En raison de problèmes liés à la chaîne d'approvisionnement et à l'environnement, le département des groupes motopropulseurs de Tesla travaille dur pour supprimer les aimants en terres rares des moteurs et recherche des solutions alternatives.
Tesla n'a pas encore inventé de matériau magnétique complètement nouveau, il pourrait donc se contenter de la technologie existante, en utilisant très probablement de la ferrite bon marché et facile à fabriquer.
En positionnant soigneusement les aimants en ferrite et en ajustant d'autres aspects de la conception du moteur, de nombreux indicateurs de performance deterres raresLes moteurs d'entraînement peuvent être reproduits. Dans ce cas, le poids du moteur n'augmente que d'environ 30 %, ce qui peut représenter une légère différence par rapport au poids total de la voiture.
4. Les nouveaux matériaux magnétiques doivent avoir les trois caractéristiques de base suivantes : 1) ils doivent avoir du magnétisme ; 2) continuer à maintenir le magnétisme en présence d'autres champs magnétiques ; 3) pouvoir résister à des températures élevées.
Selon Tencent Technology News, le constructeur de véhicules électriques Tesla a déclaré que les éléments de terres rares ne seraient plus utilisés dans les moteurs de ses voitures, ce qui signifie que les ingénieurs de Tesla devront laisser libre cours à leur créativité pour trouver des solutions alternatives.
Le mois dernier, Elon Musk a dévoilé la « troisième partie du plan directeur » lors de la Journée des investisseurs de Tesla. Parmi ces éléments, un détail a fait sensation dans le monde de la physique. Colin Campbell, cadre supérieur du département des groupes motopropulseurs de Tesla, a annoncé que son équipe retirait les aimants en terres rares des moteurs en raison de problèmes d'approvisionnement et de l'impact négatif important de leur production.
Pour atteindre cet objectif, Campbell a présenté deux diapositives présentant trois matériaux mystérieux, astucieusement nommés « terres rares 1 », « terres rares 2 » et « terres rares 3 ». La première diapositive illustre la situation actuelle de Tesla, où la quantité de terres rares utilisée dans chaque véhicule varie d'un demi-kilogramme à 10 grammes. Sur la deuxième diapositive, l'utilisation de tous les éléments de terres rares a été réduite à zéro.
Pour les magnétologues qui étudient le pouvoir magique généré par le mouvement électronique de certains matériaux, la terre rare 1 est facilement identifiable : il s’agit du néodyme. Associé à des éléments courants comme le fer et le bore, ce métal peut contribuer à créer un champ magnétique puissant et permanent. Mais peu de matériaux possèdent cette propriété, et encore moins de terres rares génèrent des champs magnétiques capables de déplacer des voitures Tesla de plus de 2 000 kilogrammes, ainsi que bien d’autres objets, des robots industriels aux avions de chasse. Si Tesla envisage de supprimer le néodyme et les autres terres rares de son moteur, quel aimant utilisera-t-il à la place ?
Pour les physiciens, une chose est sûre : Tesla n'a pas inventé un matériau magnétique totalement nouveau. Andy Blackburn, vice-président exécutif de la stratégie chez NIron Magnets, a déclaré : « Dans plus de 100 ans, nous n'aurons peut-être que peu d'occasions d'acquérir de nouveaux aimants commerciaux. » NIron Magnets est l'une des rares startups à tenter de saisir cette opportunité.
Blackburn et d'autres pensent qu'il est plus probable que Tesla ait opté pour un aimant beaucoup moins puissant. Parmi les nombreuses possibilités, la plus évidente est la ferrite : une céramique composée de fer et d'oxygène, mélangés à une petite quantité de métal comme le strontium. Elle est à la fois économique et facile à fabriquer, et depuis les années 1950, les portes de réfrigérateurs du monde entier sont fabriquées de cette manière.
Mais en termes de volume, le magnétisme de la ferrite n'est que dix fois inférieur à celui des aimants en néodyme, ce qui soulève de nouvelles questions. Elon Musk, PDG de Tesla, a toujours été connu pour son intransigeance, mais si Tesla veut passer à la ferrite, il semble que certaines concessions doivent être faites.
On pourrait croire que les batteries sont la source d'énergie des véhicules électriques, mais en réalité, c'est la force électromagnétique qui les propulse. Ce n'est pas un hasard si la société Tesla et l'unité magnétique « Tesla » portent le même nom. Lorsque des électrons traversent les bobines d'un moteur, ils génèrent un champ électromagnétique qui exerce une force magnétique opposée, entraînant la rotation de l'arbre du moteur avec les roues.
