Disons que notre stator en compte 12.

Ensuite, il faut installer les électroaimants (et donc les bobines de fils) sur ces dents. Disons qu’on en installe 2 pour le moment.

fonctionnement électroaimants

Exactement comme ça.

L’intérêt d’installer les 2 électroaimants de cette manière, c’est qu’on peut le faire avec un seul et même fil électrique. On dit alors qu’ils appartiennent à la même « phase », puisqu’ils sont composés du même fil. Ils reçoivent donc le même courant électrique.

Dès lors, l’astuce est d’inverser les sens de bobinage.

En effet, si le sens de bobinage de l’électroaimant 1 est l’inverse de celui de l’électroaimant 2, alors quand un courant passera dans le fil, leur orientation magnétique s’opposera. On aura donc l’électroaimant 1 en pôle nord et l’électroaimant 2 en pôle sud.

La suite, si on veut faire tourner ce champ magnétique, c’est d’inverser le sens du courant.

Ce faisant, l’électroaimant 1 passera au bleu, tandis l’électroaimant 2 virera au rouge. Et le champ magnétique tournera.

Mais pour le moment, vous devez sentir que ce n’est pas suffisant.

Car si le champ magnétique tourne, il saccade un peu. L’astuce, c’est d’ajouter 2 autres phases (donc 2 x 2 = 4 autres électroaimants).

Mais il faut le faire en décalé.

Note : 1 + 2 + 3 = 3 phases, on dit donc le moteur à induction est triphasé.


Dès lors, si vous vous arrangez pour que les courants entre les phases soient décalés, alors vous arriverez à faire tourner le champ magnétique avec une fluidité délicieuse.

Et si vous faites ça, vous avez construit le stator d’un moteur à induction, commun à tous les autres moteurs électriques. À la différence que pour les autres moteurs électriques, on s’embête un peu plus à allumer les électroaimants avec des commutateurs mécaniques ou électroniques.

Pour les moteurs à induction, nous n’en avons pas besoin[3], et dieu merci.

C’est l’éloge de la simplicité.

fonctionnement stator

Voilà donc pour le stator.

Mais vous le savez maintenant, un stator ne sert à rien sans rotor. Et contrairement au stator, le fonctionnement du rotor du moteur à induction ne ressemble en rien à ce qu’on trouve ailleurs.

Ce qui concentre à la fois son génie et sa plus grande complexité.

Un rotor vraiment pas comme les autres

Dans les autres moteurs électriques, le rotor est recouvert d’aimants permanents.

Et c’est très intuitif. Car on se dit qu’il suffit de mettre un aimant dans le creux du stator pour que cet aimant tourne sur lui-même, entraîné par le champ magnétique tournant.

C’est bien vrai.

Mais pas de chance pour notre intuition, il n’y a aucun aimant permanent dans le rotor du moteur à induction.

Pire que ça, le rotor d’un moteur à induction se présente dans la majorité des cas comme une vulgaire cage de rongeur. Ce qui lui vaut d’être appelé sous le nom de « cage d’écureuil ».

Si vous ne me croyez pas, je vous laisse vérifier la validité de ce nom par vous-mêmes

rotor cage d'écureuil

On est ici très loin du rotor tel qu’on le connaît partout ailleurs, parcouru d’aimants permanents et doté d’une géométrie plus que complexe.

Le rotor du moteur à induction est simplement l’assemblage archaïque de deux plaques circulaires et de barres en aluminium ou en cuivre.

Et la seule exubérance de ce rotor est dans l’orientation des barres qui forment la cage.

Comme on peut le voir, elles ne sont pas parallèles à l’axe de rotation du rotor. Elles sont mises légèrement en biais, afin de garantir le silence du moteur à induction et d’éviter des phénomènes de blocage.

Quid du moteur à rotor bobiné ?

Si le moteur à induction avec cage d’écureuil est le plus connu, il existe un autre moteur à induction : celui dont le rotor est décrit comme un rotor bobiné (appelé aussi « à collecteur tournant »).

Sa différence, comme son nom l’indique, est dans son rotor.

En effet, il est muni d’une morphologie qui ressemble beaucoup à celle de la cage d’écureuil. Mais à la place des barres, ce sont des bobines de fils qui sont intégrées. D’où le nom de rotor « bobiné ».

Ajoutons qu’il est équipé d’une bague appelée « collecteur tournant », qui permet de maximiser le couple du moteur à induction à faibles vitesses.

