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Mobilité électrique | 23 février 2021

Comprendre la puissance d’un moteur électrique

3 min
Si leur conception diffère largement de celle des moteurs à essence ou diesel, les moteurs des véhicules électriques ont néanmoins une gamme de puissances similaire à celle à laquelle les moteurs à combustion nous ont habitués. À quoi correspond cette puissance, comment la mesurer et quel est son impact sur les performances sur route ?
par Renault Group

Que désigne la puissance du moteur d’une voiture ?

En physique, la puissance désigne une quantité d’énergie fournie dans un laps de temps donné. Transposé au secteur de l’industrie automobile, ce terme renvoie à la quantité d’énergie mécanique produite par le moteur, toujours au cours d’une période donnée. La puissance a une incidence sur l’accélération de la voiture, sa capacité de traction (le poids qu’elle est capable de déplacer) et sa capacité à gravir les pentes.

Qu’il s’agisse d’un moteur à combustion ou d’un moteur électrique, la puissance de l’énergie mécanique correspond au produit de la vitesse de rotation (mesurée en tours par minute) par le couple (exprimé en Newtons-mètres (Nm). Le couple désignant la puissance de traction du moteur.

De ce fait, deux moteurs affichant la même puissance peuvent se comporter différemment et procurer des sensations très variables au conducteur. Les performances d’une voiture de sport n’ont rien à voir avec celles d’un gros camion, et ce même si les deux véhicules affichent une puissance moteur équivalente !

Comment mesure-t-on la puissance d’un moteur de voiture électrique ?

Les constructeurs ne peuvent pas se contenter d’annoncer la puissance du moteur : elle est mesurée au cours d’un processus de test, et se traduit par des variations au niveau du couple en fonction de la vitesse de rotation. La valeur retenue par les constructeurs automobiles se rapporte généralement à la puissance maximale mesurée. Elle est exprimée en watts (W) ou, plus généralement, en kilowatts (kW).

Comment déterminer la puissance d’un moteur de voiture électrique ?

Dans le cas d’un système comme celui qu’on trouve dans un véhicule électrique, la puissance mécanique – exprimée en watts (W), kilowatts (kW) ou chevaux (ch) – est calculée en multipliant la vitesse (tr/min) par le couple, l’équivalent rotatif de la force linéaire, mesuré en Newtons-mètres (Nm). Avant de vous lancer dans des calculs savants, vous pouvez effectuer une recherche rapide en ligne : plusieurs sites web calculent la puissance de votre véhicule électrique en kilowatts. Il suffit de saisir sa vitesse et son couple. Vous pouvez également vous référer au manuel d’utilisation du véhicule.

Quel est le rapport entre les kilowatts (kW) et les chevaux (ch)

L’unité « cheval-vapeur » désigne traditionnellement la puissance du moteur d’une voiture. Elle remonte à la fin du XIXe siècle. Cela permet d’exprimer la puissance d’une manière plus concrète, en l’assimilant à une charge de travail que tout le monde peut appréhender. Les chevaux (souvent abrégés en ch) correspondent à la puissance qu’un cheval déploie pour soulever un poids de 75 kg sur une hauteur d’un mètre en une seconde. Dans le système métrique, un cheval équivaut à environ 736 W.

On peut donc indiquer indifféremment la puissance du moteur d’un véhicule électrique en kW ou en ch. Le moteur R135 de la Nouvelle ZOE délivre par exemple une puissance de 100 kW, soit 135 ch, d’où son nom. Elle affiche désormais un couple de 245 Nm, contre 225 Nm pour le moteur R110 qui équipait la ZOE en 2018. Cette amélioration renforce les performances du véhicule électrique dans les situations nécessitant une accélération, par exemple lors d’un dépassement ou d’une insertion sur voie rapide.

Quels sont les facteurs qui déterminent la puissance d’une voiture électrique ?

Le rôle d’un moteur consiste à créer de l’énergie mécanique à partir d’une autre forme d’énergie. Sa puissance découle donc de la capacité maximale d’énergie qu’il est capable de transformer. Dans le cas d’un véhicule électrique, la puissance dépend de la taille de son moteur (son volume) et de la puissance du courant en entrée.

