IND-UT-114 : un moto-variateur synchrone vaut jusqu’à 17 800 kWh cumac par kW en pompage

Le moteur industriel le plus répandu est le moteur asynchrone à cage. Son rotor court après le champ tournant du stator sans jamais le rattraper, et c’est cet écart de vitesse, le glissement, qui induit dans la cage les courants producteurs de couple. Ce principe robuste se paie en pertes : les courants du rotor chauffent la cage par effet Joule, et le stator fournit en permanence un courant magnétisant qui ne produit aucun travail. À charge partielle ou à vitesse réduite, ces pertes fixes pèsent de plus en plus lourd, et le rendement chute.

Le moteur synchrone à aimants permanents supprime la cause principale de ces pertes. Son champ rotorique est fourni par des aimants, pas par un courant induit : le rotor tourne exactement à la vitesse du champ, sans glissement ni courant rotorique. Le rendement est supérieur à puissance nominale et, surtout, il se maintient à vitesse réduite et à charge partielle, là où l’asynchrone décroche. Le moteur synchrone à réluctance arrive au même résultat par un autre chemin : son rotor est un empilage de tôles découpées en barrières de flux, sans aimant ni enroulement, qui s’aligne sur le champ statorique parce que le flux passe plus facilement dans certaines directions. Il se passe en plus de terres rares. L’un comme l’autre exigent un variateur qui connaît la position du rotor : c’est la raison d’être du mot moto-variateur.

Le second gisement vient du variateur lui-même, et il est considérable sur les machines centrifuges. Pour une pompe ou un ventilateur, le débit varie avec la vitesse, la pression comme son carré et la puissance absorbée comme son cube. Réduire la vitesse de 20 % ramène la puissance à environ 0,8 × 0,8 × 0,8, un peu plus de la moitié, alors qu’une installation à vitesse fixe obtient le même débit réduit en fermant une vanne, c’est-à-dire en détruisant de l’énergie déjà produite. Cette physique éclaire la hiérarchie du barème : pompage et ventilation, où la loi du cube joue à plein, sont en tête ; le compresseur d’air ferme la marche parce qu’il travaille contre une pression de réseau constante. C’est une lecture technique, pas une explication donnée par la fiche, qui se contente de fixer les valeurs.

Le bénéficiaire est l’industriel qui fait installer le moto-variateur sur son site : propriétaire ou exploitant d’une usine, d’un atelier, d’une carrière, d’une station de traitement d’eau de procédé. La fiche indique simplement « Industrie » comme secteur d’application, sans seuil de taille, sans code d’activité et sans restriction géographique : ce qui compte est l’usage industriel du site, pas le statut de l’entreprise.

La fiche ne pose aucune condition sur l’existant. Elle ne demande pas que le moto-variateur remplace un moteur asynchrone, ne fixe pas d’âge au moteur déposé et n’exclut pas une ligne neuve. Elle ne dit rien non plus dans l’autre sens. La lecture prudente consiste à décrire dans le dossier la machine entraînée et, s’il y a un moteur remplacé, à le dire. Deux bornes encadrent l’accès : une puissance nominale inférieure ou égale à 1 MW avec l’une des deux technologies nommées, et une mise en place par un professionnel, le mandataire ou l’obligé étant intervenu au plus tard le jour de l’engagement, en pratique avant la signature du devis.

• Éligible : moto-variateur synchrone à aimants permanents ou à réluctance, de 1 MW ou moins, installé par un professionnel sur un site industriel, quelle que soit l’application.
• Exclu par le texte : moteur « EC », « pas à pas » ou « à réluctance variable », et tout moto-variateur de plus de 1 MW. Hors champ par construction : un moteur asynchrone, avec ou sans variateur.

Le montant en kWh cumac est le produit d’une valeur du barème par P, la puissance nominale du moto-variateur en kW. La valeur dépend d’un seul paramètre, l’application de la machine entraînée, en cinq catégories : pompage, ventilation, compresseur d’air, compresseur frigorifique et autre application. Cette dernière ligne accueille convoyeurs, broyeurs, extrudeuses, agitateurs, treuils ou machines-outils.

P est la puissance nominale qui figure sur la plaque signalétique du moto-variateur, ou à défaut sur un document du fabricant. La fiche ne précise pas laquelle des deux plaques fait foi, celle du moteur en kW ou celle du convertisseur en ampères ou en kVA. La lecture prudente est de retenir la puissance nominale du moteur en kW, seule grandeur exprimée dans l’unité du barème, et de vérifier que le document du fabricant donne le même chiffre, car un variateur est souvent calibré au-dessus du moteur qu’il alimente.

Quand l’opération porte sur plusieurs moto-variateurs de caractéristiques identiques, la puissance à retenir est la somme, par type d’application, des puissances nominales de chaque équipement. Quatre pompes identiques de 22 kW se déposent comme un ensemble de 88 kW en pompage. Deux moto-variateurs de puissances différentes, ou l’un en pompage et l’autre en ventilation, donnent des lignes de calcul distinctes dont on additionne les résultats.