Dans cet article, nous traiterons des deux moteurs (à cage d’écureuil et à rotor bobiné). Mais nous ne verrons que le fonctionnement du premier.

Attention : j’ai longtemps confondu cette technologie de moteur avec celle qui est installée sur la gamme électrique de Renault, qui a elle aussi un rotor bobiné. Mais c’est un moteur synchrone à rotor bobiné qu’on trouve chez Renault.

Pour clarifier les choses, je compte rédiger un article sur le sujet. Car il y a de quoi s’arracher les cheveux !


Ici, la question qui doit vous brûler les lèvres, c’est de savoir comment diable ce rotor en cage d’écureuil peut-il bien tourner quand on le place dans le stator ?

Car croyez-moi ou non, il tourne bien.

Et la réponse porte trois noms : Lenz, Foucault et Faraday.

La force électromotrice induite

En effet, le rotor tourne par un mécanisme expliqué par la loi de Lenz-Faraday, elle-même décrivant les conséquences du courant de Foucault.

Je sais, ça peut paraître obtus.

Mais c’est en réalité assez accessible si on décompose les choses calmement. Alors faisons ça, et vous verrez que vous comprendrez le fonctionnement du moteur à induction avec une facilité qui vous déconcertera.

D’abord, les courants de Foucault.

Eux, vous les connaissez sans même le savoir. Ils se trouvent dans votre cuisine, si vous êtes équipés de plaques à induction. Car ces courants, qu’on appelle aussi « courants induits », sont les courants électriques qui sont créés lorsqu’un objet conducteur est placé dans un champ magnétique variable.

Dans votre cuisine, ça consiste en une série de bobines qui sont placées sous vos plaques et qui sont alimentées par un courant alternatif. Ce faisant, elles créent un champ magnétique (nord/sud) qui évolue avec le temps, et qui génère ainsi des courants de Foucault dans vos poêles.

Résultat : les courants de Foucault chauffent la poêle.

Car ô stupeur, les courants électriques chauffent toujours tout ce qu’ils touchent. C’est généralement pris comme un effet délétère, mais dans nos cuisines on s’en accommode assez bien car ça a le mérite de faire cuire les pâtes.

Dans le moteur à induction, c’est la même chose.

Le rotor en cage d’écureuil est soumis à un champ magnétique tournant généré par le stator, comme nous l’avons vu juste avant. Des courants de Foucault sont alors induits dans les barres en aluminium ou en cuivre de la cage d’écureuil.

D’où le nom de moteur à induction.

Ça, c’était pour les courants de Foucault.

Mais la conséquence immédiate de l’apparition de ces courants dans le rotor, c’est la loi de Lenz-Faraday. Car selon elle, le rotor se mettra à tourner à cause de ces courants de Foucault.

Pourquoi ?

Car les courants de Foucault créent eux-mêmes leur propre champ magnétique.

En effet, une autre des caractéristiques du courant électrique, c’est qu’il crée toujours un champ magnétique autour de lui. Les courants de Foucault ne font pas exception, ils créent donc eux aussi un champ magnétique.

Mais vous l’avez forcément déjà remarqué, les champs magnétiques veulent toujours s’aligner.

Il suffit de mettre deux aimants côte à côte pour le remarquer : ils veulent faire coïncider leurs pôles sud et leurs pôles nord, pour que leurs orientations soient parfaitement concourantes. Pour les champs magnétiques du rotor et du stator du moteur à induction, c’est le même topo.

Or le champ magnétique du stator tourne.

Le rotor n’a donc aucun autre choix que de tourner, s’il veut s’aligner avec le champ magnétique du stator. C’est à peu près ce que dit la loi de Lenz-Faraday. Et c’est par cette magie que le rotor du moteur à induction se prend à tourner, sans aucune raison apparente :

schéma fonctionnement moteur à induction

Épatant, non ?

Vous avez en effet devant les yeux le fonctionnement infiniment élégant du moteur à induction, qui ne demande rien d’autre qu’un peu de cuivre et d’aluminium.

Rien de plus.

Le reste n’est que courants induits et forces invisibles.

Enfin, il y a peut-être un détail que j’ai oublié de préciser. C’est qu’il y a une certaine vitesse que le rotor ne peut pas atteindre.

Pourquoi dit-on du moteur à induction qu’il est un moteur asynchrone ?

En effet, le rotor ne pourra jamais tourner aussi vite que le champ magnétique du stator.

