En raison de problèmes de chaîne d'approvisionnement et d'environnement, le département du groupe motopropulseur de Tesla travaille dur pour supprimer les aimants de terres rares des moteurs et recherche des solutions alternatives.
Tesla n'a pas encore inventé un matériau magnétique complètement nouveau, il se peut donc qu'il se contente de la technologie existante, très probablement en utilisant 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 petite 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) Peut 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 ses moteurs de voiture, 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 publié la « troisième partie du plan directeur » lors de l’événement Tesla Investor Day.Parmi eux, il y a un petit détail qui a fait sensation dans le domaine de la physique.Colin Campbell, cadre supérieur du département des groupes motopropulseurs de Tesla, a annoncé que son équipe supprimait les aimants de terres rares des moteurs en raison de problèmes de chaîne d'approvisionnement et de l'impact négatif important de la production d'aimants de terres rares.
Pour atteindre cet objectif, Campbell a présenté deux diapositives impliquant trois matériaux mystérieux intelligemment étiquetés comme terres rares 1, terres rares 2 et terres rares 3. La première diapositive représente la situation actuelle de Tesla, où la quantité de terres rares utilisée par l'entreprise dans chaque véhicule varie d'un demi-kilogramme à 10 grammes.Sur la deuxième diapositive, l’utilisation de tous les éléments des terres rares a été réduite à zéro.
Pour les magnétologues qui étudient le pouvoir magique généré par le mouvement électronique dans certains matériaux, l'identité de la terre rare 1 est facilement reconnaissable, qui est le néodyme.Lorsqu’il est ajouté à des éléments courants tels que le fer et le bore, ce métal peut contribuer à créer un champ magnétique puissant et toujours actif.Mais peu de matériaux ont cette qualité, et encore moins d'éléments de terres rares génèrent des champs magnétiques capables de déplacer des voitures Tesla pesant plus de 2 000 kilogrammes, ainsi que bien d'autres objets, des robots industriels aux avions de combat.Si Tesla envisage de supprimer le néodyme et d’autres éléments de terres rares du moteur, quel aimant utilisera-t-il à la place ?
Pour les physiciens, une chose est sûre : Tesla n’a pas inventé un type de matériau magnétique complètement 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 quelques opportunités d'acquérir de nouveaux aimants commerciaux. »NIron Magnets est l'une des rares startups à tenter de saisir la prochaine opportunité.
Blackburn et d’autres pensent qu’il est plus probable que Tesla ait décidé de se contenter d’un aimant beaucoup moins puissant.Parmi les nombreuses possibilités, la candidate la plus évidente est la ferrite : une céramique composée de fer et d'oxygène, mélangée à une petite quantité de métal comme le strontium.Il est à la fois bon marché et facile à fabriquer, et depuis les années 1950, les portes des réfrigérateurs du monde entier sont fabriquées de cette manière.
Mais en termes de volume, le magnétisme de la ferrite n’est que d’un dixième de celui des aimants en néodyme, ce qui soulève de nouvelles questions.Le PDG de Tesla, Elon Musk, a toujours été connu pour son intransigeance, mais si Tesla veut passer à la ferrite, il semble que certaines concessions doivent être faites.
Il est facile de croire que les batteries constituent la puissance des véhicules électriques, mais en réalité, c’est la conduite électromagnétique qui propulse les véhicules électriques.Ce n’est pas un hasard si la société Tesla et l’unité magnétique « Tesla » portent le nom de la même personne.Lorsque les électrons circulent à travers les bobines d'un moteur, ils génèrent un champ électromagnétique qui entraîne la force magnétique opposée, provoquant 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 étrange matériau doté d'un champ magnétique stable et sans apport de courant, grâce à la rotation astucieuse des électrons autour des atomes.Tesla n'a commencé à ajouter ces aimants à ses voitures qu'il y a environ cinq ans, afin d'étendre l'autonomie et d'augmenter le couple sans mettre à niveau la batterie.Auparavant, l’entreprise utilisait des moteurs à induction fabriqués autour d’électro-aimants, 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 semble un peu étrange.Les constructeurs automobiles sont souvent obsédés par l’efficacité, en particulier dans le cas des véhicules électriques, où ils tentent encore de persuader les conducteurs de surmonter leur peur de l’autonomie.Mais alors que les constructeurs automobiles commencent à étendre la production de véhicules électriques, de nombreux projets auparavant considérés comme trop inefficaces refont surface.
Cela a incité les constructeurs automobiles, dont Tesla, à produire davantage de voitures utilisant des batteries au lithium fer phosphate (LFP).Comparés aux batteries contenant des éléments tels que le cobalt et le nickel, ces modèles ont souvent une portée plus courte.Il s’agit d’une technologie plus ancienne avec un poids plus important et une capacité de stockage inférieure.À l'heure actuelle, la Model 3 alimentée par une alimentation à basse vitesse a une autonomie de 272 miles (environ 438 kilomètres), tandis que la Model S distante équipée de batteries plus avancées peut atteindre 400 miles (640 kilomètres).Cependant, l’utilisation de batteries au lithium fer phosphate peut s’avérer un choix commercial plus judicieux, car elle évite l’utilisation de matériaux plus coûteux et même politiquement risqués.
Cependant, il est peu probable que Tesla remplace simplement les aimants par quelque chose de pire, comme la ferrite, sans apporter d'autres modifications.Alaina Vishna, physicienne à l'Université d'Uppsala, a déclaré : « Vous porterez un énorme aimant dans votre voiture.Heureusement, les moteurs électriques sont des machines assez complexes comportant de nombreux autres composants qui peuvent théoriquement être réorganisés pour réduire l’impact de l’utilisation d’aimants plus faibles.
Dans les modèles informatiques, la société de matériaux Proterial a récemment déterminé que de nombreux indicateurs de performance des moteurs d'entraînement aux 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 petite différence par rapport au poids total de la voiture.
Malgré ces maux de tête, les constructeurs automobiles ont encore de nombreuses raisons d’abandonner les terres rares, à condition qu’ils puissent le faire.La valeur de l’ensemble du marché des terres rares est similaire à celle du marché des œufs aux États-Unis et, en théorie, les éléments des terres rares peuvent être extraits, traités et convertis en aimants dans le monde entier, mais en réalité, ces processus présentent de nombreux défis.
L'analyste des minéraux et blogueur populaire sur l'observation des terres rares, Thomas Krumer, a déclaré : « Il s'agit d'une industrie de 10 milliards de dollars, mais la valeur des produits créés chaque année varie de 2 000 à 3 000 milliards de dollars, ce qui constitue un levier énorme.Il en va de même pour les voitures.Même s'ils ne contiennent que quelques kilogrammes de cette substance, leur suppression signifie que les voitures ne peuvent plus rouler à moins que vous ne souhaitiez repenser l'ensemble du 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 leurs portes et fournissent actuellement 15 % des ressources mondiales en terres rares.Aux États-Unis, les agences gouvernementales (en particulier le ministère de la Défense) doivent fournir des aimants puissants pour des équipements tels que les avions et les satellites, et elles sont enthousiastes à l’idée d’investir dans les chaînes d’approvisionnement au niveau national et dans des régions comme le Japon et l’Europe.Mais compte tenu du coût, de la technologie requise et des problèmes environnementaux, il s’agit d’un processus lent qui peut durer plusieurs années, voire plusieurs décennies.
Heure de publication : 11 mai 2023