À la LUT, les nanotechnologies font leur entrée dans les moteurs électriques

La Lappeenranta University of Technology (LUT) présente le premier moteur électrique utilisant du fil de nanotubes de carbone. Ce matériau remplace le fil de cuivre dans les bobinages. Ce moteur constitue une étape vers des systèmes d’entraînement électrique légers et efficaces. Sa puissance de sortie est de 40 W et sa vitesse de rotation de 15 000 tpm http://youtu.be/fg_QZuVKWws.

Destinées à améliorer la performance et l’efficacité énergétique des machines électriques, les technologies de câble permettant une conductivité accrue sont très recherchées pour les bobinages. Dans le cas présent, la nouvelle technologie proposée pourrait bien révolutionner l’industrie. Les meilleurs nanotubes de carbone (CNT) affichent des conductivités bien supérieures aux meilleurs métaux ; les bobinages à base de CNT peuvent offrir une conductivité doublée par rapport à celle des bobinages en cuivre.

« Si l’on conserve les mêmes paramètres de conception en se contentant de remplacer le cuivre par du fil de nanotubes de carbone, les pertes d’effet Joule dans les bobinages peuvent être réduites de moitié par rapport aux machines actuelles. Grâce au fil de CNT plus léger et plus écologique, nous pouvons réduire les dimensions des machines et les émissions de CO₂ lors de la fabrication et de l’exploitation. Les machines peuvent également fonctionner à des températures plus élevées, » commente le professeur Pyrhönen, qui a dirigé les travaux de conception du prototype à la LUT.

Pas de limite supérieure de conductivité

Traditionnellement, les bobinages de machines électriques sont faits de cuivre, qui offre la seconde meilleure conductivité à température ambiante parmi les métaux. Malgré sa conductivité élevée, la plupart des pertes machines sont constatées avec des bobinages en cuivre. Le fil de nanotubes de carbone, au contraire, n’a aucune limite supérieure prédéfinie quant à la conductivité (valeurs de 100 MS/m mesurées sur des CNT individuels).

Selon Pyrhönen, les machines électriques sont tellement omniprésentes dans notre vie que nous oublions bien souvent leur présence. Nos propres foyers peuvent abriter des dizaines de machines électriques. « Une unité industrielle peut comporter des milliers de moteurs, tous avec des bobinages de cuivre. Ainsi, la découverte d’un matériau plus efficace pourrait révolutionner l’industrie. »

Le carbone peut-il remplacer le cuivre ?

Le prototype utilise du fil de nanotubes de carbone converti en ruban isolant par une entreprise germano-japonaise, Teijin Aramid, qui a développé cette technologie de filage avec la Rice University aux États-Unis. Les applications industrielles n’en sont qu’au stade des balbutiements. Selon le docteur Marcin Otto, directeur du développement chez Teijin Aramid, l’augmentation de la capacité de production et de la performance du fil permettra des avancées importantes vers le développement de produits innovants.

« Les machines électriques offrent un potentiel d’amélioration très important ; néanmoins, eu égard aux propriétés physiques des matériaux, les matériaux traditionnels semblent avoir atteint leur limite. À cet égard, les matériaux à base de carbone peuvent apporter une solution : la conductivité du fil de nanotubes de carbone pourrait atteindre trois fois celle du cuivre. Par ailleurs, le carbone est disponible en abondance alors que le cuivre doit être extrait ou recyclé par des processus industriels. »

Le texte du communiqué issu d’une traduction ne doit d’aucune manière être considéré comme officiel. La seule version du communiqué qui fasse foi est celle du communiqué dans sa langue d’origine. La traduction devra toujours être confrontée au texte source, qui fera jurisprudence.

Lappeenranta University of Technology
Juha Pyrhönen
+358-40-571-1645
juha.pyrhonen@lut.fi
ou
Marcin J. Otto
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