L'électrification à grande échelle

Les combustibles fossiles et le moteur à combustion interne ont alimenté l'économie mondiale pendant plus d'un siècle, mais l'avenir sera électrifié. Alors que le monde adopte des objectifs ambitieux pour lutter contre le changement climatique et réduire les émissions de carbone, les ingénieurs travaillent d'arrache-pied pour proposer des alternatives électriques aux véhicules et aux machines que nous utilisons au quotidien.

Nous pouvons voir cette « électrification à grande échelle » se produire partout où des personnes ou des marchandises sont en mouvement, sur les routes, les rails, la mer et dans les airs, de l’usine jusqu'à l’entrepôt. Même si le principe fondamental de la propulsion électrique reste identique dans chaque environnement, des enjeux technologiques spécifiques tels que la capacité des batteries, le transfert de puissance, l’autonomie ou les temps de recharge varient fortement selon les usages.

Grâce à plusieurs décennies d’expertise dans la connectivité électrique et la science des matériaux, TE Connectivity intervient en première ligne pour relever ces défis. Voici quelques innovations mises en œuvre dans les principaux secteurs industriels afin d’accélérer l’avenir électrique. 

L’électrification constitue la plus grande transformation technologique du secteur automobile depuis la commercialisation des moteurs à combustion interne, et cette évolution progresse à un rythme extrêmement rapide. Les ventes de véhicules électriques particuliers ont doublé en 2021, et les ingénieurs continuent d’optimiser les dimensions, le poids et la puissance afin d’augmenter l’autonomie. Parallèlement, les progrès réalisés dans le domaine du rechargement haute puissance et à grande vitesse et l’expansion des infrastructures de rechargement réduisent encore davantage l’anxiété des conducteurs quant à l’autonomie.

La prochaine étape de l’électrification du paysage des transports consiste à améliorer les alternatives électriques pour les véhicules commerciaux lourds comme les camions et les bus, où les défis techniques sont encore plus importants. L’augmentation de la densité des batteries pour une capacité de stockage et une puissance de sortie plus élevées est essentielle pour progresser avec des charges plus lourdes. Les bus électriques, par exemple, nécessitent environ cinq fois plus de capacité de batterie qu’un véhicule électrique particulier. Le rechargement ultrarapide est également indispensable pour assurer des temps de rotation rapides et maintenir les horaires des véhicules de livraison et de transport en commun.

Cependant, le transfert d’une plus grande quantité d’énergie du chargeur à la batterie et à l’intérieur du véhicule génère une chaleur beaucoup plus élevée, ce qui renforce les exigences de sécurité au sein des véhicules commerciaux. L’expertise de TE dans le développement de composants haute puissance, de câbles préassemblés et de matériaux avancés offrant de meilleures performances électriques, aide le secteur des véhicules électriques industriels à atteindre ses objectifs de performance sans compromettre la sécurité ni la fiabilité. 

Contrairement aux automobiles, les trains de passagers sont électrifiés depuis plus d’un siècle. Même les pays disposant de réseaux ferroviaires électriques bien établis cherchent aujourd’hui à améliorer la vitesse et l’efficacité afin de soutenir le développement des trains modernes à grande vitesse.

Nous collaborons avec les opérateurs ferroviaires afin d’optimiser les dimensions, le poids et le profil aérodynamique des trains grâce à des composants tels que nos solutions de toiture à faible encombrement. Celles-ci réduisent la traînée, améliorent le rendement énergétique et libèrent davantage d’espace utilisable dans les voitures voyageurs.

La technologie émergente des tenders alimentés par batterie indique la plus grande promesse d’étendre le ferroviaire électrique aux pays qui fonctionnent encore avec une infrastructure diesel plus ancienne. Des trains électriques à batterie sont déjà testés en Californie, et l’amélioration continue des vastes packs de batteries et des solutions de chargement rapide permettra aux pays de remplacer les tenders diesel par ces modèles plus propres alimentés par batterie, éliminant ainsi les investissements importants nécessaires pour développer un système ferroviaire entièrement électrifié.

Bien qu’aujourd’hui seuls de petits avions électriques à hélice soient disponibles, le secteur aéronautique progresse depuis plusieurs années vers l’objectif de l’avion électrique. La première phase de l’électrification des aéronefs a consisté à remplacer les systèmes hydrauliques et mécaniques, tels que les commandes de vol et les systèmes de freinage, afin de réduire le poids et d’améliorer l’efficacité. Aujourd’hui, les constructeurs testent des moteurs électriques pour les phases de roulage entre les pistes et les portes d’embarquement, ainsi que des systèmes de propulsion hybrides utilisant des moteurs thermiques pour le décollage et la montée avant de basculer vers des moteurs électriques plus efficaces pendant la phase de croisière.