Car si le rotor tourne à cette vitesse, alors il n’y aura plus aucun courant de Foucault généré dans le rotor. Ce faisant, le rotor n’aura plus de champ magnétique, et il arrêtera d’être entraîné en rotation[4].

Pourquoi ça ?

Très simple :

  • Quand le rotor tourne à la même vitesse que le champ magnétique du stator, alors la différence vitesse entre les deux est nulle.
  • Autrement dit, le champ magnétique du stator n’apparaît plus comme variable au rotor (comme quand on double une voiture sur autoroute et qu’elle se met à rouler à la même vitesse que nous, on a l’impression quand on se regarde mutuellement qu’on est arrêtés).
  • Dès lors, si le champ magnétique n’est plus variable, alors les courants de Foucault ne sont plus générés dans le rotor.

Ce qui implique que le rotor doit toujours tourner un peu moins vite que le stator pour être entraîné en rotation. On dit donc qu’il est asynchrone, puisqu’il ne peut jamais se synchroniser parfaitement à la vitesse de rotation du champ magnétique créé par le stator.

Et la différence de vitesse entre le rotor et le champ magnétique du stator est appelée « glissement ».

Pour vous donner un ordre d’idée, ce glissement est non-négligeable puisque la plus petite valeur que j’ai pu trouver dans la littérature est de 2%[5].

Autrement dit, la vitesse de rotation du champ magnétique est au moins 2% plus grande que celle du rotor. On ne le voit pas sur le schéma que j’ai dessiné au-dessus car je ne suis pas graphiste.

Mais je compte sur vous, vous avez compris l’idée.

Les enjeux du moteur à induction

Nous voilà donc arrivés à mi-parcours.

Ensemble, nous avons compris comment fonctionnent les moteurs à induction. Nous savons maintenant pourquoi ils s’appellent ainsi, nous avons constaté qu’ils n’exigent aucun aimant permanent, et nous avons découvert le sens du qualificatif « asynchrone ».

Vous êtes donc maintenant capables de décrire les mécanismes qui se cachent derrière ce nom.

Pour autant, même si on est tentés de l’oublier à cause de la satisfaction qu’on ressent d’avoir compris les bases du moteur à induction, il nous manque toute une moitié de la réflexion.

Cette partie de la réflexion, c’est de replacer les moteurs à induction dans leur contexte.

Au même titre que tous les autres moteurs électriques, ils sont en effet censés répondre à l’un des enjeux les plus excitants de notre temps : révolutionner la mobilité. Ils doivent donc aussi être étudiés pour leur capacité à s’attaquer à cet enjeu immense.

Mais ne vous inquiétez pas.

Cette fois, nous n’allons pas nous laisser hypnotiser par la beauté technologique du moteur à induction.

Car dans quelques paragraphes, vous saurez vraiment tout ce qu’il faut savoir sur la place qu’ils peuvent prendre dans la transition mobilitaire. Si bien que vous pourrez savoir si, oui ou non, Elon Musk a eu tort d’abandonner le moteur à induction.

Alors n’attendons plus, voyons ce qu’il en est.

Le moteur à induction : le moteur du futur ?

Pour se faire une idée précise de la place que pourra prendre le moteur à induction, il faut l’étudier sous divers angles.

Le premier, le plus évident, c’est celui des performances. Car un moteur qui a la capacité de propulsion d’un escargot dans le volume d’un éléphant ne peut pas nous intéresser.

Alors avant d’entrer dans des considérations ésotériques en tous genres, je vous propose d’être pragmatiques. Et ici, ça implique de vérifier que les moteurs à induction appartiennent à l’équipe des renards agiles plutôt qu’à celle des gastéropodes laborieux.

Et je vous propose aussi d’arrêter la métaphore animalière dès à présent.

La densité de puissance et la puissance spécifique du moteur à induction

La première qualité que doit avoir un moteur électrique, c’est de fournir de la puissance dans un poids modeste et un volume maîtrisé. S’il développe une puissance magnifique mais qu’il pèse autant que la voiture électrique qu’il est censé propulser, ce moteur n’a en effet aucune raison d’être.

La première case que doit cocher le moteur à induction est donc celle-là.

Si on traduit les termes de cette première case de manière scientifique, on tombe sur deux mesures :

  • La mesure de densité de puissance en kW/L (unité de puissance par unité de volume) – qui traduit la capacité d’un moteur à fournir de la puissance dans un volume modéré.
  • Et la puissance spécifique kW/kg (unité de puissance par unité de masse) – qui décrit l’aptitude de ce même moteur à injecter de la puissance dans un poids raisonnable.

