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Vers des moteurs sur mesure

GUIDE RÉALISÉ PAR MATHILDE FONTEZ
Vers des moteurs sur mesure

Moteur installé sur un broyeur à papier au Brésil. Pour Weg, l'industrie du papier est l'un des premiers champs d'application.

© D.R.

- Les moteurs électriques sont en première ligne pour réduire la facture énergétique.

Pompes, ventilateurs, compresseurs, machines à papier, mixeurs, mélangeurs, robotique... la liste est interminable. Le moteur est à l'industrie ce que le pain est à la gastronomie française : indispensable. Il est présent à tous les stades, depuis la fabrication du produit jusqu'à son transport. Ce n'est pas pour autant un produit basique. Même si le moteur considéré comme standard, le moteur courant alternatif à induction, reste largement majoritaire sur le marché, la tendance est clairement à la sophistication, voire aux solutions sur mesure.

Plus de 96 % des ventes en Europe

Les grandes familles de moteurs restent définies par leur mode d'alimentation : courant continu ou courant alternatif. Le moteur à courant continu est indubitablement en déclin. « Il s'agit une technologie ancienne, très lourde en termes de maintenance. La plupart des ventes correspondent à des remplacements plutôt qu'à de nouvelles installations », explique Philippe Faye, de Leroy-Somer. Sa place se réduit au profit des technologies asynchrones qui se font la part belle sur le marché, avec plus de 96 % des ventes en Europe en 2003 d'après un rapport de l'Energy Using Product. Et parmi elles, le moteur à courant alternatif asynchrone triphasé, le moteur classique par excellence, représentait 87 % des ventes en 2006 en Europe. Ce type de moteur se décline sur des quantités de gammes selon les contraintes de l'utilisateur : les moteurs compacts, qui nécessitent des systèmes de refroidissement à l'eau, les moteurs antidéflagrants, antipoussières, étanches, les moteurs légers, en aluminium pour la ventilation, etc. Les normes de sécurité imposées par l'Union européenne, comme la norme Atex sur les atmosphères explosives obligatoire depuis 2003 dans la communauté européenne, sont des contraintes fortes dans le secteur. Mais loin d'avoir un impact négatif, elles favorisent l'innovation. « Sur ces segments de marché, les taux de croissance sont élevés », confirme Philippe Faye, chez Leroy-Somer.

Garantie d'un retour sur investissement rapide

Parmi les innovations, les solutions à aimants permanents rencontrent un vif succès. Leur atout est notamment de garantir un très fort couple pour les applications qui nécessitent des vitesses basses. Jusque-là, les faibles vitesses engendrant une baisse du couple et une perte de puissance, ces applications nécessitaient l'adjonction d'un réducteur pour y remédier. « Avec les moteurs à aimants permanents, plus besoin de réducteur ; on gagne de la place et on diminue les pertes d'énergie », explique Régis Buchmann, d'ABB.

Résultat, même si le coût est plus élevé à l'achat, les constructeurs assurent un retour d'investissement très rapide. Pour la solution Dyneo de Leroy-Somer, qui allie la technologie à aimant permanent à la vitesse variable, le retour sur investissement est, la plupart du temps, de l'ordre de douze mois par rapport à un équipement traditionnel. Sans oublier une maintenance facilitée.

Comme dans de nombreux autres domaines, les économies d'énergies sont dans le collimateur des fabricants de moteurs. La raison est simple, le coût de l'achat représente moins de 5 % du coût total d'utilisation d'un moteur. Les constructeurs proposent donc des solutions "vertes". Ils prônent ainsi les moteurs à haut rendement et les solutions à vitesse variable. Selon une évaluation de Leroy-Somer, pour qui la vitesse variable représente 30 % des ventes, « on peut économiser 10 % d'énergie avec un moteur à vitesse fixe à haut rendement, 30 % avec un moteur à vitesse variable et, enfin, 60 % avec l'intégration du moteur dans la machine ».

Réguler la vitesse pour ajuster la productivité

L'intérêt de cette solution diffère selon les applications : la vitesse variable est plus adaptée pour le process, mais pour le pompage, la vitesse fixe reste majoritaire. Les compresseurs, eux, gagnent énormément à être équipés de vitesse variable. En faisant varier la vitesse, on fait en effet varier le débit et l'on augmente par là la productivité. Dans le domaine de la ventilation, la régulation de la vitesse permettrait d'ajuster la consommation en fonction des besoins, par exemple pour la réduire à son minimum durant la nuit.

« Le moteur asynchrone basique est la solution pour des applications du type entraînement ou convoyage. Mais dès qu'il y a des changements de cadence, le variateur devient rentable, malgré son coût à l'achat », résume Bernard Claud, de Siemens.

