Choisir un moteur électrique silencieux : d'où vient le bruit et quelles décisions le réduisent ?

Sur le toit d'un hôtel, un ventilateur d'extraction commence à faire l'objet de plaintes après 23 h 00. On effectue des mesures et l'on constate que le ventilateur est entraîné en direct par un moteur 2 pôles. Le moteur n'est pas en panne ; il n'est simplement pas au bon endroit, ni à la bonne vitesse. En passant à un entraînement par poulies avec un moteur 4 pôles, la roue du ventilateur ne ralentit pas pour un même débit, mais le ronflement propre du moteur et le souffle de son ventilateur de refroidissement diminuent nettement. La plupart des recherches de moteur électrique silencieux commencent ainsi : le problème est décrit comme « un moteur bruyant », alors que la solution réside le plus souvent dans quelques décisions prises au moment du choix.

Nous passons ci-dessous en revue les décisions qui influent réellement sur le bruit, par ordre d'importance et à l'aide d'exemples rencontrés sur le terrain.

Identifiez d'abord l'origine du bruit

Le bruit émis par un moteur asynchrone en fonctionnement ne provient pas d'une source unique. En pratique, il comporte trois composantes :

• Ronflement magnétique : il naît de la mise en vibration des tôles par les forces magnétiques entre stator et rotor ; c'est un son continu et tonal, à des multiples de la fréquence du réseau.
• Bruit aéraulique : il est produit par le ventilateur de refroidissement monté sur l'arbre et par l'air qui circule entre les ailettes de la carcasse. Il augmente très vite avec la vitesse ; c'est généralement lui qui domine sur les moteurs 2 pôles.
• Bruit mécanique : roulements, défaut d'équilibrage, pièces desserrées et machine à laquelle le moteur est accouplé.

Un simple test sur site est efficace : coupez le moteur en marche au disjoncteur et écoutez. Le son tonal qui disparaît dès la coupure de l'alimentation est d'origine magnétique. Le souffle qui décroît à mesure que le moteur ralentit vient du ventilateur. Quant au bruit qui persiste même moteur arrêté, ou qui augmente pendant le ralentissement, il est le plus souvent lié au montage, à l'accouplement ou à la machine entraînée ; dans ce cas, changer le moteur ne résout pas le problème.

Nombre de pôles : la décision qui change le plus le bruit

La vitesse en bout de pale du ventilateur de refroidissement est proportionnelle à la vitesse de rotation, tandis que la puissance acoustique qu'il produit croît selon une courbe beaucoup plus raide. C'est pourquoi, à puissance égale, un moteur 2 pôles (environ 3000 tr/min) est presque toujours plus bruyant que son équivalent 4 pôles (environ 1500 tr/min). Pour les ventilateurs, pompes et centrales de traitement d'air sensibles au bruit, la première question est donc : ce travail peut-il être assuré avec 4 ou 6 pôles ?

Ce choix a un coût mécanique dont il faut tenir compte. Le couple s'obtient approximativement par 9550 × kW / tr/min. Un moteur de 7,5 kW fournit environ 24 Nm en 2 pôles contre environ 48 Nm en 4 pôles ; le moteur à vitesse plus basse a donc une carcasse plus grande, et les dimensions de l'arbre et des roulements changent. Sur une pompe en entraînement direct, réduire la vitesse revient aussi à changer la pompe elle-même. Sur un ventilateur à courroie, il suffit le plus souvent de recalculer le rapport des poulies.

Matériau de la carcasse et point de charge

Grâce à sa masse et à son amortissement interne, une carcasse en fonte transmet moins les vibrations magnétiques qu'une carcasse en aluminium. Aux petites puissances, la différence est limitée ; aux puissances moyennes et élevées, elle s'entend nettement. Nous avons examiné l'aspect coût du matériau dans un comparatif dédié entre carcasse en fonte et carcasse en aluminium.

Une erreur fréquente consiste à choisir un moteur d'une ou deux tailles au-dessus « pour qu'il travaille à l'aise et reste silencieux ». Un gros moteur peu chargé ne ronfle pas moins, et son ventilateur de refroidissement est plus grand. Le résultat est souvent un niveau sonore plus élevé et un facteur de puissance dégradé. Lorsqu'il est choisi pour être chargé à une fraction raisonnable de sa puissance nominale au point de fonctionnement, le moteur tourne de façon plus équilibrée, tant pour le bruit que pour le rendement.

Le sifflement des moteurs alimentés par variateur

Un moteur alimenté par un variateur de fréquence émet un son différent de celui d'une alimentation directe sur le réseau : un sifflement fin et aigu produit par la fréquence de découpage. Ce bruit ne traduit pas une panne du moteur. Augmenter la fréquence de découpage du variateur déplace le son vers une zone où l'oreille humaine est moins sensible ; en contrepartie, les pertes de commutation du variateur augmentent et sa capacité en courant peut diminuer. Ce réglage doit impérativement suivre le tableau du fabricant du variateur.

