Le moteur sans balais (brushless motor en anglais) est un moteur électrique qui fonctionne sur le courant continu et qui possède un rotor équipé d’un ou plusieurs aimants permanents et pourvu d’un capteur de position rotorique. Il comporte d’ailleurs les mêmes composantes qu’un moteur à courant continu, à l’exception du collecteur, mais la position des aimants permanents et des bobines est inversée. Le rotor est composé d’un ou plusieurs aimants permanents et le stator de plusieurs bobinages.

Origine du moteur sans balais
Le moteur sans balais, qui commence à équiper plusieurs outils aujourd’hui, ne date pas d’hier.  Pour bien comprendre son origine, il faut remonter jusqu’au moteur avec balais inventé par M. Ernst Werner von Siemens en 1856. Bien que rudimentaire, ce moteur a connu plusieurs améliorations au fil des décennies, dont l’une d’elles était un rhéostat servant à contrôler avec précision la vitesse de rotation de l’arbre.

La porte du moteur sans balais s’est ouverte au début des années 1960 avec l’arrivée de gradateur de puissance pouvant convertir le courant alternatif (AC) en courant continu (DC). En 1962, T. G. Wilson et P. H. Trickey on publié un article décrivant un moteur sans balais fonctionnant sur le courant continu et doté d’une technologie où le magnétisme d’aimants est mis en opposition successivement par un dispositif électrique. La grande trouvaille dans le concept du moteur sans balais était évidemment l’absence d’un commutateur physique servant à transmettre le courant.

Ce n’est toutefois que dans les années 80 que le moteur sans balais a vraiment connu un début digne de ce nom. La plus grande disponibilité d’aimants permanents, combinée à des transistors à haut voltage, ont permis au moteur sans balais de générer autant de puissance que les moteurs pourvus de balais. Évidemment, les améliorations au moteur sans balais se sont poursuivies sans cesse au cours des trois dernières décennies. Ils sont toutefois devenus une réalité dans certaines industries avant d’autres.

Si on les retrouve aujourd’hui dans plusieurs outils électroportatifs, c’est tout simplement parce que la miniaturisation du contrôle électronique et le perfectionnement des méthodes de la fabrication industrielle permettent aujourd’hui de produire ces outils à un coût somme toute raisonnable. Les outils avec moteur sans balais sont pour le moment considérés comme des produits haut de gamme chez les fabricants d’outillage, mais rien n’indique que d’ici quelques années, ils ne deviennent pas la norme.

Mode de fonctionnement
Pour actionner le moteur sans balais, on alimente les bobines de façon séquentielle afin de créer un champ magnétique qui tournera à la même fréquence que les tensions d’alimentation. L’aimant permanent du rotor cherche donc à s’orienter dans le sens du champ magnétique, mais ce dernier se déplace et s’éloigne continuellement en tournant. Le rotor poursuit donc sa course pour rejoindre le champ magnétique, ce qui induit la rotation. La vélocité de cette rotation est contrôlée par une puce électronique présente à l’intérieur dans l’outil. Cette dernière détecte la puissance exigée par l’utilisateur par le biais de la gâchette, mais aussi en réponse à la charge de travail que l’outil effectue. Si une baisse de régime est détectée, parce que l’outil travaille trop fort, par exemple lors du perçage d’un trou profond, le contrôle électronique compense en envoyant plus de courant au moteur, et ce, afin de maintenir une vitesse de rotation stable.

Avantages du moteur sans balais
Le principal avantage du moteur sans balais est l’élimination des balais responsables de la friction sur le rotor. Cette friction crée de la chaleur, donc un importante perte d’efficacité et d’énergie, en plus de générer des étincelles. Un moteur sans balais est donc beaucoup plus durable puisqu’il ne possède pas de balais qui s’usent et qui doivent être remplacés. Enfin, puisque la friction est réduite au minimum, le moteur est capable de faire un usage beaucoup plus efficace et performant de l’électricité qu’il reçoit d’une batterie ou d’une source électrique conventionnelle.

Considération d’achat
Est-ce préférable, du point de vue d’un consommateur, d’investir dans des outils équipés de moteurs sans balais? Il n’y a malheureusement pas de bonne réponse à cette question, car ce sont d’abord les besoins réels de l’usager qui devraient normalement guider sa décision. À cet égard, et à moins d’avoir des besoins très particuliers, le bricoleur occasionnel trouvera peu de justifications en ce moment pour se procurer un outil de qualité professionnelle équipé d’un moteur sans balais. Toutefois, le travailleur qui recharge ses batteries d’outils fréquemment, ou encore celui qui effectue des travaux très exigeants avec ses outils à batterie, verra un gain de productivité nettement appréciable en utilisant des outils dotés de moteurs sans balais. Dans certains cas, il est même possible de remplacer un outil électrique conventionnel par une version à batterie, et ce, sans perte de puissance significative.

