Maximiser l’efficacité énergétique avec les moteurs électriques

Les moteurs électriques constituent le moteur du monde industriel, convertissant efficacement l’énergie électrique en puissance mécanique. De nombreux secteurs critiques utilisent des moteurs électriques, notamment les secteurs industriel, commercial, résidentiel, agricole et des transports.

Il n’est donc pas surprenant que les systèmes à moteur électrique consomment actuellement 50 % de l’énergie électrique totale dans le monde et 70 % de l’énergie électrique utilisée dans les industries (6 000 000 milliards de watts par heure).1

L’augmentation des activités industrielles dans les économies en développement comme l’Inde, la Chine et bien d’autres poussera encore plus loin l’utilisation des moteurs. La croissance mondiale des systèmes à moteur électrique devrait doubler d’ici 2040.

La part de marché croissante des véhicules électriques dans les pays développés et la forte demande de chauffage et de refroidissement de la population croissante des pays en développement stimulent cette croissance.

Un système entraîné par un moteur électrique (EMDS) se compose généralement d'un moteur électrique et d'un dispositif d'utilisateur final : ventilateur, pompe, compresseur, etc. De plus en plus, les dispositifs de contrôle de la puissance d'entrée et de la vitesse/couple appelés entraînements à vitesse variable (VSD) sont également devenir des éléments essentiels de l’EMDS.

La puissance de sortie varie d'une fraction de kilowatt (kW) à des milliers de kW. Les industries chimiques, papetières, agroalimentaires, métallurgiques et textiles utilisent largement des moteurs électriques pour pomper, comprimer, faire tourner des ventilateurs, manipuler, transporter et traiter des matériaux. De plus, divers appareils électroménagers utilisent des moteurs électriques dans les secteurs commercial et résidentiel, depuis les brosses à dents électriques domestiques jusqu'aux grands systèmes de climatisation des bâtiments commerciaux.

Dans le secteur résidentiel, les moteurs électriques utilisés dans les réfrigérateurs, les machines à laver, les climatiseurs et divers types de ventilateurs d'extraction (dont le petit ventilateur du disque dur de l'ordinateur) consomment la majeure partie de l'énergie électrique domestique. La pompe d'irrigation, les véhicules et appareils agricoles électrifiés utilisent également des moteurs électriques. Dans le secteur des transports, les trains électriques, les véhicules électriques, les drones, les navires et les avions électriques émergents utilisent des moteurs électriques.

La plupart des moteurs électriques sont des appareils rotatifs ; la puissance mécanique convertie est disponible sous forme de couple (force de rotation) au niveau de l'arbre du moteur pour effectuer les tâches précieuses de pompage, de rotation d'un ventilateur ou d'entraînement des roues d'une voiture. L'interaction entre le champ magnétique et le courant électrique produit un couple dans un moteur électrique.

Une alimentation CC (courant continu) ou CA (courant alternatif) alimente un moteur électrique. Si un moteur électrique convertit l’énergie mécanique en énergie électrique, il devient un générateur et, par conséquent, au niveau de la conception de base, un moteur et un générateur sont identiques.

Les moteurs électriques peuvent être classés en fonction de leur construction, de leur alimentation et du type de mouvement de sortie. Cependant, le rendement de tous les moteurs est calculé en divisant la puissance de sortie mécanique par la puissance d'entrée électrique, et la puissance d'entrée moins les pertes donne la puissance de sortie.

Les pertes du moteur sont classées en perte de cuivre (perte de chaleur des enroulements porteurs de courant), perte de fer (perte de chaleur du noyau de fer), perte mécanique (frottement dans les pièces mobiles) et perte parasite ou excessive (pertes non comptabilisées qui se produisent dans un moteur chargé). Les matériaux de qualité supérieure, l'optimisation de la conception et les approches de conception orientées vers les applications peuvent conduire à une efficacité pouvant atteindre 99 %.

L’efficacité énergétique est l’un des moyens les plus rentables de réduire les émissions de CO2 liées à l’énergie et de compenser la croissance de la demande énergétique grâce aux économies réalisées grâce aux gains d’efficacité. Un rapport de l’AIE (Agence internationale de l’énergie) de 2022 sur l’efficacité énergétique a révélé que les mesures d’économie d’énergie accumulées grâce à l’efficacité ont maintenu la demande énergétique de nombreux pays développés à un niveau stable malgré la forte activité économique des dernières décennies.2

Étant donné que le secteur de l’électricité émet un tiers du CO2 mondial lié à l’énergie, l’efficacité énergétique jouera un rôle important dans l’atteinte du zéro net.3

Les avantages des normes minimales de performance énergétique (MEPS) dans les moteurs électriques ont été réalisés en 2008, ce qui a conduit à l'approbation de la norme CEI 60034-30 (Comité électrotechnique international) pour harmoniser les classes d'efficacité des moteurs électriques à l'échelle mondiale.