Pour que le moteur à induction prouve sa pertinence dans la mobilité électrique, il doit donc garantir à la fois une densité de puissance et une puissance spécifique aussi élevées que possible.

Et en ça, même s’il n’égale pas les meilleurs moteurs électriques du marché, il n’est pas ridicule.

Car si on cherche la littérature scientifique disponible sur le sujet, voilà les chiffre qu’on obtient :

Ce qui veut dire que si vous cherchez à installer un moteur de 50 kW (67 chevaux) dans votre voiture électrique, alors un moteur à induction de 10-25 kg et de 6 litres suffira.

C’est à peine un peu moins intéressant que pour les moteurs brushless, qui ont une meilleure densité de puissance en moyenne.

Mais en comparaison avec un équivalent thermique, le moteur à induction est infiniment léger car le moteur thermique devra peser au moins 50 kg pour fournir autant de puissance : les moteurs à combustion interne ne garantissent en effet une puissance spécifique que de 0,9 kW/kg[9].

Note : Par ailleurs, des recherches sont menées sur des moteurs à induction pour faire passer leur puissance spécifique de 5 kW/kg à 20 kW/kg[10] à l’aide de superconducteurs. C’est sublime mais manque de chance, les superconducteurs nécessitent des terres rares.

Dès lors, on n’est plus si loin de moteurs à aimants permanents, et on perd l’intérêt écologique des moteurs à induction. Mais je reviendrai sur ce sujet des terres rares dans la suite de cet article.


Autrement dit, il me semble que les moteurs à induction cochent avec brio la première case que nous voulions vérifier.

C’est déjà un très bon point pour la mobilité électrique, car on sait que les moteurs doivent être aussi petits que possible pour laisser la place à des batteries volumineuses.

Et justement, la deuxième case à cocher est à propos des batteries.

Ou plus précisément à propos de la capacité du moteur à induction à ne pas perdre trop d’électricité, afin de ne pas exiger la présence d’une batterie trop volumineuse. On n’a pas particulièrement envie d’un tuyau percé comme moteur électrique.

Le rendement du moteur à induction

Ce qu’on appelle le rendement, c’est le pourcentage de carburant qu’un moteur est capable de transformer en énergie mécanique. Par exemple, si 60% de l’énergie apportée par le carburant se perd dans le moteur, alors son rendement est de 40% (100% – 60%).

C’est d’ailleurs le cas des moteurs thermiques.

En effet, les meilleurs moteurs thermiques affichent un rendement de 50%[11]. Et la majorité des moteurs thermiques qu’on trouve dans les voitures sont encore moins efficaces.

Et ici, les moteurs à induction sont bien meilleurs.

Car en moyenne, ils garantissent un rendement de 93,3%[6] sur un cycle de conduite mixte. Ils sont donc largement plus économes que les moteurs thermiques, ce qui est la moindre des choses pour une moteur qui se veut écologique.

Mais pour convaincre, le moteur à induction doit se trouver un adversaire plus sérieux.

Cet adversaire, c’est le moteur brushless qu’on trouve dans la majorité des véhicules électriques. Et contre lui, le match est plus corsé car le rotor de ce dernier est composé d’aimants permanents. Il n’a donc pas besoin de créer un champ magnétique dans le rotor par induction.

Et le problème du champ magnétique induit, c’est qu’il cède quelques pourcents de rendement à cause des pertes thermiques dues aux courants de Foucault. Ce n’est pas grand-chose, mais c’est assez pour que le moteur à induction affiche un rendement moins performant.

Le plus criant, c’est d’observer l’évolution du rendement du moteur à induction selon sa vitesse de rotation et le couple (donc la force) qu’il génère.

rendement moteur à induction

Cette évolution, même si elle n’est pas ridicule, est parcourue de beaucoup plus de zones bleues (à moins de 85% de rendement) que pour son cousin brushless[12].

Ce n’est pas la mer à boire, et on pouvait s’y attendre.

Mais voilà, ça veut dire que le moteur à induction doit être conscient de cette légère infériorité face à son plus grand concurrent. Car si on récapitule, le moteur à induction est à la fois moins performant en densité puissance que le moteur brushless, et garantit un moins bon rendement.

Pour autant, il n’est jamais bien loin de son alter ego.

Et il le sait très bien : il n’y a pas que les performances à regarder dans un moteur électrique. Il y a aussi mille autres paramètres, tels que son prix et son impact environnemental.

