Alimenter l’électrification des transports

Jean-François Venne
Collaboration spéciale
«Le déploiement optimal des bornes de recharge est très important et doit assurer une efficacité et une flexibilité aux usagers», note la chercheuse Chunyan Lai.
Photo: Catherine Legault Archives Le Devoir  «Le déploiement optimal des bornes de recharge est très important et doit assurer une efficacité et une flexibilité aux usagers», note la chercheuse Chunyan Lai.

Ce texte fait partie du cahier spécial Recherche

En novembre 2020, le gouvernement québécois présentait des objectifs ambitieux d’électrification des transports dans le cadre de son nouveau Plan pour une économie verte. L’État espère voir en 2030 1,5 million de véhicules électriques sillonner les routes du Québec, y compris 40 % des taxis, 55 % des autobus urbains et 65 % des autobus scolaires. La vente de véhicules légers à essence pourrait par ailleurs être interdite à partir de 2035.

Mais il y a encore loin de la coupe aux lèvres. Au 31 décembre dernier, l’Association des véhicules électriques du Québec (AVEQ) dénombrait 91 826 voitures électriques au Québec, dont 51 % étaient entièrement électriques et 49 % étaient hybrides. Cela équivaut à la moitié des véhicules de ce type en circulation dans l’ensemble du Canada.

Un simple coup d’œil à l’écart entre le nombre actuel de voitures électriques et les cibles du gouvernement montre aisément tout l’intérêt que présente ce marché en plein essor, d’autant plus que l’électrification des transports constitue un phénomène mondial. Cet engouement stimule également la recherche sur certains éléments essentiels de ces véhicules, notamment les moteurs électriques.

Mieux vaut prévenir

En 2017, une étude de l’association américaine Consumer Reports soutenait que les voitures électriques étaient plus fiables que celles qui fonctionnent avec des moteurs à combustion en raison de leur conception moins complexe. Il reste tout de même une belle marge de progression.

1,5 million
C’est le nombre de véhicules électriques que le Québec espère voir sur ses routes en 2030.

À l’Université Concordia, la chercheuse en génie électrique et informatique Chunyan Lai s’applique à améliorer la fiabilité des moteurs électriques. « Mes recherches se concentrent sur l’entraînement moteur, précise-t-elle. J’essaie de développer des formes plus avancées de contrôles et de suivi du système d’entraînement du moteur électrique, afin de mieux prévenir les défaillances. »

Certains éléments augmentent en effet les risques de bris dans un moteur électrique. Chunyan Lai donne l’exemple des fils de cuivre. Si l’isolant autour de ces fils se rompt, il y a un danger de court-circuit qui pourrait stopper le moteur. La chercheuse tente donc d’élaborer des systèmes de suivi capables de déclencher une alerte pour indiquer qu’une partie de l’isolant est trop usée ou que celui-ci s’apprête à se défaire.

On trouve aussi au menu de la chercheuse les aimants permanents, une composante très importante d’un moteur électrique. Malheureusement, ces aimants se démagnétisent un peu trop facilement. Chunyan Lai travaille donc à corriger ce défaut. Elle tente aussi d’améliorer les capteurs de position, qui mesurent par exemple la vitesse de rotation et la position du rotor. C’est en effet l’attraction magnétique entre le stator (les fameux aimants permanents) et le rotor (constitué d’un ensemble de bobines) qui génère la force du mouvement de rotation d’un moteur électrique. Un fonctionnement optimal exige de connaître en tout temps et avec la plus grande précision possible la position du rotor par rapport au stator.

Recherche collaborative

Des étudiants qui travaillent sous la direction de Chunyan Lai s’intéressent pour leur part à un autre aspect névralgique de l’électrification des transports : les bornes de recharge. En août 2019, un sondage d’Autolist montrait que pour près de 40 % des répondants, la crainte de ne pas trouver de bornes de recharge freinait l’achat d’un véhicule électrique. Au Québec, le Circuit électrique, un réseau de bornes de recharge publiques, compte à lui seul 2540 bornes de 240 volts et 444 bornes de recharge rapide (400 volts). Au total, on recense 6295 bornes, dont 462 rapides, au Québec.

« Le déploiement optimal des bornes de recharge est très important et doit assurer une efficacité et une flexibilité aux usagers, note Chunyan Lai. Nous travaillons là-dessus, mais il y a un lien qui manque entre nos chercheurs et les responsables de l’implantation des bornes, par exemple dans les villes. Nous ne voulons pas seulement rédiger des articles scientifiques, nous souhaitons contribuer plus concrètement. »

La collaboration est plus facile avec l’industrie, que ce soit avec les manufacturiers de voitures ou les fabricants de pièces. La chercheuse et son équipe travaillent notamment avec Magna International, le plus grand fabricant de pièces automobiles en Amérique du Nord, et des constructeurs comme Ford Motor et Chrysler, qui ont des usines à Windsor, la capitale de l’industrie automobile canadienne.

Avant d’arriver à l’Université Concordia, Chunyan Lai a justement complété son doctorat et des études postdoctorales à l’Université de Windsor. Elle y conserve des liens et des collaborations. « Les fabricants de moteurs électriques intègrent déjà certaines de nos approches, se réjouit-elle. La technologie de ces moteurs devient de plus en plus mature, et cela aidera les véhicules électriques à gagner en popularité auprès de la population. »