Technique : l'alternateur

Technique : l'alternateur

Article sponsorisé - 07 janvier 2021

L'électricité est une source d'énergie indispensable pour le bon fonctionnement d'une automobile. Outre le démarreur, les différents calculateurs (gestion du moteur, aides à la conduite, etc.), l'éclairage et les accessoires de confort (systèmes multimédias, sièges chauffants, etc.) utilisent cette source d'énergie. A cet effet, l'alternateur joue un rôle primordial pour produire de l'éléctricité.

Alternateur - moteur à combustion automobile

Rôle et principe de fonctionnement

Le rôle de l'alternateur est de convertir de l'énergie mécanique (fournie par le moteur à combustion) en énergie électrique. L'électricité ainsi produite est utilisée de différentes manières selon les conditions de conduite :

  • à vitesse stabilisée ou au ralenti, l'alternateur alimente directement les consommateurs d'électricité (et recharge la batterie si son niveau de charge est très faible)
  • lors des décélérations, l'alternateur continue d'alimenter directement les consommateurs d'électricité et recharge la batterie
  • en cas de forte accélération, l'alternateur ne produit plus d'électricité afin d'éviter une surcharge de courant. La batterie fournit alors l'énergie nécessaire pour alimenter les composants électriques

Composants alternateur automobile

Le rotor de l'alternateur est entraîné par le moteur. Généralement, il tourne 2 à 3 fois plus vite que le vilebrequin grâce à la démultiplication induite par le diamètre de la poulie d'entrainement.

Le rotor prend la forme d'un axe métallique entouré d'une bobine alimentée par un courant électrique (principe de l'électroaimant). Cela permet de générer un champ magnétique. Ce champ va exciter les pôles (généralement au nombre de 12) du stator (lui-aussi bobiné), ce qui génère un courant électrique.

Courant alternatif / courant continu

Le courant généré par l'alternateur est un courant alternatif triphasé. Or, la batterie et les accessoires fonctionnent en courant continu. Il faut donc utiliser un pont de diodes pour rectifier le courant et transformer le courant alternatif de l'alternateur en courant continu.

Principe du pont de diodes

Une diode est un composant électronique qui ne laisse passer le courant que dans un sens. Si une diode était utilisée seule, elle bloquerait le courant lorsque celui-ci est dans le sens inverse. Pour éviter ce phénomène et redresser le courant lorsqu'il est négatif, un pont de diodes est nécessaire.

Dans le cas d'un courant monophasé, 4 diodes sont nécessaires. Dans le cas de l'alternateur qui fonctionne en triphasé, 6 diodes sont nécessaires au minimum pour redresser le courant.

Rectification de la tension - alternateur triphasé

Régulateur

La tension générée dans l'alternateur augmente lorsque la vitesse de rotation du moteur augmente. Si la tension en sortie de l'arternateur n'est pas régulée, elle est susceptible d'endommager la batterie et les autres consommateurs. A cet effet, le régulateur, qui est un circuit intégré) va diminuer le courant d'alimentation du rotor afin de diminuer le champ magnétique produit par celui-ci.

Ainsi, la puissance délivrée par l'alternateur diminue lorsque cela est nécessaire afin de préserver la batterie et les composants électriques. La puissance optimale est déterminée par le calculateur moteur en fonction de l'état de charge de la batterie et de la consommation électrique des autres équipements.

Alternateur automobile

Tous les commentaires sur le sujet (masquer les commentaires les plus anciens):

ThomasPGC

08 janvier 2021 à 17h07

Qu'est ce qui "organise" la répartition du courant vers ou depuis la batterie?
Guillaume Darding [administrateur]

08 janvier 2021 à 17h45

Bonjour Thomas,

c’est généralement le calculateur moteur qui va déterminer si la batterie doit être rechargée ou non et qui va envoyer ses instructions au régulateur de l’alternateur. Il y a désormais de véritables stratégies mises en place pour optimiser la charge de la batterie (en profitant notamment des décélérations du frein moteur où la production d’électricité est « gratuite » ) sans forcément la charger au maximum.

Concernant l’utilisation du courant depuis la batterie, cela intervient normalement uniquement lorsque le moteur est éteint (et en cas de forte accélération). Désormais, les alternateurs sont suffisamment efficaces pour produire suffisamment de courant même moteur au ralenti.

Auparavant, les alternateurs n’arrivaient pas forcément à produire beaucoup de courant au ralenti et à bas régime. Dans ce cas-là, la tension générée par l’alternateur est inférieure à la tension de la batterie, c’est donc la batterie qui prend « naturellement » le relais (on peut aussi assimiler la tension à une pression).
Pour information, la tension de la batterie est de l’ordre de 12.5 V, tandis que la tension de l’alternateur est de l’ordre de 14.5 V

Admettons que, dans un circuit de distribution d’eau, il y ait un château d’eau principal (l’alternateur) de très grande capacité et un autre château de plus petite capacité (la batterie). Lorsque le château principal est rempli et que le second est vide (pression à 0), le second château va se remplir jusqu’à sa capacité maximale. Toutefois, une fois rempli, la pression dans ce réservoir ne sera pas aussi importante que dans le premier château, donc c’est le premier château qui va continuer d’alimenter le réseau d’eau. En cas de consommation importante, le premier château pourrait se vider partiellement et la pression va donc diminuer. Si la pression d’eau développée par le château devient inférieure à celle du second château, alors l’eau du second château va commencer à alimenter le réseau, sans aucune intervention car c’est la différence de pression qui va faire que c’est l’un ou l’autre château qui alimente le réseau.
Lolo

08 janvier 2021 à 22h40

Bonjour,
Quid des alterno-demarreurs, est-ce qu'ils ont des spécificités pour supporter le côté réversible ?
Guillaume Darding [administrateur]

08 janvier 2021 à 23h27

Bonjour Lolo, effectivement, les alterno-démarreurs ont quelques spécifités.

Tout d'abord, il faut une électronique de puissance pour convertir le courant continu de la batterie en courant alternatif triphasé. Ensuite, il faut ajouter un capteur de position du rotor de l'alterno-démarreur pour ne pas générer d'à-coups en mode starter.

Enfin, il faut revoir le cheminement de la courroie, notamment le système de mise en tension qui doit supporter le côté reversible de l'alternodémarreur. Dans un cas, le moteur entraîne l'alterno-démarreur - en mode alternateur classique. Dans l'autre cas, c'est l'alterno-démarreur qui va entraîner la courroie - mode démarreur. La courroie va donc subir des sollicitations de sens opposés et dans les 2 cas, il faut assurer une bonne mise en tension.
ThomasPGC

05 février 2021 à 21h05

Bonjour Guillaume, merci pour votre réponse, que je découvre en venant voir cet article par une sorte d'acquit de conscience suite à la parution de celui sur les véhicules électriques. Il n'y a pas possibilité de recevoir une notification en cas de nouveau commentaire?
Guillaume Darding [administrateur]

05 février 2021 à 22h20

Bonjour Thomas,

ce n'est pas une fonctionnalité que j'ai prévu de proposer sur le site. Le système est assez chronophage à développer et, pour l'avoir activé sur d'autres sites par le passé, c'est une fonctionnalité que j'ai fini par trouver plus ennuyante qu'autre chose (par exemple, si vous activez les notifications suite à une question spécifique sur un article, vous allez recevoir des notifications continuellement pour des commentaires qui ne vous intéresserons pas forcément).

Plus généralement, j'essaie d'avoir une utilisation minimale des mails pour le site (car je trouve qu'on en reçoit beaucoup trop et beaucoup sont inutiles), c'est aussi pour cette raison que je ne fais pas de newsletter, par exemple, et que je préfère passer par les réseaux sociaux pour notifier de la publication d'un nouvel article.

Par contre, vous pouvez me contacter par mail sans problème pour toute question sur un article, je vous répondrai avec plaisir.
ThomasPGC

16 février 2021 à 11h34

Merci encore pour vos réponses. Je comprends très bien; je vous suis sur FB et penserai à regarder l'évolution des discussions de temps en temps.
Alain Lanoy

09 juillet 2021 à 15h45

Alain

Bonjour Guillaume
Merci pour votre article très bien fait
A le lire, je comprends que le courant qui sort de l’alternateur est un courant continu
Si on dépose une Dynamo 6V pour la remplacer par un alternateur lui même en 6V sans régulateur on peut donc conserver le régulateur d’origine
Merci d éclairer ma lanterne 😊
Guillaume Darding [administrateur]

14 juillet 2021 à 13h44

Bonjour Alain,

je ne suis pas sûr de bien comprendre votre question. Le courant qui sort de l'alternateur est un courant alternatif. Il est ensuite redressé en courant continu par le pont de diodes et la tension ajustée par le régulateur, tous 2 généralement intégrés avec l'alternateur. Je ne suis pas sûr que ce soit le cas avec les alternateurs plus anciens en 6V, mais je pense néanmoins qu'il faut remplacer et la dynamo et le régulateur (qui devrait donc être inclus dans l'alternateur).

22 décembre 2021 à 15h41

Bonjour, mon alternateur de moteur marin débite 15,5, cequi est trop et personne ne trouve une solution pour faire baisser cette tension, il s'agit d'un moteur lombardini, mecano comme éléctricien ne trouvent de solution.