L’enjeu est donc tout trouvé : est-t-il capable d’inverser la tendance ?

Pourquoi Tesla n’utilise plus le moteur à induction ?

Je l’ai évoqué plus tôt : Tesla, qui utilisait des moteurs à induction, a choisi de changer de cap en utilisant une autre technologie de moteurs à aimants permanents.

La raison de ce déséquilibre digne de David contre Goliath est dans ce que j’ai présenté avant :

  • Les moteurs à induction affichent de bonnes performances de densité de puissance et de puissance spécifique, sans être pour autant les meilleurs.
  • Et les moteurs à induction jouissent d’un bon rendement, mais sans non plus garantir le meilleur rendement qu’on peut trouver chez les autres moteurs électriques.

Et si ces deux légères faiblesses peuvent donner l’impression que leur absence presque totale du marché des véhicules électriques est disproportionnée, ce n’est pas pour rien.

Ces faiblesses sont certes légères, mais les constructeurs de véhicules électriques sont obsédés par l’optimisation de la réponse à l’usage mobilitaire auquel ils s’adressent.

Et pour beaucoup, le poids et la déperdition énergétique sont les ennemis majoritaires.

Car je ne vous l’apprends pas, l’autonomie des véhicules électriques fait partie de leurs plus grands freins. Les constructeurs, pour satisfaire un usage aussi confortable que possible à leurs clients, font donc tout leur possible pour maximiser l’autonomie de leurs véhicules.

Or l’autonomie dépend de 3 paramètres :

  • Le poids ;
  • La capacité de la batterie ;
  • Et l’efficacité énergétique.

Dès lors, on comprend pourquoi ils se tournent tous vers la technologie de moteurs qui satisfera les deux critères sur lesquels ils peuvent agir : le poids et le rendement. D’où la relégation de plus en plus inévitable des moteurs à induction.

Mais vous allez le voir, il est possible qu’ils aient encore un sérieux coup à jouer.

Le prix du moteur à induction est (théoriquement) imbattable

Nous l’avons vu plus haut, le moteur à induction est d’une rusticité inimitable.

Et ça, ça a forcément un impact gigantesque sur son prix. Car quand un moteur n’est composé de rien d’autre qu’un stator bobiné et d’une cage étonnante (et dans le pire des cas d’un rotor bobiné, comme le stator), il ne coûte rien.

Surtout quand on le compare aux autres moteurs électriques affublés d’aimants permanents.

Si vous avez déjà manié des aimants en terres rares dans votre vie, vous savez en effet que leur puissance les rend difficiles à manœuvrer. Vous sentez alors le casse-tête de leur fixation à un rotor, ce qui implique forcément un prix plus élevé.

Sans compter que les aimants permanents sont composés de néodyme, une terre rare extrêmement chère qui fait grimper le prix du kilogramme d’aimant à plusieurs centaines de dollars, selon le cours en vigueur.

Alors que dans les moteurs à induction, nulle terre rare, ni aimant permanent à l’horizon.

Dès lors, si on ne se réfère qu’aux prix des matières premières, on constate une différence de prix entre les moteurs à induction et les moteurs brushless de plusieurs dizaines de pourcents[13]. Et on imagine qu’à effort industriel égal, la simplicité de fabrication des moteurs à induction les rend plus accessibles.

Mais aujourd’hui, ce ne sont pas eux qui jouissent du plus grand effort industriel.

Car leur problème, c’est justement qu’ils n’ont aucune terre rare.

Et la Chine est à la fois le plus grand fournisseur de terres rares et le plus grand fabricant de moteurs à destination de la mobilité électrique. Ils ont donc logiquement choisi de ne pas investir dans le moteur à induction et de privilégier toutes les technologies à aimants permanents.

Si bien qu’il est impossible de se prononcer sur le prix plus compétitif des moteurs à induction à l’usage des véhicules électriques dans l’état actuel des choses.

Mais l’intérêt du prix, c’est que c’est un facteur dynamique : il peut varier selon la demande et l’offre.

Il est alors probable que le moteur à induction finisse par voler la vedette aux moteurs à aimants permanents. Et j’y vois deux raisons.

La première, que nous avons vue, c’est qu’il est industriellement plus facile à produire. Ce qui lui vaut un potentiel de prix beaucoup plus faible.

Et la deuxième, nous allons la voir tout de suite.