Le variateur apporte aussi un avantage : la nuit, réduire le débit et donc la vitesse diminue le bruit du ventilateur à la fois sur le moteur et sur la roue entraînée. Attention toutefois : sur les moteurs à ventilateur monté sur l'arbre (IC411), un fonctionnement prolongé à basse vitesse affaiblit le refroidissement ; si ce profil de fonctionnement est prévu, le besoin d'une ventilation forcée doit être évalué avant la commande.

Quand le bruit ne vient pas du moteur mais du montage

Une part importante des bruits faisant l'objet de plaintes ne naît pas dans le moteur. Un moteur dont un pied ne repose pas parfaitement sur le socle (pied bancal), un châssis en tôle mince dont la résonance propre coïncide avec la vitesse du moteur, une courroie trop tendue ou un accouplement désaligné rendent bruyant même un moteur silencieux. Dans ce cas, pour contrôler l'alignement de l'arbre, consultez notre guide sur le choix des accouplements et l'alignement des arbres. Les plages de vibrations acceptables sont détaillées dans notre article sur les valeurs admissibles de vibration.

Les mesures pratiques sont simples : poser le moteur sur un socle rigide et plan, placer si nécessaire des isolateurs de vibrations entre le châssis et le bâtiment, utiliser des manchettes souples sur les raccordements de gaines et régler la tension des courroies à la valeur du fabricant.

Ce qu'il faut préciser avant la commande

La demande « nous voulons un moteur silencieux » ne constitue pas, à elle seule, un cahier des charges exploitable. Indiquer les informations suivantes lors de la demande de devis permet de trouver rapidement le bon produit :

• la limite sonore admise, la distance à laquelle elle s'applique et s'il s'agit d'une puissance acoustique ou d'une pression acoustique (vous trouverez pourquoi cette distinction est importante dans l'article consacré à la différence entre puissance et pression acoustiques),
• l'application, la vitesse ou le nombre de pôles et la puissance réelle d'exploitation,
• le fonctionnement ou non sur variateur et la plage de vitesse,
• la forme de montage, la température ambiante et l'installation du moteur dans un volume fermé ou en plein air.

À titre de référence, dans les séries triphasées du catalogue HEM Motor, le niveau sonore se situe environ entre 58 et 75 dB(A) selon la puissance, le nombre de pôles et la carcasse, et environ entre 52 et 70 dB(A) pour la famille IE5 à 1500 tr/min. Les rotors sont équilibrés dynamiquement en classe G2.5 / G6.3 et l'objectif de vibration est d'environ 1,8 mm/s ou moins. La valeur exacte de chaque modèle figure dans son rapport d'essai.

En bref

L'ordre de résolution d'un problème de bruit est le plus souvent le suivant : identifier la source, réduire la vitesse autant que possible, faire travailler le moteur à la bonne charge, corriger le réglage du variateur et le montage. Si vous contactez notre équipe technique en précisant la limite sonore et les conditions de fonctionnement de votre application, nous évaluerons ensemble l'option de pôles et de carcasse adaptée.

Foire aux questions

Si je remplace un moteur 2 pôles par un 4 pôles, de combien le bruit diminue-t-il ?

L'écart exact dépend de la puissance et de la carcasse, mais à puissance égale, un moteur 4 pôles est généralement nettement moins bruyant, car son ventilateur de refroidissement tourne à mi-vitesse. Avant le changement, il faut recalculer le besoin en vitesse de la machine entraînée et le rapport de poulies ou de réducteur.

Placer une housse d'isolation acoustique sur le moteur est-il une solution ?

Une housse fermée peut réduire le bruit, mais elle coupe aussi l'air de refroidissement du moteur et fait monter la température du bobinage. Si un caisson est nécessaire, il faut concevoir un capotage acoustique avec un circuit de ventilation calculé, évacuant la chaleur du moteur, et évaluer la température ambiante en conséquence.

Un moteur neuf était silencieux les premiers jours, puis le bruit a augmenté : quelle peut en être la cause ?

Les causes les plus fréquentes sont le desserrage des boulons du socle, l'allongement de la courroie pendant sa période de rodage et le décalage de l'alignement de l'accouplement. Si le bruit s'est transformé en grondement provenant des roulements, il faut vérifier l'état de graissage et rechercher un éventuel choc subi par l'arbre lors du montage.

Augmenter la fréquence de découpage du variateur endommage-t-il le moteur ?

Côté moteur, cela ne pose généralement pas de problème ; l'ondulation du courant diminuant, la température du bobinage peut même baisser légèrement. L'effet principal concerne le variateur : les pertes de commutation augmentent et son courant permanent admissible peut diminuer, si bien que le choix doit être vérifié d'après le tableau du variateur.