Comment fonctionne le démarreur : solénoïde, pignon, réducteur, induit et balais
Le démarreur fonctionne en deux temps : lorsque vous tournez la clé, le solénoïde pousse le pignon à s'engrener dans la couronne du volant moteur et ferme les contacts de puissance ; le moteur électrique, composé de l'induit, des balais et du champ magnétique, tourne alors et entraîne le moteur thermique jusqu'à son démarrage. Une roue libre protège le démarreur lorsque le moteur démarre.
Comprendre le fonctionnement permet d'interpréter les symptômes. Un clic sans rotation, une rotation à vide, un grincement ou un ronflement après le démarrage désignent chacun un composant différent. Connaître le rôle de chaque pièce permet de savoir où chercher la panne et quelle pièce, individuelle ou complète, est réellement nécessaire.
Que se passe-t-il lorsque vous tournez la clé ?
Le cycle de démarrage ne dure que quelques secondes, mais comprend une séquence précise d'événements électriques et mécaniques. Chaque étape dépend de la précédente.
- Autorisation de démarrage : le contacteur d'allumage, ou le calculateur sur les véhicules à bouton, envoie du courant à la borne 50 du solénoïde. Sur les véhicules modernes, la commande passe par un relais de démarrage et nécessite certaines autorisations, comme la pédale d'embrayage enfoncée ou le levier de boîte automatique en P ou N, ainsi que la reconnaissance de la clé par l'antidémarrage.
- Excitation du solénoïde : le courant traverse deux enroulements, l'enroulement d'appel et celui de maintien. Ensemble, ils produisent un champ magnétique puissant qui attire le noyau mobile.
- Engagement du pignon : le noyau mobile tire la fourchette de commande, qui pousse le pignon vers la couronne dentée du volant moteur. Si les dents se présentent « face contre face », un ressort interne permet au noyau de terminer sa course et le pignon s'engrène dès que l'induit commence à tourner.
- Fermeture des contacts de puissance : en fin de course, le noyau pousse un disque de contact reliant la borne 30, positif de la batterie, à la borne 45 alimentant le moteur électrique. À cet instant, les deux extrémités de l'enroulement d'appel sont à la même tension et il cesse d'absorber du courant, tandis que l'enroulement de maintien garde le noyau en position.
- Entraînement : l'induit tourne avec un couple élevé et fait tourner, par le pignon, le volant moteur puis le vilebrequin.
- Désengagement : lorsque la clé est relâchée, le solénoïde n'est plus excité, le ressort de rappel ramène le noyau, les contacts s'ouvrent et le pignon revient.
Pendant la fraction de seconde entre le démarrage du moteur et le relâchement de la clé, le volant moteur tourne plus vite que le pignon. La roue libre laisse le pignon tourner librement dans ce sens sans entraîner l'induit, qui atteindrait sinon des vitesses dommageables.
À quoi sert chaque composant du démarreur ?
Le solénoïde et les contacts de puissance
Le solénoïde, également appelé électroaimant ou contacteur de démarreur, assure deux fonctions : il déplace mécaniquement le pignon et sert d'interrupteur au courant principal, qui peut dépasser plusieurs centaines d'ampères. Les contacts de puissance sont deux goujons en cuivre reliés par le disque mobile. À chaque démarrage, un petit arc électrique se forme et les use progressivement : c'est pourquoi, après de nombreux cycles, le solénoïde commence à cliquer sans transmettre le courant.
La fourchette de commande
La fourchette est un levier articulé qui transforme le mouvement du noyau du solénoïde en déplacement du pignon. Elle est souvent en plastique renforcé ou en acier embouti. Si elle casse, le solénoïde claque et le moteur électrique tourne, mais le pignon n'avance pas.
Le pignon et la roue libre
Le pignon est un engrenage de petit diamètre, dont le nombre de dents varie généralement entre huit et treize environ. Il est monté sur un embrayage unidirectionnel à rouleaux : des rouleaux logés dans des rampes bloquent le pignon lorsque l'induit l'entraîne et le libèrent lorsque le volant moteur tourne plus vite. L'ensemble coulisse sur un arbre à cannelures hélicoïdales qui favorisent l'engagement. Dans le langage courant, l'ensemble est appelé « Bendix ».