Le moteur à induction et ses indéniables atouts écologiques

La deuxième raison qui va peut-être remettre les moteurs à induction en selle est leur impact environnemental. Car d’un certain point de vue, le moteur à induction affiche un impact environnemental très faible.

Mais il existe aussi un autre point de vue, défendu par Elon Musk.

Je ne vous en dis pas plus, et je vous laisse découvrir ce qu’il en est.

L’absence de terres rares, un sérieux avantage

En termes d’impact environnemental, l’absence de terres rares dans le moteur à induction est un avantage gigantesque.

En effet, le plus gros point faible des moteurs électriques à aimants permanents repose essentiellement sur la présence des terres rares nécessaires à leurs aimants. J’en ai discuté plus en détails dans un article dédié. Mais en résumé, l’absence de terres rares dans le moteur à induction est un sublime point fort, pour deux raisons.

D’abord, les terres rares sont complètement verrouillées par la Chine.

Le pays ne possède que 37% des ressources mondiales, mais exploite 58% de la production mondiale de terres rares et représente 80% des importations de terres rares aux Etats-Unis (un pays pourtant largement protectionniste)[14].

Autrement dit, les terres rares sont synonymes d’une perte totale de souveraineté dans les approvisionnements.

Si la Chine décide un jour de faire exploser les prix, elle nous tordra immédiatement le bras. Dès lors, on imagine bien qu’il faut absolument éviter l’utilisation de terres rares dès que c’est possible. Et à l’inverse de certaines applications comme l’IRM, on peut se passer des terres rares dans la mobilité électrique grâce au moteur à induction.

L’autre immense défaut des terres rares est dans leur empreinte environnementale.

Leur production est un véritable fléau écologique :

  • Les mines d’extraction de ces terres rares ne satisfont aucune norme environnementale telle qu’on les applique en Europe ;
  • Les eaux environnantes sont polluées par les métaux lourds ;
  • Les champs sont stérilisés ;
  • Et les populations sont décimées par les cancers[15].

Si bien qu’aujourd’hui, les analyses de cycle de vie des terres rares sont formelles sur l’impact délétère de ces minerais sur la santé humaine[16].

Ce qui donne bien envie de promouvoir les moteurs à induction et leur absence de terres rares dans la mobilité électrique.

Face à ce constat, on serait presque tentés d’aller toquer à la porte d’Elon Musk pour lui demander pourquoi diable a-t-il décidé d’arrêter l’exploitation des moteurs à induction, au profit de moteurs à aimants permanents.

Mais je vous déconseille de le faire avant d’avoir lu ce qui suit.

La densité élevée de métaux et le rendement plus faible, un sérieux inconvénient

Elon Musk fait rarement les choses au hasard.

Il sait que si on fait une comparaison extrêmement rigoureuse entre l’impact environnemental des moteurs à induction et celui des moteurs à aimants permanents sur leur durée de vie, ce sont les moteurs à aimant permanent qui gagnent[17].

Pourquoi ?

Très simplement :

  • Les moteurs à induction contiennent plus de cuivre et d’acier que les moteurs à aimants permanents. Or il faut bien produire ces métaux, ce qui coûte à la fois en émissions de gaz à effet de serre et en pollutions en tous genres. Si bien que la production des moteurs à induction relâche selon certains[17] 14% d’émissions de gaz à effet de serre de plus que leurs concurrents à aimants permanents.
  • Et le rendement plus faible des moteurs à induction implique forcément un plus grand gaspillage de l’électricité qui l’alimente. Or là aussi, il faut bien produire cette électricité. Et chaque pourcent de rendement en moins est un pourcent d’impact écologique en plus.

Si bien qu’à la fin, Elon Musk a de quoi se défendre : les moteurs à induction n’offrent pas un score environnemental si intéressant. Et les moteurs à aimants permanents qu’il a choisis sont quelques pourcents meilleurs que les moteurs à induction.

Pour autant, il faut savoir raison garder.

D’abord car les études d’analyse de cycle de vie se basent sur des hypothèses de calcul. Et celle que je viens de citer se base sur une recyclabilité des aimants permanents assez optimiste pour qu’on puisse se poser des questions.

Sans compter que le pays de production et d’usage des moteurs a une large influence sur leur score écologique.

Ensuite, il faut se rappeler que l’impact environnemental global des moteurs électriques, quels qu’ils soient, est assez modeste en comparaison à celui des batteries. Ce qui laisse penser que plutôt que de chercher à gagner quelques pourcents d’émissions en moins sur les moteurs, on ferait mieux de chercher à réduire l’impact des batteries (et spoiler, c’est loin d’être gagné).