La propulsion entièrement électrifiée ouvre désormais la voie aux aéronefs électriques à décollage et atterrissage verticaux (eVTOL), une nouvelle catégorie d’appareils à courte portée parfaitement adaptée aux services de taxis aériens, à la livraison automatisée de marchandises et même aux véhicules aériens personnels. Longtemps réservés à la science-fiction, les eVTOL font aujourd’hui l’objet d’une forte concurrence entre plusieurs entreprises cherchant à commercialiser leurs solutions en premier. Nous nous attendons à une adoption rapide de ces technologies. Dans ce qui sera probablement l’une des démonstrations publiques les plus visibles de cette technologie, Paris prévoit d’utiliser des aéronefs eVTOL pour assurer le transport entre les sites des Jeux olympiques d’été de 2024.

Cela étant dit, l’optimisation du poids et de la puissance devient encore plus critique sur le marché des eVTOL, où les exploitants cherchent à maximiser le temps de vol. À cette équation complexe s’ajoute la nécessité d’une redondance complète dans les groupes motopropulseurs eVTOL : Décharger complètement une batterie peut représenter un simple désagrément dans une voiture, mais constitue un enjeu de sécurité majeur pour un aéronef. C’est pourquoi TE collabore avec les fabricants d’eVTOL afin de développer des composants plus compacts, plus légers et plus fiables, capables de réduire le poids des avions et d’améliorer leur efficacité tout en garantissant la redondance nécessaire. 

Comparés aux automobiles, les eVTOL intégreront également un niveau d’autonomie plus élevé, nécessitant une multitude de capteurs capables de générer d’importants volumes de données afin de guider les aéronefs au-dessus des environnements urbains. Les avancées de TE dans le domaine des câbles hybrides associant alimentation électrique et transfert de données haut débit par fibre optique permettent aux fabricants de répondre à leurs besoins en puissance et en bande passante sans augmenter le poids des véhicules. 

Une transition plus concrète est en cours dans les usines et les entrepôts, où les industriels remplacent progressivement les véhicules manuels traditionnels alimentés au gaz, tels que les chariots élévateurs, par de nouveaux équipements comme les véhicules à guidage automatique (VGA). Bien que des batteries plus petites puissent facilement répondre aux besoins de ces véhicules en termes de puissance et d’autonomie, le principal défi consiste à maintenir le temps de fonctionnement des véhicules.

Les chariots élévateurs et les VGA doivent fonctionner presque en continu afin de répondre aux exigences actuelles de fabrication et de logistique. Par conséquent, les immobiliser pendant de longues périodes sur des bornes de recharge fixes n’est pas une solution viable. L’électrification de l’industrie manufacturière nécessitera donc de nouvelles infrastructures distribuées permettant un rechargement rapide, comme des systèmes de recharge au sol placés de manière stratégique dans les installations. Nous accompagnons le développement de ces systèmes de rechargement en prenant en compte les implications pour chaque composant du système électrique des véhicules, notamment le besoin d’interfaces de recharge spécialisées et de composants conçus pour maintenir une disponibilité élevée.

Quel que soit le secteur ou le produit final, il est essentiel de trouver le bon talent pour créer des innovations révolutionnaires qui permettront l’électrification à grande échelle. Outre les compétences traditionnelles en électricité, en électronique et en mécanique, les ingénieurs devront être capables de concevoir des systèmes à haute tension pouvant fonctionner de manière fiable à des températures élevées, ce qui requerra le développement de nouveaux matériaux offrant des performances dans ces environnements hostiles. Dans tous les secteurs, les concepteurs accorderont une importance croissante aux paramètres liés à l’encombrement, au poids et aux performances, autrefois principalement associés à l’aérospatiale. À mesure que les fabricants intégreront davantage d'intelligence et d'automatisation dans presque tous leurs produits, les compétences en matière de logiciels resteront très recherchées.

Ces nouvelles compétences expliquent pourquoi il est essentiel pour des entreprises comme TE de disposer d’équipes pleinement engagées et de solides programmes de développement professionnel afin de rester à la pointe de la technologie et de l’orientation client. Ensemble, nous pouvons apporter les innovations nécessaires pour concrétiser un avenir électrique.