La demande de Tesla de rare

L'annonce par Tesla de la conception d'un moteur à aimant permanent sans terres rares a stupéfié l'industrie. Quelle technologie pourrait éventuellement rivaliser avec l'aimant le plus puissant du marché ?

Colin Campbell, directeur de l'ingénierie des transmissions chez Tesla, a lancé une bombe lors de la journée des investisseurs de Tesla le 1er mars. "Nous avons conçu notre prochaine unité d'entraînement, qui utilise un moteur à aimant permanent, pour ne pas utiliser du tout d'éléments de terres rares", a-t-il annoncé. Tesla avait précédemment signalé une réduction de 25 % de la teneur en terres rares dans les trains roulants des modèles 3 et Y. D'autres ajustements étaient attendus, mais peu de gens auraient pensé qu'il était possible qu'un moteur à aimant permanent sans terres rares soit proche d'une application commerciale.

Les premiers modèles de Tesla utilisaient un moteur à induction, dans lequel la force magnétique qui fait tourner le rotor est générée par un courant alternatif. Le modèle 3, introduit en 2017, a adopté des moteurs dans lesquels de puissants aimants permanents sont utilisés pour générer le champ magnétique. Les moteurs à aimants permanents (PM) offrent une efficacité et une densité de puissance supérieures. En 2022, plus de 80% du marché des moteurs de véhicules électriques était représenté par des moteurs PM, selon une étude d'IDTechex.

Néanmoins, les constructeurs automobiles souhaitent réduire leur dépendance aux terres rares pour fabriquer des aimants puissants. Beaucoup utilisent encore le puissant alliage de fer, de bore et de néodyme de terres rares (NdFeB). Plus de terres rares peuvent être ajoutées pour affiner ou améliorer les propriétés. L'emprise étroite de la Chine sur l'approvisionnement de ces matériaux est un handicap pour l'industrie automobile, surtout maintenant qu'un fossé se creuse entre Pékin et Washington. La Chine exploite environ les deux tiers de la demande mondiale annuelle de terres rares et raffine un pourcentage encore plus élevé.

De plus, les prix des terres rares sont une préoccupation majeure. Dans le passé, ils ont été soumis à des fluctuations sauvages et à l'avenir, ils pourraient grimper inconfortablement haut alors que le monde pivote vers l'électrification et les sources d'énergie durables telles que les éoliennes, ce qui augmentera la demande d'aimants puissants. "Alors que le monde passe à l'énergie propre, la demande de terres rares augmente vraiment de façon spectaculaire et non seulement il sera un peu difficile de répondre à cette demande, mais l'exploitation des terres rares présente des risques pour l'environnement et la santé", a expliqué Campbell.

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Le problème est physique. Le néodyme et quelques autres terres rares ont des propriétés uniques qui améliorent les propriétés magnétiques du fer. Rien ne peut les remplacer - les aimants permanents aux terres rares sont les meilleurs du marché. D'où la confusion autour de l'annonce de Campbell. Tout ce que Tesla a proposé devrait soit réduire les performances, soit être plus volumineux et plus lourd que le moteur PM que l'entreprise utilise actuellement.

Adamas Intelligence, une société de recherche et de conseil spécialisée dans les métaux et les minéraux, s'attend à ce que le candidat le plus probable pour remplacer le NdFeB dans le moteur de nouvelle génération de Tesla soit l'aimant en ferrite, composé d'oxyde de fer mélangé à divers matériaux céramiques. "C'est un concept qui a fait ses preuves", écrit le cabinet de conseil, citant une conception de moteur présentée il y a quelques mois par le japonais Proterial (anciennement Hitachi Metals).

Mais ce n'est pas "une alternative parfaite". Dans les simulations, le moteur à aimant en ferrite de Proterial correspondait à la sortie et à la vitesse de rotation maximale d'un moteur comparable utilisant des aimants NdFeB, mais avec une pénalité de poids "massive" de 30 %. Une deuxième conception correspondant à la puissance et au poids mais fonctionnant à une vitesse de rotation supérieure de 50 % a entraîné « une réduction matérielle » du couple.

Une option moins probable serait l'aimant en nitrure de fer, dans lequel des atomes d'azote ajoutés induisent des changements dans la structure cristalline du fer, renforçant les propriétés magnétiques. Cette technologie est moins mature que la ferrite, mais Niron Magnetics, une entreprise dérivée de l'Université du Minnesota, affirme qu'elle est sur le point de lancer un produit qui égale les performances des aimants en terres rares à moindre coût. La société s'associe à GM, mais pas à Tesla.

Crédit image principal : Tesla

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