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 se précipitent pour commercialiser des alternatives électriques aux véhicules et aux machines que nous utilisons tous les jours.

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, jusqu’à l’usine ou l’entrepôt. Et si le concept de base de la propulsion électrique s’applique à chaque situation, les questions technologiques plus précisément telles que la capacité des batteries, le transfert d’énergie, l’autonomie et les temps de charge varient considérablement en fonction de l’application.

Grâce aux décennies d’expérience de TE Connectivity en matière de connectivité électrique et de science des matériaux, nous travaillons en première ligne pour résoudre ces problèmes. Voici quelques innovations qui ont lieu dans les principales industries pour permettre l’avenir électrique. 

L’électrification est le plus grand changement technologique dans l’industrie automobile depuis la commercialisation du moteur à combustion interne, et cela se produit incroyablement rapidement. Les ventes des véhicules électriques pour passagers ont doublé en 2021 alors que les ingénieurs continuent d’optimiser la taille, le poids et la puissance pour étendre l’autonomie des véhicules électriques. Parallèlement, les progrès réalisés dans le domaine de la recharge à haute puissance et à grande vitesse et l’expansion des infrastructures de recharge 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 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, qui requièrent environ cinq fois la capacité de la batterie du véhicule électrique moyen pour passagers. La charge ultra-rapide est également essentielle pour permettre des temps de rotation rapides, nécessaires pour que les véhicules de livraison et de transport en commun respectent le calendrier.

Mais 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 met l’accent sur la sécurité dans les véhicules commerciaux. La grande compétence de TE dans le développement de composants et d’assemblages de câbles de haute puissance et notre concentration sur les matériaux avancés pour une meilleure performance électrique aident l’industrie commerciale des véhicules électriques à atteindre ses exigences de performance sans sacrifier la sécurité et la fiabilité. 

Contrairement aux automobiles, les trains de passagers sont électrifiés depuis plus d’un siècle. Pourtant, même les pays disposant de réseaux ferroviaires électriques bien établis cherchent à améliorer la vitesse et le rendement des trains modernes à grande vitesse.

Nous travaillons avec les compagnies ferroviaires pour améliorer la taille, le poids et le profil aérodynamique des trains grâce à des composants tels que nos solutions de ligne de toit à profil bas, qui réduisent la traînée et augmentent le rendement tout en créant plus d’espace utilisable dans le wagon.

La technologie émergente des tenders alimentés par batterie indique la plus grande promesse d’étendre le rail 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 que seuls de petits avions électriques à hélice soient actuellement disponibles, l’industrie aéronautique a pris des mesures importantes vers l’objectif de l’aviation électrique depuis des années. La première phase de l’électrification des avions a remplacé les systèmes hydrauliques et mécaniques tels que les commandes de vol et le freinage afin de réduire le poids et d’accroître le rendement. Désormais, les constructeurs testent des moteurs électriques pour le roulage vers et depuis les portes d’embarquement, ainsi que des systèmes de propulsion hybrides qui utilisent des moteurs à combustion pour le décollage et la montée, mais passent à des moteurs électriques efficaces pour la croisière.

La propulsion entièrement électrifiée permet la construction d’avions à décollage et atterrissage verticaux électriques (eVTOL), une toute nouvelle catégorie de véhicules aériens à courte portée, bien adaptés aux services de taxi aérien, à la livraison automatique de marchandises et même aux véhicules aériens personnels. Alors qu’on ne les voyait autrefois que dans les films, de nombreuses entreprises se font concurrence pour être les premières à apporter leur produit sur le marché, et nous nous attendons à ce qu’il devienne très rapidement un produit courant. Dans ce qui sera probablement une vitrine très publique de cette technologie, Paris prévoit d’utiliser des avions eVTOL pour le transport entre les sites des Jeux olympiques d’été 2024.

Cela dit, l’importance d’optimiser le poids et la puissance est encore plus cruciale sur le marché des eVTOL, où les opérateurs veulent maximiser le temps de vol. À cette équation complexe s’ajoute la nécessité d’une redondance complète dans les groupes motopropulseurs eVTOL : l’épuisement d’une batterie peut être un inconvénient dans une voiture, mais c’est un problème de sécurité majeur pour les avions. C’est pourquoi TE travaille avec les fabricants d’eVTOL pour développer des composants plus petits, plus légers et plus fiables afin de réduire le poids des avions et accroître le rendement tout en assurant la redondance. 

Par rapport aux automobiles, les eVTOLs présenteront également un degré d’autonomie plus élevé, requérant un ensemble de capteurs qui généreront des quantités massives de données pour guider les avions au-dessus des paysages urbains. Les progrès de TE dans les câbles hybrides qui combinent l’alimentation et le transfert de données par fibre optique à haute vitesse peuvent aider les fabricants à répondre à leurs besoins en matière de bande passante et d’alimentation sans ajouter de poids aux véhicules. 

Une transition plus terre à terre s’opère dans les usines et les entrepôts, où les utilisateurs industriels progressent en abandonnant les véhicules manuels traditionnels à essence, tels que les chariots élévateurs, au profit de nouveaux équipements tels que les véhicules à guidage automatique (AGV). 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 AGV doivent fonctionner presque en continu afin de répondre aux exigences actuelles de fabrication et d’expédition. Par conséquent, les relier à des stations de recharge fixes pendant de longues périodes n’est pas une option viable. Au lieu de cela, l’électrification de l’industrie manufacturière requerra une nouvelle infrastructure distribuée pour permettre la charge rapide, comme des ports de charge en accès libre placés stratégiquement dans l’usine. Nous soutenons ce type de système de charge en réfléchissant à ce qu’il signifie pour chaque composant du système électrique du véhicule, comme le besoin de prises de charge spécialisées et de composants conçus pour aider à maintenir un temps de fonctionnement élevé.

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 doivent 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. Les concepteurs de tous les domaines se concentreront de plus en plus sur les variables de taille, de poids et de performance qui étaient autrefois principalement limitées à la conception aérospatiale. Comme les fabricants intègrent davantage d’intelligence et d’automatisation dans presque tous les produits, les compétences logicielles resteront très demandées.

Ces capacités émergentes sont la raison pour laquelle il est essentiel pour des entreprises comme TE d’avoir une main-d’œuvre pleinement engagée et de solides programmes de développement professionnel conçus pour rester à la pointe de la technologie et de l’orientation client. Ensemble, nous pouvons apporter les innovations nécessaires à la réalisation d’un avenir électrique.