L’invention du moteur synchrone par Nikola Tesla

imagette-retailleeL’immense apport de Tesla à la science et à la technique ne pouvait sans doute être mieux illustré, à l’occasion du 70e anniversaire de sa mort, que par la présentation d’un de ses nombreux brevets – ici celui du moteur synchrone. Déposé en 1887, il s’inscrit dans une longue série de contributions majeures de Tesla au développement de l’électricité à usage industriel et domestique.

C’est, d’abord, son invention de la distribution du courant alternatif. Le courant continu (prôné par son rival Edison) ne pouvait être acheminé efficacement sur de grandes distances à cause des pertes dues à la résistance des câbles conducteurs. Pour pouvoir transporter l’électricité sur de longues distances (à puissance P = UI constante), il faut augmenter la tension U (pour diminuer les pertes en ligne, proportionnelles au carré de l’intensité I) ; puis, une fois le courant arrivé aux lieux d’utilisation, rabaisser la tension aux valeurs d’utilisation des appareils et moteurs. La technologie de l’époque ne permettait pas d’élever ou abaisser la tension d’un courant continu, alors que c’était possible pour le courant alternatif par l’intermédiaire du transformateur. Manquait toutefois un élément essentiel à la complétion du circuit de distribution : le moteur électrique à courant alternatif, aux lieux de consommation, ou le générateur, au lieu de production. C’est ce moteur/générateur (fonction réversible) à courant alternatif que Tesla invente.

Le brevet présenté ici est celui du moteur synchrone : deux courants alternatifs déphasés de 90° (ou des courants triphasés, i.e. décalés de 120°) circulant dans des bobines perpendiculaires créent un champ magnétique tournant au centre de ces bobines. Un électroaimant (c’est-à-dire un conducteur rendu magnétique par un courant électrique) placé dans ce champ tournant, et relié par un arbre aux éléments mécaniques à mouvoir, va tourner à la même vitesse angulaire que le champ, et ce quelle que soit le couple mécanique résistant des éléments qu’il meut (le fonctionnement moteur vise à transformer une énergie électrique, celle des courants alternatifs, en une énergie mécanique, celle des éléments mus).

L’avantage du moteur synchrone est sa vitesse de rotation constante, indépendante (dans certaines limites de fonctionnement) de la charge mécanique qu’il a à mouvoir. Ses inconvénients sont un démarrage compliqué – il doit être entraîné par un moteur auxiliaire afin de le ramener à la vitesse de rotation de synchronisation –, ainsi que le risque de comportement instable si le couple résistant dépasse la valeur critique. Les moteurs synchrones de petite puissance trouvent des applications dans les domaines où une vitesse constante de rotation est nécessaire : horloges électriques, bandes de transports des chaînes de fabrication, moteurs pour les robots industriels. Les moteurs de grande puissance sont utilisés pour la traction mécanique, en particulier celui du TGV.

Tesla déposera aussi un brevet de moteur asynchrone. Celui-ci, à la différence du moteur synchrone, démarre facilement et de manière indépendante. Il a une grande plage d’adaptabilité aux charges mécaniques et est donc très utilisé pour entraîner les machines-outils, les appareils électroménagers ou les véhicules électriques. Il est également utilisé pour démarrer les moteurs synchrones de grande puissance.

Une immense majorité des appareils et outils électriques contemporains utilisent le moteur synchrone ou asynchrone à courants alternatifs imaginé par Tesla.

L’analyse est réalisée par Ilarion Pavel


Vous aimerez aussi...

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *