www.guillaumedarding.fr
Technique : l'alternateur

Technique : l'alternateur

Guillaume Darding - 07 janvier 2021
Temps de lecture : environ 6 minutes

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 à l'aide d'une courroie. 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

Poulies d'alternateur

Il existe 3 différents types de poulies d'alternateur :

  • poulies rigides
  • poulies débrayables (OAP - Overrunning Alternator Pulley)
  • poulies débrayables + découpleur (OAD - Overrunning Alternator Decoupler)

Les poulies débrayables ont été développées dans le but de limiter les vibrations de la courroie accessoires à bas régime alors que les moteurs ont tendance à tourner de moins en moins vite (diminution du régime de ralenti et généralisation de la suralimentation permettant d'exploiter le moteur à des régimes beaucoup plus faibles). 

Vibration - déplacement du galet tendeur - courroie accessoires alternateur - poulies débrayables OAP et OAD

Le mode de fonctionnement d'une poulie débrayable est similaire au fonctionnement d'une roue libre de vélo (le moteur étant assimilé aux manivelles et l'alternateur à la roue arrière) : lorsque le vilebrequin tourne, la poulie de l'alternateur entraîne ce dernier.

Lorsque le vilebrequin s'arrête, l'alternateur peut tourner librement sur sa lancée tandis que la courroie d'accessoires est à l'arrêt. Cette technique permet de diminuer significativement les variations de tension de la courroie : le bruit s'en trouve réduit tout en augmentant la durée de vie de la courroie et en diminuant lègèrement la consommation de carburant.

Acyclisme courroie accessoires alternateur - diminution grâce aux poulies débrayables OAP et OAD

L'utilisation de cette technologie est d'autant plus importante sur les moteurs à 3 cylindres où les irrégularités de vitesse de rotation du vilebrequin sont plus marquées (Peugeot 1.2 Puretech, Ford 1.0 Ecoboost) ainsi que pour les moteurs équipés de systèmes de désactivation des cylindres.

Poulies débrayables alternateur OAP - Overrunning Alternator Pulley - et OAD - Overrunning Alternator Decoupler

Par rapport à une poulie débrayable OAP, les poulies d'alternateur OAD sont équipées d'un ressort de torsion qui permet d'absorber les vibrations dans les 2 sens de rotation. La raideur du ressort est spécifique à chaque moteur et elle est dimensionnée en fonction, principalement, de l'acyclisme du moteur, du nombre de cylindres et de la cylindrée.

Refroidissement

Un alternateur est généralement refroidi par air (circulation naturelle de l'air autour du composant + convection forcée à l'aide d'un ventilateur en cas de forte demande). Toutefois, certains alternateurs peuvent être refroidis par eau (via une dérivation du liquide de refroidissement moteur).

Alternateur refroidi par eau / Continental

En ayant une gestion plus fine de la température de l'alternateur, il est alors possible de proposer des puissances plus importantes dans le même encombrement, ce qui est un avantage à l'heure où les consommateurs électriques sont toujours plus nombreux dans le véhicules (systèmes de conduite autonome, systèmes multimédias et écrans, sièges et volants chauffants, etc.).

Cette technologie permet de réduire le recours au ventilateur, ce qui induit une réduction de la charge sur le moteur (d'où une dimininution de la consommation de carburant) et une réduction du bruit. D'autre part, lors d'un démarrage par temps froid, le liquide de refroidissement est plus vite à température et permet de chauffer l'habitacle presque instantanément car l'alternateur chauffe beaucoup plus rapidement que le bloc moteur.

Alternateur refroidi par eau en coupe / BMW

Tension de fonctionnement

Avant la généralisation des systèmes start/stop, les alternateurs fonctionnaient à une tension constante. Désormais, les alternateurs dits intelligents sont devenus la norme et leur tension varie en fonction des besoins en électricité du véhicule et des phases de conduite : ce principe permet de diminuer la charge exercée sur le moteur et de réduire sensiblement la consommation de carburant.

Tension alternateur et charge de la batterie

Moteur éteint (A), la tension de l'alternateur est similaire à la tension de la batterie. En règle générale, le niveau de charge de la batterie est de l'ordre de 80%. Une fois le moteur démarré (B), la tension de l'alternateur augmente pour atteindre jusqu'à 15V afin de recharger la batterie jusqu'à un niveau de charge de 80%. Ensuite, la tension est réduite à la tension nominale de la batterie (C) ou à un niveau juste supérieur : soit la batterie n'est pas rechargée, soit elle se recharge lentement pour prolonger sa durée de vie.

Lors d'une freinage (D), la tension de l'alternateur est augmentée afin de recharger la batterie. Durant cette phase, le niveau de charge de la batterie peut atteindre 100%. En cas de forte accélération (E), la tension de l'alternateur peut être réduite afin de soulager la charge moteur : c'est la batterie qui alimente le véhicule en électricité.

Partagez cet article sur :

Les 10 derniers commentaires sur le sujet (voir les 27 commentaires):

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.
SébastienS

13 septembre 2022 à 23h56

Bonjour,
Article très intéressant, riche et complet qui permet de bien comprendre le fonctionnement de l'alternateur selon la technologie embarquée, notamment systèmes Stop&Start avec la Tension de fonctionnement qui s'ajuste en fonction du % de charge de la batterie (AGM de préférence), le tout pour optimiser la consommation de carburant (je rejoins le commentaire précédent sur la pertinence des batteries EFB.. les AGM ayant même elles du mal, selon les modèles à tenir le choc, surtout en faible utilisation du véhicule). Merci encore Guillaume pour les compléments d'informations très illustrés et clairs à ce niveau.
KAZADI

02 mars 2023 à 09h24

Merci pour cet article important car je maîtrise déjà l'utilisation des alternateurs.
Enclume13

05 mars 2023 à 19h47

Blabla... Blabla ... On n'apprend rien !
Les seules questions qui vaillent sont :
Quelle est la différence de consommation en essence, au 100 km, entre un alternateur simple et un alternateur ultra sophistiqué ?
Quelle sont leurs différences de prix de fabrication, d'entretien et de remplacement ?
Quels sont les coûts induits sur les accessoires connexes ?
Merci d'avance pour votre réponse chiffrée ..!
Gabian

06 mars 2023 à 14h06

Pour ma part, j'ai appris des choses interessantes sur le fonctionnement d'un alternateur. Je remercie son auteur pour avoir pris le temps de rediger cet article de maniere synthetique et assez complete.
Concernant le commentaire un peu hautain voire condescendant de "Enclume13", s'il y a trop de bla bla et pas assez de precisions a vos questions axées sur les coûts, pourquoi ne pas prendre l'initiative de chercher vous-meme certains elements de reponse et de creer vous-meme une page web afin de partager avec tout le monde le fruit de vos recherches ? Là il y aurait une vraie plus-value, et vous seriez en plus chaleureusement remercié pour votre travail sans aucun bla-bla... ;)
Pour ma part : merci encore à l'auteur de partager des notions de mecanique pertinentes pour l'amateur que je suis.
Pascal29

06 mars 2023 à 15h58

Pareil que Gabien, Mr l'enclume, on vous en prie, on attend de vous que vous fassiez des recherches pour enrichir le sujet ! facile de critiquer ... Encore un qui vient de FA, à qui on mâche le boulot de A à Z ! et n'attendez pas un merci de sa part ... Perso, je sais qui fait du blabla sur ce coup là ...
Guillaume Darding [administrateur]

10 mars 2023 à 12h25

Bonjour Pascal et Gabian, merci beaucoup pour vos encouragements !
Juju42

25 septembre 2023 à 08h48

Merci
Jet31

02 décembre 2023 à 15h08

Bonjour,

Merci pour cet article 👍. Il est très intéressant ! N' en déplaise à un certain qui n'a pas compris l'objectif de l'article n'ayant pas trouvé SA réponse....

Serait il possible d'avoir un complément sur la valeur de tension alternative générée en sortie du stator L1,L2 et L3? Est elle exclusivement régulée par la diode Zener présent dans le régulateur d'entrée de l'alternateur ?
Merci d'avance et bonne vie au site!

Gabrielchv

12 janvier 2024 à 18h41

Est-il possible de connaître la puissance de sortie de l’alternateur en fonction de sa vitesse de rotation?

Nom d'utilisateur :

Adresse mail (non visible) :

Site internet (optionnel) :

Quelle est la forme géométrique du logo utilisé par Renault ?