Activité 6 – Moteur synchrone PMSM Renault Mégane E-Tech SITUATION PRO

Ch03 – Moteur électrique | Terminale ICCER | ⏱ 35 min

Dernière mise à jour : 2 juin 2026

Ce que tu vas apprendre :

Comprendre la technologie PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor)
Calculer rendement et autonomie d'un véhicule électrique
Comparer PMSM, asynchrone et CC en application mobilité

🤔 Avant de commencer

Pourquoi 95 % des véhicules électriques modernes utilisent-ils des moteurs synchrones à aimants permanents (PMSM) plutôt que des moteurs asynchrones ?

Le PMSM offre 3-5 % de rendement supplémentaire (95-97 % vs 90-92 % asynchrone). Sur 50 000 km/an, ces 3 % représentent 450 kWh économisés (~70 € + autonomie accrue). De plus, le PMSM est plus compact (densité de couple supérieure) et plus léger. Les Tesla utilisent souvent un moteur asynchrone à l'avant (qui peut être désactivé pour économiser) et un PMSM à l'arrière (rendement). Renault Mégane E-Tech, ID.3, Ioniq 5 : tous PMSM.

Situation – Yasmine, ingénieure VE chez ElecMobility (Flins)

Yasmine, ingénieure chez ElecMobility 78 Flins (sous-traitant Renault), valide les performances du moteur PMSM de la Mégane E-Tech EV60. Elle doit comparer les données constructeur avec mesures banc d'essai.

Document 1 — Plaque moteur Renault Mégane E-Tech EV60

Type : moteur synchrone à aimants permanents (PMSM) – bobinage Hairpin.
Puissance utile : 160 kW (218 ch).
Couple max : 300 N·m de 0 à 4 200 tr/min.
Vitesse max : 11 800 tr/min.
Tension batterie : 400 V DC. Courant max : 440 A.
Rendement moteur : 96 % (point optimal).
Aimants : néodyme-fer-bore (NdFeB), terre rare.

📖 Vocabulaire

PMSM: Permanent Magnet Synchronous Motor. Rotor à aimants néodyme, stator à bobinage triphasé. Synchrone = la rotation est en phase avec le champ tournant.
Hairpin: « Épingle à cheveux » : bobinage à fils plats rigides (vs fil rond traditionnel), meilleur facteur de remplissage (75 % vs 45 %) → moins de pertes Joule.
Néodyme (Nd): Terre rare aux propriétés magnétiques puissantes (densité de flux × 10 vs ferrite). Coût élevé (~50 €/kg), production majoritairement en Chine.

Q1 APP

P_électrique max absorbée par le moteur (en kW) sachant que rendement = 96 %.

P_él = P_utile / η = 160 / 0,96 = 166,7 kW.

Pertes : 6,7 kW dissipés en chaleur (refroidissement liquide obligatoire).

Q2 APP

Vérifier P_él par U·I : P_DC = U × I = 400 × 440.

P_DC = 400 × 440 = 176 000 W = 176 kW.

Légèrement supérieur (pertes onduleur ~10 kW). Cohérent avec 166,7 kW au moteur.

Q3 REA

Calculer la vitesse de rotation à 130 km/h (régime autoroute). Diamètre roue 70 cm, réducteur 1:9,2.

V = 130 km/h = 36,1 m/s. Vitesse roue : n_roue = V/(π·D) = 36,1/(π·0,70) = 16,4 tr/s = 985 tr/min.

Vitesse moteur : n_mot = n_roue × 9,2 = 9 060 tr/min.

Régime soutenu mais sous la limite (11 800 tr/min). Réserve pour pointes.

Q4 REA

Couple à 130 km/h en croisière (P_aéro = 24 kW, vent calme).

ω = 2π·n/60 = 2π·9 060/60 = 948 rad/s.

C = P/ω = 24 000/948 = 25,3 N·m.

Soit 8 % du couple max (300 N·m). Réserve énorme pour les dépassements et montées.

Q5 ANA

Autonomie sur autoroute à 130 km/h. Batterie 60 kWh utile. Conso moyenne 19 kWh/100 km à cette vitesse.

Autonomie = 60 / 19 × 100 = 316 km à 130 km/h.

Annonce WLTP : 450 km (cycle mixte). L'autoroute consomme ~50 % de plus que le cycle WLTP (résistance aérodynamique ∝ v²).

À 110 km/h : ~14 kWh/100 km → autonomie 430 km (gain +35 %).

Q6 ANA

Pertes totales (Joule + magnétiques + mécaniques) à régime continu 24 kW utiles, rendement 95 %.

P_él = P_u/η = 24/0,95 = 25,3 kW.

Pertes = P_él − P_u = 25,3 − 24 = 1,3 kW dissipés.

Répartition typique : 50 % Joule stator (fils chauffent), 30 % magnétiques (hystérésis fer), 20 % mécaniques (roulements + ventilation). Le circuit de refroidissement glycol évacue cette chaleur (température moteur 60-90 °C).

Q7 VAL

Comparaison rendement PMSM vs asynchrone sur 50 000 km/an, conso 16 kWh/100 km (PMSM η = 96 %), asynchrone η = 91 %.

Énergie utile = 50 000/100 × 16 = 8 000 kWh utiles/an.

Énergie PMSM : 8 000/0,96 = 8 333 kWh/an.

Énergie asynchrone : 8 000/0,91 = 8 791 kWh/an.

Surconso asynchrone = 458 kWh/an, soit ~70 €/an.

Sur 10 ans : 700 € + autonomie réelle accrue (= valeur de revente). PMSM justifié malgré coût aimants.

Q8 COM

Note de validation de Yasmine.

Validation moteur PMSM Mégane E-Tech EV60 — Yasmine (ElecMobility 78 Flins)
• P_utile 160 kW, P_él 167 kW (η 96 %). Confirmé sur banc.
• Couple 300 N·m de 0 à 4 200 tr/min. Vitesse max 11 800 tr/min.
• Autonomie 316 km à 130 km/h ; 430 km à 110 km/h (gain +35 %).
• Choix PMSM justifié : +5 pts rendement vs asynchrone = 70 €/an d'élec économisée.

✅ Auto-évaluation

Je comprends ce qu'est un moteur synchrone à aimants permanents. Je calcule C = P / ω. J'utilise η = P_utile / P_électrique pour estimer une autonomie.

Bonus — Pourquoi Tesla utilise-t-il aussi des moteurs asynchrones ?

Les Tesla Model S/X bi-moteurs combinent PMSM (arrière, principal) + asynchrone (avant, secondaire). Pourquoi ?

Le moteur asynchrone n'a pas d'aimants → peut être désexcité quand on n'a pas besoin (autoroute en croisière sur 2 roues motrices arrière). Pas de couple résistant de la part de l'avant.
Le PMSM, lui, a un couple résistant (entraînement des aimants par les roues) même hors fonctionnement.
Donc Tesla joue sur les deux : PMSM pour le rendement principal, asynchrone pour le boost ponctuel et débrayage à 0 W.

Renault, Hyundai, VW préfèrent le PMSM partout pour la simplicité d'industrialisation.

À retenir

PMSM = moteur synchrone à aimants permanents. Rendement 95-97 %. Standard VE.
C = P / ω. Vitesse = 2π·n (avec n en tr/s).
Conso VE ∝ v² (résistance aéro). 110 km/h = +35 % d'autonomie vs 130.
Aimants néodyme = terre rare = enjeu géopolitique (Chine).

📚 §III et VI (synchrone vs asynchrone) de la leçon Ch03.