Qu’est-ce que la production d’énergie « utile » pour un moteur électrique ?

La puissance dépend également du rendement, c’est-à-dire du ratio entre la quantité d’électricité fournie en entrée et la quantité d’énergie mécanique transmise en sortie.

Le moteur ne reçoit pas la totalité de l’énergie fournie par le réseau électrique ou la borne de recharge. Une partie peut se perdre à cause de la chaleur ou de frottements. En d’autres termes, l’énergie mécanique qui est véritablement exploitée par le moteur est l’énergie dite « utile ». En divisant la puissance de sortie réelle d’un moteur électrique par la puissance de sortie théorique (correspondant à la puissance en entrée initiale), on obtient le rendement mécanique du moteur.

Ainsi, pour un véhicule électrique, on peut calculer l’énergie « utile » en divisant la puissance de sortie (vitesse x couple) par la puissance en entrée. Le résultat sera exprimé en pourcentage. Cette méthode permet plus globalement de calculer l’efficacité énergétique, grâce à la formule « Efficacité = W/énergie », où W est la quantité d’énergie utile produite par rapport à la quantité de ressources consommées.

L’objectif consiste ensuite à réduire les pertes de puissance pour parvenir à une efficacité énergétique optimale. La majeure partie de l’énergie stockée par la batterie est ainsi pleinement exploitée pour accroître l’autonomie du véhicule électrique. À cet égard, la Nouvelle ZOE est particulièrement performante. Avec une autonomie WLTP* de 395 kilomètres grâce à une batterie de 52 kWh, elle affiche l’un des meilleurs ratios sur le marché des véhicules électriques, tous segments confondus.

Puissance, consommation et autonomie

La puissance maximale n’affecte toutefois pas de manière directe l’autonomie d’un véhicule électrique, car c’est surtout le style de conduite qui impacte la consommation du moteur. Il ne s’agit donc pas de déterminer le moteur de voiture électrique le plus efficient, mais plutôt la manière de conduire la plus efficace. Une accélération brutale entraînera par exemple un pic de consommation d’électricité. Les phases de conduite à vive allure sollicitent également beaucoup la batterie. Plus la vitesse est élevée, plus il faut d’énergie pour la maintenir à ce niveau.
À l’inverse, une conduite souple permet de réduire la consommation instantanée tout en améliorant l’efficacité du freinage par récupération. C’est le principe de l’écoconduite, qui constitue l’un des meilleurs moyens d’accroître l’autonomie d’une voiture électrique.

Comment augmenter la puissance des moteurs électriques ?

Si le « moteur idéal », sans pertes de puissance entre l’entrée et la sortie, n’existe pas (ou en tout cas, seulement en tant que système mécanique hypothétique), certains facteurs permettent d’augmenter la puissance de sortie. Plus un moteur de voiture électrique est efficient, plus il peut absorber de puissance pour créer une énergie mécanique utile au fonctionnement du véhicule.

L’efficacité est le maître mot pour les concepteurs de véhicule électrique. Cette notion s’applique à chaque étape du processus de fabrication : lors du transfert de l’électricité du réseau à la voiture (via une borne de recharge ou sans intermédiaire), de sa conversion du courant alternatif en courant continu, du stockage de l’énergie dans la batterie, de sa reconversion en courant alternatif et enfin de l’efficacité du moteur mécanique en lui-même. En bref, plus un véhicule est efficient, plus il peut mettre à profit la puissance qu’il reçoit, et plus il est rentable pour toutes les parties concernées, du constructeur au conducteur.

Si on les compare à leurs cousins à moteur à combustion, les véhicules électriques sont nettement en tête dans la course à l’efficacité énergétique. Selon l’US Department of Energy, « les véhicules électriques convertissent plus de 77 % de l’énergie électrique fournie par le réseau en puissance au niveau des roues. Les véhicules traditionnels à essence ne convertissent que 12 à 30 % de l’énergie contenue dans le carburant pour propulser les roues ».

 

*WLTP : Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedures. Le cycle WLTP normalisé se compose de 57 % de trajets urbains, 25 % de trajets périurbains et 18 % de trajets sur autoroute.

 

Copyrights : MOUNOURY Jean-Christophe, Renault Marketing 3D-Commerce

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