L'induit et le collecteur
L'induit est le rotor du moteur électrique : un empilage de tôles portant des bobinages en cuivre reliés aux lames du collecteur. En frottant sur le collecteur, les balais inversent le courant dans les bobinages à chaque demi-tour et maintiennent la rotation. L'induit tourne sur des bagues en bronze fritté ou des roulements ; lorsqu'ils s'usent, l'induit peut frotter contre les aimants ou les pièces polaires et le démarreur ralentit.
Les balais
Les balais sont de petits blocs de graphite et de cuivre plaqués contre le collecteur par des ressorts. Ils s'usent à chaque démarrage. Lorsqu'ils deviennent trop courts, le contact se dégrade et le démarreur tourne irrégulièrement ou ne tourne plus du tout. Ils sont généralement quatre, montés sur un porte-balais remplaçable sous forme de kit.
Aimants permanents ou bobinages inducteurs
Le champ magnétique dans lequel tourne l'induit peut être produit par des aimants permanents collés ou fixés à l'intérieur du carter, ou par des bobinages inducteurs en cuivre reliés en série avec l'induit. Les aimants permanents réduisent le poids et l'encombrement et constituent la solution la plus courante sur les voitures modernes. Les bobinages inducteurs, typiques des démarreurs de gros diesels, de véhicules industriels et de tracteurs, offrent un couple de démarrage très élevé.
Le réducteur
Dans les démarreurs à réduction, un ensemble d'engrenages entre l'induit et le pignon diminue la vitesse et augmente le couple. Le type le plus courant est épicycloïdal : un pignon solaire sur l'arbre de l'induit entraîne trois satellites à l'intérieur d'une couronne fixe, et le porte-satellites transmet le mouvement à l'arbre du pignon. Il existe également des réducteurs à engrenages parallèles, avec un engrenage intermédiaire sur un axe décalé. Grâce au réducteur, l'induit peut être plus petit et plus rapide, et le démarreur plus léger à couple égal.
Pourquoi le démarreur dépend autant de la batterie, des câbles et des masses
Le démarreur est le consommateur qui absorbe le plus de courant dans le véhicule. Sur une petite voiture essence, le courant pendant l'entraînement est de l'ordre d'une centaine d'ampères ou un peu plus ; sur un diesel de forte cylindrée, il peut atteindre plusieurs centaines d'ampères, avec des pointes encore plus élevées à l'instant du lancement, lorsque l'induit est immobile.
Avec des courants aussi élevés, même une faible résistance produit une chute de tension importante. Le circuit de puissance comprend la borne positive de la batterie, le câble jusqu'à la borne 30, les contacts du solénoïde, le moteur électrique et le retour à la masse par la bride, le bloc moteur et la tresse de masse vers la borne négative. Une cosse oxydée ou une tresse corrodée à n'importe lequel de ces endroits réduit la tension disponible et le démarreur ralentit ou s'arrête.
Cette dépendance explique pourquoi un bon diagnostic commence toujours par la batterie et les connexions. Les tests pratiques sont décrits dans le guide comment tester le démarreur par la chute de tension.
Termes à connaître sur le fonctionnement du démarreur
- Enroulement d'appel
- La bobine du solénoïde qui fournit la force nécessaire pour attirer le noyau. Elle fonctionne uniquement jusqu'à la fermeture des contacts de puissance.
- Enroulement de maintien
- La bobine du solénoïde qui maintient le noyau en position pendant l'entraînement. Elle absorbe moins de courant que l'enroulement d'appel.
- Roue libre
- L'embrayage unidirectionnel qui transmet le couple du démarreur au volant moteur, mais pas l'inverse. Sur les motos, il existe aussi une roue libre de démarrage séparée, montée sur le moteur.
- Collecteur
- L'ensemble des lames en cuivre sur l'induit, sur lesquelles frottent les balais. S'il est usé ou sale, le démarreur perd en efficacité.
- Couronne du volant moteur
- L'anneau denté dans lequel s'engrène le pignon, monté sur le volant moteur avec une boîte manuelle ou sur le plateau d'entraînement avec une boîte automatique.