Pour les roues arrière des voitures Tesla, ces forces sont fournies par des moteurs à aimants permanents, un matériau étrange doté d'un champ magnétique stable et sans courant, grâce à la rotation intelligente des électrons autour des atomes. Tesla a commencé à intégrer ces aimants aux voitures il y a environ cinq ans seulement, afin d'augmenter l'autonomie et le couple sans changer la batterie. Auparavant, l'entreprise utilisait des moteurs à induction fabriqués autour d'électroaimants, qui génèrent du magnétisme en consommant de l'électricité. Les modèles équipés de moteurs avant utilisent toujours ce mode.
La décision de Tesla d'abandonner les terres rares et les aimants paraît quelque peu étrange. Les constructeurs automobiles sont souvent obsédés par l'efficacité, notamment dans le cas des véhicules électriques, où ils tentent encore de convaincre les conducteurs de surmonter leur peur de l'autonomie. Mais à mesure que les constructeurs automobiles commencent à étendre la production de véhicules électriques, de nombreux projets auparavant jugés trop inefficaces refont surface.
Cela a incité les constructeurs automobiles, dont Tesla, à produire davantage de véhicules équipés de batteries lithium-fer-phosphate (LFP). Comparées aux batteries contenant des éléments comme le cobalt et le nickel, ces modèles ont souvent une autonomie plus courte. Il s'agit d'une technologie plus ancienne, plus lourde et avec une capacité de stockage plus faible. Actuellement, la Model 3, alimentée par une batterie basse vitesse, affiche une autonomie d'environ 438 kilomètres, tandis que la Model S, équipée de batteries plus performantes, peut atteindre 640 kilomètres. Cependant, l'utilisation de batteries lithium-fer-phosphate pourrait s'avérer un choix économique plus judicieux, car elle évite l'utilisation de matériaux plus coûteux, voire politiquement risqués.
Cependant, il est peu probable que Tesla remplace simplement les aimants par un matériau moins performant, comme la ferrite, sans apporter d'autres modifications. Alaina Vishna, physicienne à l'Université d'Uppsala, a déclaré : « Vous transporterez un aimant énorme dans votre voiture. Heureusement, les moteurs électriques sont des machines assez complexes, dont de nombreux autres composants peuvent théoriquement être réorganisés pour réduire l'impact de l'utilisation d'aimants plus faibles. »
Grâce à des modèles informatiques, l'entreprise de matériaux Proterial a récemment déterminé que de nombreux indicateurs de performance des moteurs à base de terres rares peuvent être reproduits en positionnant soigneusement les aimants en ferrite et en ajustant d'autres aspects de la conception du moteur. Dans ce cas, le poids du moteur n'augmente que d'environ 30 %, ce qui peut représenter une légère différence par rapport au poids total du véhicule.
Malgré ces difficultés, les constructeurs automobiles ont encore de nombreuses raisons d'abandonner les terres rares, à condition qu'ils puissent le faire. La valeur du marché des terres rares dans son ensemble est similaire à celle du marché des œufs aux États-Unis, et théoriquement, les terres rares peuvent être extraites, traitées et transformées en aimants dans le monde entier. Mais en réalité, ces procédés présentent de nombreux défis.
Thomas Krumer, analyste minéral et blogueur populaire spécialisé dans l'observation des terres rares, a déclaré : « Il s'agit d'une industrie de 10 milliards de dollars, mais la valeur des produits créés chaque année varie entre 2 000 et 3 000 milliards de dollars, ce qui représente un levier considérable. Il en va de même pour les voitures. Même si elles ne contiennent que quelques kilogrammes de cette substance, leur suppression signifie qu'elles ne pourront plus rouler, à moins de repenser entièrement le moteur. »
Les États-Unis et l'Europe tentent de diversifier cette chaîne d'approvisionnement. Les mines de terres rares de Californie, fermées au début du XXIe siècle, ont récemment rouvert et fournissent actuellement 15 % des ressources mondiales en terres rares. Aux États-Unis, les agences gouvernementales (notamment le ministère de la Défense) doivent fournir des aimants puissants pour des équipements tels que des avions et des satellites, et elles sont enthousiastes à l'idée d'investir dans les chaînes d'approvisionnement nationales et dans des régions comme le Japon et l'Europe. Cependant, compte tenu du coût, de la technologie requise et des enjeux environnementaux, ce processus est lent et peut durer plusieurs années, voire plusieurs décennies.
Date de publication : 11 mai 2023