Enfin, l’impact environnemental est surtout une affaire de choix.

Aucune technologie n’est irréprochable.

Littéralement, aucune.

Il s’agit alors de choisir les axes sur lesquels on veut travailler. Car on n’a pas d’autre possibilité que celle de prioriser. Sans quoi, on reste pétrifié face à la difficulté de la chose.

Dans le cadre des moteurs électriques, c’est la même chose.

Leur score environnemental est objectivement bon. Surtout si on le compare à celui des moteurs thermiques. Dans ce cas, la logique qui me paraît la plus pertinente n’est donc pas de vouloir absolument augmenter leur score écologique de quelques dixièmes de pourcents, mais de viser ce qui nous scandalise.

Et aujourd’hui, ce qui me scandalise le plus se situe sans aucun doute dans les terres rares.

Je crois par ailleurs que ça devrait aussi être le cas de tous les pays non producteurs de terres rares (quasiment tous donc). Car il est inacceptable de devenir dépendant d’un minerai, aussi performant soit-il, surtout quand c’est au prix de la santé des populations qui le produisent.

Conclusion : le moteur à induction représente (certainement) le futur des véhicules électriques

Nous sommes donc en capacité de répondre à une question dont l’enjeu est évident quand on connaît l’impact de Tesla : est-ce qu’Elon Musk a eu tort d’abandonner le moteur à induction ?

Selon sa grille de lecture, il n’a sans doute pas tort.

Mais selon la mienne, et peut-être la vôtre après avoir lu cet article, il a eu tort. Car il a préféré gagner quelques pourcents de performance au prix d’une perte de souveraineté regrettable, et d’un impact environnemental discutable.

Et quand on prétend produire des millions de véhicules, il me semble que quelques pourcents de performances sont négligeables face au bon sens paysan qui nous conseille de choisir la solution la plus simple.

Quoi qu’il en soit, c’est son choix.

Et si je le regrette après avoir étudié les moteurs à induction, mon effort n’aura pas été vain. Car il m’aura permis de vérifier que oui, les moteurs à induction sont bien pertinents pour la mobilité électrique. Et qu’avec leur simplicité et leur absence de terres rares, ils pourraient représenter le futur.

C’est pour cette raison qu’au moment où j’écris ces lignes, je considère le moteur à induction comme le meilleur candidat pour propulser la moto électrique que je suis en train de concevoir.

Il coche toutes les cases qui correspondent à mes recherches, et je suis convaincu que l’avenir nous prouvera que nous avons eu raison de le préférer aux moteurs à aimants permanents.

Il faut dire que mon ambition sur le sujet est claire : nous voulons réinventer la mobilité électrique grâce à notre moto.

Et ça passera par la réinvention de tous les composants qui sont aujourd’hui utilisés par défaut sur les autres véhicules électriques.

Le moteur à induction en est un, mais il n’est pas seul.

Je vous conseille donc de vous inscrire à mon journal de bord, publié quotidiennement. Je le tiens depuis les débuts de la conception de ma moto électrique. Et j’y décris toutes mes découvertes, toutes mes avancées et toutes mes convictions au sujet de la mobilité électrique.

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On se retrouve de l’autre côté !

Références bibliographiques

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[2] F. Garcia-Guevara, F. Villalobos-Piña, R. Alvarez-Salas, E. Cabal-Yepez, et M. González, « Stator Fault Detection in Induction Motors by Autoregressive Modeling », Mathematical Problems in Engineering, vol. 2016, p. 1‑7, mars 2016, doi: 10.1155/2016/3409756.

[3] Rakesh Parekh, « AC Induction Motor Fundamentals », Microchip, avr. 2004, [En ligne]. Disponible en ligne.

[4] Y. Kraftmakher, « Demonstration of Lenzs law with an induction motor », Phys. Educ., vol. 40, no 3, p. 281‑284, mars 2005, doi: 10.1088/0031-9120/40/3/010.

[5] H. Sarhan, R. Issa, M. Alia, et J. M. Assbeihat, « Slip Compensation in Efficiency-Optimized Three-Phase Induction Motor Drive Systems », Intelligent Control and Automation, vol. 2, no 2, Art. no 2, juin 2011, doi: 10.4236/ica.2011.22011.

[6] 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. doi: 10.1109/IECON.2019.8927627.

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

[8] 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. doi: 10.1109/IECON.2019.8927006.

[9] R. C. Bolam, Y. Vagapov, et A. Anuchin, « A Review of Electrical Motor Topologies for Aircraft Propulsion », in 2020 55th International Universities Power Engineering Conference (UPEC), sept. 2020, p. 1‑6. doi: 10.1109/UPEC49904.2020.9209783.

[10] K. Ozaki et al., « Conceptual Design of Superconducting Induction Motors Using REBa2Cu3Oy Superconducting Tapes for Electric Aircraft », IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 30, no 4, p. 1‑5, juin 2020, doi: 10.1109/TASC.2020.2971671.

[11] H. Liu, J. Ma, L. Tong, G. Ma, Z. Zheng, et M. Yao, « Investigation on the Potential of High Efficiency for Internal Combustion Engines », Energies, vol. 11, no 3, Art. no 3, mars 2018, doi: 10.3390/en11030513.

[12] 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. doi: 10.1109/ECCE44975.2020.9236397.

[13] J. Goss, M. Popescu, et D. Staton, « A comparison of an interior permanent magnet and copper rotor induction motor in a hybrid electric vehicle application », in 2013 International Electric Machines Drives Conference, mai 2013, p. 220‑225. doi: 10.1109/IEMDC.2013.6556256.

[14] « Rare earths statistics and information – USGS ». Consulté le: juin 29, 2021. [En ligne]. Disponible en ligne.

[15] G. Pitron, La guerre des métaux rares: La face cachée de la transition énergétique et numérique. Paris: Les Liens Qui Libèrent, 2018.

[16] J. C. K. Lee et Z. Wen, « Rare Earths from Mines to Metals: Comparing Environmental Impacts from China’s Main Production Pathways », Journal of Industrial Ecology, vol. 21, no 5, p. 1277‑1290, 2017, doi: 10.1111/jiec.12491.

[17] A. Rassõlkin et al., « Life cycle analysis of electrical motor-drive system based on electrical machine type », Proceedings of the Estonian Academy of Sciences, vol. 69, no 2, p. 162‑177, janv. 2020, doi: 10.3176/proc.2020.2.07.

12 commentaires

  1. Maxime

    Excellent article. Merci beaucoup.
    Peut-être y a t’il un élément de plus à prendre en compte dans la balance entre ces deux moteurs : le lieu de fabrication ? Mais si pour les deux c’est en Chine, ma remarque tombe à l’eau 😉

    • Julien Vaïssette

      Salut Maxime,
      Merci ! C’est une bonne remarque, car on pourrait imaginer que des acteurs européens se spécialisent dans le moteur à induction.
      Pour l’instant, j’ai l’impression qu’il n’y en a pas qui se soit positionné très clairement, mais je sais que quelques européens comme Mahle en produisent.
      Le lieu de fabrication entre donc largement en jeu, et je vais axer ma recherche pour notre prototype sur ce sujet 😉

  2. Olivier L

    Petite correction : Tesla n’a pas complètement abandonné le moteur à induction pour la Model 3. Les versions à double moteur ont un moteur à aimant permanent à l’arrière et un moteur à induction à l’avant qui garde l’avantage du meilleur couple en bas régime et meilleur rendement à haut régime…

    https://www.guillaumedarding.fr/presentation-moteur-tesla-model-3-8025367.html
    https://model-sport.com/blogs/news/fonctionnement-moteur-tesla

    • Julien Vaïssette

      C’est vrai, merci de le préciser Olivier. Je mettrai une note explicative sur le sujet quand j’aurai publié l’article sur les moteurs de Tesla 🙂

  3. Franck

    Excellent article, un de plus ! Pendant la lecture, je me demandais « mais pourquoi Tesla a-t-il abandonné le moteur à induction », et le suspense a pris fin élégamment.
    Je me demande où Renault fabrique ses moteurs à induction et si on peut envisager de les fabriquer en Europe. Ce serait bien, non ?

    • Julien Vaïssette

      Salut Franck,
      Merci pour ton commentaire ! Concernant Renault, je sais que le moteur de leur Twizy est construit par Mahle. J’imagine que c’est le même cas pour la Zoé ? Je pense que je vais les contacter de toute manière, pour équiper notre prototype 🙂

  4. Antoine

    Moi qui m’intéresse depuis longtemps a la mobilité électrique, je n’avais jamais lu quelque chose d’aussi clair sur les différences et les elbeuf des différents moteurs. Bravo

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