Cet article reflète le portrait actuel de la situation en 2013 et 2014, mais la donne pourrait changer bientôt et très rapidement. En effet, puisque même si tous les fabricants d’outillage principaux offrent des outils sans balais à ce jour, il est probable que les coûts de fabrication diminuent éventuellement à un point où cette technologie deviendra courante et moins coûteuse. Ce jour n’est pas encore arrivé, mais il n’est probablement pas très loin non plus.

Réflexion personnelle
Pour avoir participé à de nombreux événements média organisés par les fabricants d’outillage majeurs, et pour avoir discuté avec les personnes responsables de la recherche, du développement et de la commercialisation de plusieurs catégories de produits, il est assez évident que la tendance lourde dans le domaine de l’outillage est d’offrir davantage de solutions sans fil à l’avenir. Cette tendance est amplement soutenue par les améliorations constantes des batteries Li-ion et de l’introduction du moteur sans balais.

Bien entendu, les amateurs de théories du complot perçoivent déjà dans cette direction, une prise en otage des consommateurs puisqu’il faudra éventuellement remplacer les batteries épuisées à fort coût. Or, ce raisonnement ne tient pas la route pour une raison très simple. En laissant le coût de l’outil en dehors de l’équation, si vous aviez le choix, à puissance et poids équivalents, entre un outil sans fil, ou un modèle doté d’un cordon électrique, lequel choisiriez-vous? À moins d’être de mauvaise foi, l’outil sans fil devrait normalement faire l’unanimité pour la simple et unique raison qu’il n’est plus nécessaire d’avoir une prise électrique à proximité de soi pour utiliser l’outil. De plus, la présence d’un fil sur un outil électrique pose d’autres problèmes comme des débranchements accidentels ou le fait d’être parfois trop court. Côté sécurité, le cordon électrique peut faire trébucher une personne qui s’y emmêle les pieds ou même être la cause d’une électrocution potentiellement mortelle si le boitier de l’outil n’est pas isolé, ce qui est assez fréquent sur les modèles bas de gamme.

Bref, la liste des inconvénients des outils équipés d’un moteur électrique est assez longue, mais ce qu’il faut avant tout retenir, c’est qu’il n’y a plus d’améliorations significatives à prévoir pour les outils électriques dans un avenir rapproché. Le courant alternatif de 110v à 60Hz fourni par une prise électrique standard impose ses propres limites et les fabricants d’outillage ont exploité chaque électron disponible. Cela ne veut pas dire pour autant qu’il n’y a plus d’améliorations à prévoir, ou que les outils électriques sont voués à la disparition, mais plutôt que les seules améliorations significatives et réalisables ne viendront que des outils à batterie à l’avenir. Cela s’explique tout simplement par le fait que le fabricant d’outillage possède le contrôle sur la partie moteur de l’outil, mais aussi sur sa source d’alimentation en énergie. À partir du moment où l’industrie consacre la plus grande partie de ses efforts à concevoir des batteries toujours plus performantes, l’équation est on ne peut plus évidente. À ce jour, les batteries de 3.0Ah et de 4.0Ah sont la norme supérieure, certains fabricants proposent déjà des batteries de 5.2Ah, alors qui sait si dans quelques années, il n’y aura pas de batteries de 8.0Ah ou même de 12Ah?

J’ai eu l’occasion de tester la scie circulaire à batterie M18 FUEL de Milwaukee lors du Symposium 2013. Le test consistait à couper trois panneaux de copeaux de 5/8 po d’épaisseur d’un seul coup. À ma grande surprise, l’outil a offert une performance en tout point comparable à celle d’une scie circulaire électrique.

D’ailleurs, au cours de l’été 2013, j’ai eu la chance de participer à un événement média d’un fabricant majeur. La démonstration y a été clairement faite que certains outils à batterie équipés d’un moteur sans balais performent à la hauteur de leurs équivalents électriques, quand ils ne les dépassent pas carrément. À titre d’exemple, la clé à chocs la plus puissante sur le marché, au moment d’écrire ces lignes, n’est pas un modèle fonctionnant à l’air comprimé ou à l’électricité, mais bien une version à batterie Li-ion de 18 volts. Côté scie alternative, un modèle à batterie et moteur sans balais surclasse aisément son équivalent électrique pourtant doté d’un moteur de 12 ampères.

En conclusion, il est juste de dire que nous sommes désormais à parité, en terme de puissance brute, entre les outils électriques et leurs équivalents à batterie. Il ne faudra pas se surprendre que d’ici quelques années à peine, les outils électriques soient perçus comme des produits moins performants.

Référence Wikipédia