22 décembre 2021 à 15h44

ension de sortie monte avec le régime et atteint plus de 15 volts

22 décembre 2021 à 15h46

l'alternateur est neuf , de 120ampères, devrait débiter 14.5 volts maxi
didou60200

22 décembre 2021 à 16h09

@ bonnot : pourquoi ne montent ils pas un régulateur externe ?
Guillaume Darding [administrateur]

23 décembre 2021 à 17h24

Bonjour Bernard, si cela est possible et comme le suggère Didou, il faut regarder au niveau du régulateur, qu'il remplace l'existant ou par un supplémentaire qui permettrait de contrôler la tension à celle voulue.
pjmdur

26 décembre 2021 à 22h40

Bonjour,

Je rebondis sur cet article en ajoutant que sur les moteurs actuels, la plupart comme indiqué dans le commentaire font varier la tension, et partant la charge, pour gagner quelques pouillèmes de centilitres de carburant.
C'est à dire que la tension peut passer à vitesse moteur établi de 12,5V à 15V lors des freinages. La charge ne se fait qu'à ce moment.
Tout irait très bien si ce système qui fait gagner un peu de consommation, ne fonctionnait correctement que batterie neuve, et principalement lors des tests d'homologation.
Le problème est que nombre e constructeurs utilisent une techno de batterie EFB moins chère qui se dégrade assez rapidement; d'où une hécatombe de batteries mentionnées dans la presse. Je pense à Renault et Nissan par exemple où nombre de batteries tiennent moins de deux ans sous certaines conditions d'utilisation. Histoires vécues sur ces deux marques.
PSA, comme j'ai pu le constater, a réglé le problème en détectant la dégradation de la batterie, ce qui fait passer le système en charge max permanente à 15V, ce qui n'est pas très bon non plus pour sa longévité.
En corollaire, le bénéfice de l'économie de carburant est perdu dans la foulée.
Ce mode de fonctionnement ne fonctionne correctement qu'avec une techno AGM adaptée à ces variations de tensions et chocs de recharges. Tous les constructeurs de batterie le mentionnent.
Bref, pour gagner 4 sous nombre de constructeurs font payer par l'utilisateur le modeste avantage de consommation réalisés lors des tests.
Guillaume Darding [administrateur]

08 janvier 2022 à 21h45

Bonjour pjmdur, merci pour votre retour d'expérience.
Je profite de ce commentaire pour vous souhaiter une bonne année et vous remercier pour votre fidélité !

Il est vrai que les batteries EFB ne peuvent pas soutenir la comparaison par rapport aux batteries de type AGM en matière de durée de vie (une batterie AGM a une durée de vie quasi doublée par rapport à une batterie EFB) et de cyclage. Toutefois, les batteries EFB sont elles-aussi bien plus performantes qu'une batterie classique (elles supportent 4x plus de démarrage en moyenne).

En fait, depuis que les systèmes start/stop sont généralisés, les moteurs effectuent bien plus de redémarrages, ce qui conduit a une détérioration plus rapide de la batterie.

Néanmoins, tous les conducteurs ne sont pas touchés, notamment ceux dont le dispositif ne s'active que rarement (car il fait trop froid ou trop chaud ou parce que le véhicule ne fait que des courts trajets par exemple). Cela explique pourquoi, dans certains cas, les conducteurs doivent changer plus qu'à l'accoutumée leur batterie...
REMAT

19 avril 2022 à 02h40

BIEN NETTTT ZIIIII
pjmdur

03 juin 2022 à 09h28

Bonjour,
En fait, ce qu'il faut savoir est qu'une batterie EFB montée chez les constructeurs français est renforcée pour la fonction S&S. Elles doivent pour fonctionner correctement sans dégradation rapide, être chargée comme pour un véhicule sans cette prestation, à 14,4V permanent. Dans ce cas, la tension de régulation est stable et tout va bien.
C'est d'ailleurs le cas sur les PHEV PSA. Le fonctionnement avec de nombreux arrêts/marches est assez identique au S&S.
Là où la situation se dégrade concerne les alternateurs à tension variables étudiés pour faire gagner un peu de carburant. En palier, la tension est de 12,5V environ et lors des freinages/lever de pied, le système passe à 15V pour recharger la batterie.
Le problème est que les batteries EFB ne sont pas conçues pour être sous voltées sur de longues périodes d'utilisation. L'avantage de départ de diminution de conso de carburant se perd avec la dégradation de la batterie incapable de se recharger ponctuellement. La dégradation peut aller jusqu'à un mécanisme extrême de sulfatation.
C'est ce que j'ai constaté sur une Renault et une Nissan avec une durée de vie inférieure à deux ans dans certains cas.
En fonction des régions, et plus particulièrement sur des routes avec de longues distances à vitesse constante comme en Gironde ou Landes, la batterie ne se charge plus. Le problème semble plus prégnant sur les moteurs essence probablement plus grands consommateurs d'électricité.

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