Posons quatre machines courantes, avec la puissance nominale lue sur la plaque du moteur. Une station de pompage d’eau de procédé équipée de deux pompes identiques de 45 kW, remotorisées en synchrone à aimants permanents : même modèle, même application, on additionne, 45 + 45 = 90 kW, puis 17 800 × 90 = 1 602 000 kWh cumac. Le ventilateur d’extraction d’une cabine de peinture, 30 kW : 17 600 × 30 = 528 000 kWh cumac. Un compresseur d’air à vis de 75 kW dont le moteur est remplacé par un synchro-réluctant avec son variateur : 9 200 × 75 = 690 000 kWh cumac. Le compresseur d’un groupe froid de procédé, 110 kW : 14 500 × 110 = 1 595 000 kWh cumac. Les quatre sur un même site : 1 602 000 + 528 000 + 690 000 + 1 595 000 = 4 415 000 kWh cumac. À puissance égale, les 75 kW du compresseur d’air en pompage auraient donné 17 800 × 75 = 1 335 000 kWh cumac : même moteur, même variateur, presque le double selon ce qu’il y a au bout de l’arbre.

Le haut de l’échelle est fixé par la borne du mégawatt : une pompe de 1 000 kW vaut 17 800 × 1 000 = 17 800 000 kWh cumac. Au-delà, la fiche ne plafonne pas P : une machine de 1 200 kW ne correspond simplement pas à la dénomination. En revanche, le texte ne dit rien d’un plafond sur la somme de plusieurs équipements identiques : trois pompes de 400 kW restent chacune sous le mégawatt, et la fiche demande d’additionner, soit 17 800 × 1 200 = 21 360 000 kWh cumac. C’est la lecture littérale, à assumer dans le dossier avec les trois plaques.

La première condition est la technologie, définie par renvoi à la norme CEI 60050-411/A1 : 2007 : machine synchrone dont la vitesse et la fréquence des tensions sont dans un rapport constant, inducteur fait d’aimants permanents, ou rotor non excité à saillies régulières pour le moteur à réluctance, éventuellement muni d’une cage de démarrage. Dans les catalogues, ces moteurs apparaissent sous les sigles PM, PMSM ou IPM pour les aimants permanents, SynRM ou synchro-réluctant pour la réluctance. Un moteur asynchrone, quelle que soit sa classe de rendement, n’entre dans aucune de ces définitions.

La fiche écarte ensuite trois familles en toutes lettres : les moteurs « EC », « pas à pas » et « à réluctance variable ». C’est le point le plus délicat du texte. Un moteur EC, à commutation électronique, est physiquement un moteur à aimants permanents piloté par une électronique intégrée, très répandu en ventilation. La fiche l’exclut pourtant nommément, sans donner de critère de distinction avec le moto-variateur synchrone qu’elle valorise. La lecture prudente est de s’en tenir à la désignation du fabricant : un produit documenté comme moteur EC ou ventilateur EC ne se dépose pas en IND-UT-114. De même, le moteur « à réluctance variable », à alimentation par impulsions commutées, est exclu alors que le moteur synchrone « à réluctance » est éligible : le vocabulaire de la fiche technique du constructeur doit être repris mot pour mot.

Viennent ensuite la puissance nominale, inférieure ou égale à 1 MW, et la mise en place par un professionnel : aucune qualification particulière n’est exigée, mais la fiche ne définit pas le professionnel : la lecture prudente est de disposer de la facture d’une entreprise extérieure plutôt que d’un montage par la maintenance du site. Enfin la preuve de réalisation, en pratique la facture, suit l’un de deux chemins. Soit elle mentionne la mise en place d’un moto-variateur synchrone à aimants permanents ou à réluctance et sa puissance nominale. Soit elle mentionne un équipement avec sa marque et sa référence, et un document du fabricant atteste que cette référence est un tel moto-variateur et précise sa puissance nominale. Une facture qui parle de « motorisation » ou de « moteur et variateur » ne remplit aucun des deux chemins sans la fiche constructeur.

Un dossier IND-UT-114 tient sur peu de pièces : un devis, une facture, une plaque ou une fiche constructeur, et la description de la machine entraînée. Chaque pièce est décisive. Le bon réflexe consiste à verrouiller trois choses avant la commande : la technologie, avec un document du fabricant qui emploie les mots de la fiche, la puissance nominale en kW et la référence exacte ; l’application, en rattachant la machine entraînée à l’une des cinq lignes du barème ; et la chronologie, en faisant intervenir le mandataire avant la signature. Une fois ces points calés, le calcul tient en une multiplication et le dossier passe.

• Technologie non prouvée : facture qui parle de moteur, de motorisation ou de variateur sans qualifier le moteur, et aucun document du fabricant joint. C’est le défaut le plus courant.
• Moteur EC déposé comme moto-variateur à aimants permanents, ou moteur asynchrone à haut rendement avec variateur présenté comme éligible : la documentation du produit le révèle immédiatement.
• Puissance mal lue : ampères ou kVA du variateur retenus à la place des kW du moteur, ou puissance nominale supérieure à 1 MW, hors dénomination sans écrêtage.
• Application gonflée : compresseur d’air déclaré en « autre application » ou en pompage pour gagner une ligne du barème, alors que la machine entraînée doit être identifiable dans le dossier.
• Regroupement abusif : moto-variateurs de modèles ou de puissances différents additionnés sur une seule ligne, ou référence du document du fabricant qui ne correspond pas à celle de la facture.
• Installation sans professionnel, ou mandataire intervenu après la signature du devis : le rôle actif et incitatif doit être établi au plus tard le jour de l’engagement.