Des moteurs adaptés et customisés

Reste que la plupart des constructeurs ne systématisent pas les solutions à aimant permanent ou à vitesse variable. En revanche, ils proposent à leurs clients des études complètes, avec calculs de rendements, etc. « Aujourd'hui, les utilisateurs ne demandent plus seulement des moteurs, mais des solutions complètes, par exemple un moteur avec son variateur. Ils viennent avec une problématique. À nous de leur proposer une solution », détaille-t-on chez Oriental Motor.

Moteurs "customisés", moteurs "adaptés"... Chaque constructeur a son terme propre pour désigner ces solutions sur mesure, complètement adaptées aux besoins des clients. Ils tiennent compte, non seulement des besoins basiques comme la puissance, mais aussi du positionnement du moteur sur la chaîne. Moins il y a d'éléments sur la chaîne cinématique, moins il y a de pertes d'énergie. Cette règle s'érige en commandement quand il s'agit de moteurs. Les transmissions induisant systématiquement des pertes de rendement, on peut améliorer largement le système en les remplaçant par des accouplements directs, sans organes de transmission, en supprimant une poulie, un multiplicateur de vitesse... Ainsi, environ la moitié des moteurs qui sont vendus par Leroy-Somer sont "adaptés".

Après les économies sur le personnel, sur les investissements et les achats, pour gagner en compétitivité, les entreprises cherchent à économiser sur leur outil de production. Mais pas au détriment de la qualité ! « Et l'une des premières dépenses, qui sera amenée à augmenter et, en plus, que les entreprises ne peuvent contrôler, est l'énergie, rappelle Régis Buchmann. Pour un gain à court terme, avec un achat à bas prix, l'entreprise paiera plus cher en utilisation et en maintenance. »

L'ESSENTIEL

- Ils visent le haut rendement. - La baisse de la consommation électrique est d'actualité, via la généralisation de la vitesse variable. - Des solutions complètes adaptées au client se développent : moteur, variateur, intégration dans la chaîne.

MARCHÉ2 075 millions d'euros

C'est le chiffre d'affaires prévu pour 2009 de la vente de moteurs pour les pays de l'Union européenne. Après 1 925 millions d'euros en 2005, 1 950 en 2006... le marché du moteur peut espérer une croissance, avec une demande en Europe fortement tirée par l'exportation et la demande des pays d'Europe de l'Est.

LES CRITÈRES DE CHOIXCOMMENT CHOISIR LA BONNE TECHNOLOGIE ?

- Le besoin primaire Quelle puissance, quelle vitesse de rotation, quelle formation de montage (à patte ou à bride, horizontal ou vertical...) ? - Le besoin en fiabilité Il dépend de l'application : s'agit-il d'un produit crucial ? Va-t-il fonctionner 24 heures/24 ? - L'environnement Le moteur sera-t-il installé dans une atmosphère explosive, poussiéreuse ? Y aura-t-il évacuation de fumées ? - Le coût d'utilisation Le coût d'achat d'un moteur représente moins de 5 % de son coût total. Le gros de la facture sera l'énergie. Il est donc primordial de mener une véritable étude de rentabilité.

LES FAMILLES

1. Très basse tension Pour des moteurs à courant alternatif, cela correspond à une tension inférieure à 50 V. Pour un moteur à courant continu, à une tension inférieure à 120 V.2. Haute tension Pour des moteurs à courant alternatif, cela correspond à une tension supérieure à 1 000 V. Pour un moteur de courant continu, à une tension supérieure à 1 500 V.

1. Moteurs à courant continu L'avantage principal des machines à courant continu repose sur leur raccordement direct à la source d'énergie : batteries d'accumulateurs, piles, etc. Mais elles ont un défaut de taille qui réside dans l'ensemble balais-collecteur rotatif qui s'use et consomme de l'énergie. Ce type de moteur est progressivement abandonné au profit des moteurs à aimant permanent.

2. Moteur "brushless" à aimant permanent Il s'agit d'un moteur synchrone, dont le rotor est constitué d'un ou de plusieurs aimants permanents. Vu de l'extérieur, il fonctionne en courant continu. Son appellation "brushless" vient du fait que ce type de moteur ne contient aucun balai.

3. Moteur à courant alternatif Les moteurs asynchrones. La machine asynchrone a longtemps été fortement concurrencée par la machine synchrone dans les domaines de forte puissance, jusqu'à l'avènement de l'électronique de puissance. Au-delà de quelques kilowatts, les moteurs asynchrones sont uniquement alimentés par des systèmes de courants triphasés. Les moteurs synchrones. Comme le nom l'indique, la vitesse de rotation de ces machines est toujours proportionnelle à la fréquence des courants qui les traversent. Ce type de machine peut être utilisé pour relever le facteur de puissance d'une installation. Moteurs linéaires. Un moteur linéaire est essentiellement un moteur électrique qui aurait été déroulé de sorte qu'au lieu de produire une rotation, il produise une force linéaire sur sa longueur en installant un champ électromagnétique de déplacement.

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