Comment fonctionnent les moteurs de voiture (pour les enfants !)

Que sont les moteurs thermiques et les moteurs électriques ?

Les moteurs thermiques et les moteurs électriques peuvent sembler compliqués, mais leur définition est simple : ce sont des machines qui transforment l'énergie en mouvement. C'est tout ! Il existe de nombreux types de moteurs thermiques et électriques, mais tous utilisent une forme d'énergie pour déplacer des choses.

Quelle est la différence entre un moteur thermique et un moteur électrique ?

Les mots « moteur » (engine) et « motor » (motor) peuvent être utilisés de manière interchangeable en anglais. Cependant, techniquement, il y a une différence !

Les moteurs thermiques utilisent la chaleur pour générer du mouvement. Ils convertissent le carburant provenant de sources comme l'essence, le diesel ou le charbon en énergie. Les machines à vapeur et le moteur à combustion interne en sont d'excellents exemples ! Les machines à vapeur ont été fabriquées à partir des années 1800 et étaient utilisées pour propulser les premières voitures, les trains et les navires jusqu'aux années 1960. Elles utilisaient du charbon comme carburant, ce qui était très lourd et nécessitait beaucoup de main-d'œuvre. Au fil du temps, les machines à vapeur ont été remplacées par des moteurs à combustion interne, qui utilisent de l'essence ou du diesel et sont plus économes en énergie.

Les moteurs électriques utilisent l'électricité pour créer des champs magnétiques qui génèrent du mouvement. Contrairement aux moteurs thermiques, les moteurs électriques n'ont pas besoin de carburant comme l'essence, le diesel ou le charbon, car ils convertissent l'énergie électrique en énergie mécanique. Nous ne pensons généralement pas beaucoup aux moteurs électriques, mais vous en avez presque certainement un chez vous ! Les moteurs électriques alimentent les machines à laver, les mixeurs et même les voitures télécommandées ! De nos jours, des moteurs plus puissants avec des champs magnétiques plus intenses sont utilisés dans les véhicules électriques, les trains et les métros.

Comment fonctionne un moteur à combustion interne ?

Le moteur à combustion interne alimente une grande partie de nos activités quotidiennes, du véhicule familial qui vous emmène à l'entraînement de football ou aux leçons de musique, aux camions qui transportent nos aliments de la ferme aux rayons des supermarchés. Alors, comment fonctionne-t-il exactement ? Comme son nom l'indique, le moteur à combustion interne crée de l'énergie en brûlant ou en faisant exploser du carburant à l'intérieur d'un cylindre. Ce processus se déroule en 4 parties ou « temps ».

Avant de nous plonger dans le fonctionnement de ce cycle, nous devons connaître quelques pièces du moteur : le piston et le vilebrequin. En termes simples, le vilebrequin tourne pour faire passer le moteur à travers les différents temps, et le piston monte et descend pour ouvrir et fermer les soupapes.

1. Le temps d'admission : Dans cette première partie du cycle, le vilebrequin déplace le piston pour ouvrir la soupape d'admission. Cela permet à une petite quantité d'essence et à beaucoup d'air d'entrer dans le cylindre.
2. Le temps de compression : Ici, le piston se déplace à nouveau pour comprimer l'air et l'essence.
3. Le temps de combustion : Une fois le contenu du cylindre comprimé, le moteur produit une étincelle et l'essence explose, faisant redescendre le piston.
4. Le temps d'échappement : Enfin, le piston se déplace à nouveau et ouvre la soupape d'échappement afin que les gaz d'échappement puissent s'échapper par le tuyau d'échappement.

Et c'est tout ! Une fois que le moteur a terminé les quatre temps, il revient à la première étape et répète le cycle encore et encore, créant le mouvement qui nous emmène du point A au point B.

Comment fonctionne un moteur électrique ?

De la route au comptoir de la cuisine, les moteurs électriques sont partout si vous regardez de plus près. Les moteurs électriques existent en différentes tailles, mais au fond, ils utilisent tous des aimants pour créer du mouvement !

Il existe deux types de courants électriques qui alimentent les moteurs électriques. Les petits moteurs, comme ceux que l'on trouve dans les appareils de cuisine courants, utilisent le courant continu (CC), tandis que les moteurs électriques plus puissants, comme ceux utilisés pour propulser les voitures, utilisent le courant alternatif (CA). Comme son nom l'indique, le courant continu circule dans une seule direction tandis que le courant alternatif se déplace d'avant en arrière, ce qui le rend plus puissant.

Le type de moteur le plus courant utilisé aujourd'hui pour propulser les voitures électriques est appelé moteur asynchrone (ou à induction). Pour comprendre comment fonctionne un moteur électrique, examinons de plus près les pièces qui se trouvent sous le capot :

• Port de charge : C'est là que le courant électrique entre dans le véhicule lorsqu'il est branché à une borne de recharge. Les propriétaires de véhicules électriques peuvent avoir une borne de recharge directement chez eux ou se rendre à une borne de recharge commerciale à proximité. Saviez-vous qu'une prise de courant standard peut recharger une voiture électrique entière pendant la nuit ? Une fois que le port de charge reçoit le courant électrique du réseau, il est envoyé à la batterie de traction.
• Onduleur : Mais attendez ! Le courant électrique ne va pas directement du port de charge à la batterie. Il doit d'abord passer par une étape importante. Une fois que le conducteur branche sa voiture pour la recharger, le courant électrique est sous forme de courant continu (CC). Le rôle de l'onduleur est de convertir le courant continu en courant alternatif (CA).
• Batterie de traction : Le rôle de la batterie est assez simple : stocker l'énergie reçue de l'onduleur. Les véhicules électriques sur la route aujourd'hui utilisent presque toujours une batterie lithium-ion.
• Moteur de traction électrique : Enfin, le moteur de traction tire le courant alternatif de la batterie pour commencer à fonctionner ! Les véhicules électriques d'aujourd'hui utilisent un type de moteur appelé moteur à induction triphasé à courant alternatif. Cela signifie qu'ils utilisent trois ondes de courant électrique alternatif en même temps. Il y a trois parties principales d'un moteur électrique à courant alternatif : le stator, le rotor et la cage d'écureuil (elle s'appelle ainsi parce qu'elle ressemble à une roue de hamster géante !). À l'extérieur, le moteur ressemble à un long tambour ou cylindre, creux à l'intérieur. Le stator est fixe, ce qui signifie qu'il ne bouge pas. Le rotor tourne à l'intérieur du stator sur un arbre dans la cage d'écureuil. Pour faire tourner le rotor, les deux composants ont des électroaimants disposés en polarité inversée.

Pour comprendre comment le stator fait tourner le rotor, jetons un coup d'œil rapide au fonctionnement des aimants. Chaque aimant a un pôle nord et un pôle sud. Lorsqu'ils sont placés l'un à côté de l'autre, deux pôles opposés s'attirent (nord/sud) tandis que deux pôles similaires se repoussent (nord/nord, sud/sud).

Le stator reçoit l'alimentation CA du bloc-batterie, ce qui active ses aimants. Cela active à son tour les aimants du rotor, car leurs pôles opposés s'attirent. L'attraction des pôles magnétiques opposés entre le stator et le rotor fait que le rotor commence à tourner à l'intérieur de la cage d'écureuil. Cette rotation à grande vitesse crée un champ magnétique puissant et un couple qui propulse les véhicules électriques partout où ils doivent aller !

Et voilà ! Les moteurs thermiques et électriques alimentent tellement de choses autour de nous – des simples appareils de cuisine aux véhicules grands et petits.