Du fonctionnement au diagnostic : les guides associés
Connaître le rôle de chaque composant permet de relier chaque symptôme à la pièce responsable. Les guides suivants appliquent ces principes aux situations pratiques.
Symptômes d'un démarreur défectueux
Chaque composant présente un mode de panne typique : les contacts du solénoïde produisent le clic, la roue libre la rotation à vide, les balais la rotation irrégulière. Le guide des symptômes d'un démarreur défectueux les classe.
Pignon, Bendix et couronne
La partie mécanique de l'engagement est la plus exposée aux bruits et aux grincements. Les détails figurent dans le guide il tourne à vide, ne s'engrène pas, grince.
Caractéristiques déterminant la compatibilité
Réducteur, puissance, pignon et bride varient d'un démarreur à l'autre. Pour choisir la bonne pièce, consultez le guide des caractéristiques du démarreur.
Lexique technique complet
Pour toutes les définitions des composants du circuit électrique, du solénoïde à la couronne dentée, consultez le glossaire technique.
Tous ces sujets font partie du guide complet du démarreur.
Exemples pratiques : quel composant est défectueux ?
Le clic sec sans rotation
Sur une voiture dont la batterie est chargée et les connexions propres, le solénoïde claque mais le moteur électrique reste immobile. Le noyau arrive en fin de course, mais le disque ne relie plus les contacts de puissance, usés par l'arc électrique. Il s'agit d'une panne du solénoïde, pas de l'induit, qui se résout sur de nombreux modèles en remplaçant seulement le solénoïde ou le kit de contacts. Le diagnostic complet figure dans le guide il clique mais ne tourne pas.
Le démarreur ronfle mais le moteur reste immobile
On entend le démarreur tourner rapidement, mais le vilebrequin ne bouge pas. La roue libre ne bloque plus le pignon : les rouleaux ou les ressorts sont usés. L'ensemble pignon doit être remplacé, en contrôlant également les dents de la couronne.
Questions courantes sur le fonctionnement du démarreur
Bendix et roue libre désignent-ils la même chose ?
Dans le langage d'atelier, oui. Au sens strict, le « Bendix » était un système d'engagement à inertie dans lequel le pignon avançait sous l'effet de la rotation de l'arbre, sans fourchette. Aujourd'hui, presque tous les démarreurs utilisent un engagement commandé par le solénoïde avec une roue libre à rouleaux, mais le nom est resté.
Le solénoïde n'est pas un relais ordinaire
Le solénoïde du démarreur est un relais de puissance doté d'une fonction mécanique supplémentaire : le déplacement du pignon. Le relais de démarrage situé dans le boîtier de fusibles commute seulement le faible courant qui arrive à la borne 50.
Les motos utilisent le même principe
Le principe est similaire, mais sur de nombreuses motos et scooters, le démarreur ne possède pas de solénoïde fixé dessus : il existe un relais de démarrage séparé et une roue libre montée sur le moteur. Ce sujet est traité dans le guide principal consacré aux motos et scooters.
Questions fréquentes sur le fonctionnement du démarreur
Pourquoi le démarreur a-t-il besoin d'autant de courant ?
Il doit vaincre la compression des cylindres et les frottements du moteur froid en quelques instants. Produire ce couple sous 12 V exige des courants très élevés, d'une centaine à plusieurs centaines d'ampères.
Quelle différence entre démarreur direct et à réduction ?
Dans le démarreur direct, le pignon est sur l'arbre de l'induit ; dans le modèle à réduction, un ensemble d'engrenages multiplie le couple. Le démarreur à réduction est plus léger et compact à performances égales.
Qu'est-ce qui protège le démarreur lorsque le moteur démarre ?
La roue libre du pignon. Elle empêche le volant moteur d'entraîner l'induit à une vitesse excessive pendant le bref délai précédant le retour du pignon.
Le démarreur fonctionne-t-il aussi en roulant ?
Non, il travaille uniquement pendant les quelques secondes du démarrage. S'il continue à tourner moteur en marche, une panne doit être corrigée immédiatement, comme l'explique le guide du démarreur qui reste engagé.