Qu'est ce qu'un vélo à assistance
électrique moderne ?
(partie I : vulgarisation)
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| Côté légal |
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La directive
européenne EC2002/24, considère comme une bicyclette conventionnelle
tous les deux roues à motorisation électrique respectant les critères
principaux suivant :
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Respect des
normes relatives aux bicyclettes (en France, il existe un peu plus d'une
quarantaine de réglementations en vigueur sur la bicyclette et ses composantes),
-
Assistance
exclusivement liée au pédalage,
-
Motorisation d’une puissance continue inférieure ou égale à 250 Watts,
-
Coupure
progressive ou immédiate de l’assistance au-delà de 25 km/h.
Ces deux roues sont
alors appelés cycles à assistance électrique, vélos à assistance
électrique ou VAE.
Considérés comme des
bicyclettes, ils peuvent donc être utilisés sur les pistes, bandes cyclables
et voies vertes. Ils ne sont pas soumis à une assurance spécifique ou au port du
casque.
A contrario, tout cycle
à motorisation électrique dont la motorisation agirait seule, sans
intervention musculaire humaine, au delà de 6 km/h, est catégorisé comme
cyclomoteur léger. Il doit alors être immatriculé depuis le 1er juillet
2004 pour les véhicules neufs.
L’utilisateur doit
alors se conformer aux règles suivantes :
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| Côté pratique |
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Il s'agit
d'un vélo, muni d'un moteur et d'une batterie (et
d'autres composants électriques)
dont la vocation première est d'accompagner le cycliste dans ses efforts.
Il s'agit bien d'une assistance et non pas d'une propulsion. Le pédalage
déclenche le moteur qui puise son énergie dans la batterie. Celle-ci (amovible) est rechargeable sur le secteur par l'intermédiaire
d'un chargeur externe.
Certains regretterons
le principe du "Solex" où le cycliste n'intervenait que lorsque
nécessaire, mais évolution législative aidant, il est maintenant
considéré comme un cyclomoteur : certificat de conformité, assurance et port de casque motocyclette
sont désormais de son apanage.
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| Côté technique |
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Comment dire ?
Tous les vélos à assistance que vous pourrez essayer sont vraiment différents
les uns des autres !
Chaque constructeur vise une clientèle bien ciblée, et le
ou les produits proposés répondent donc à ces attentes.
Les points
suivants vous permettront de comprendre un peu mieux :
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La PARTIE
CYCLE
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La partie cycle (cadre,
roues, guidon, fourche et autres composants) est similaire sinon
identique aux parties cycles de bicyclettes traditionnelles.
Le cadre :
Certains
composants de la motorisation peuvent nécessiter un aménagement de
celui-ci pour intégrer au mieux moteur et batteries.
Un cadre
spécifique offre l'énorme intérêt de positionner et de répartir les
masses supplémentaires au mieux.
Esthétisme, fiabilité et cohérence de l'ensemble rentrent
aussi dans les critères de conception.
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| La fourche : |
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De plus en plus
souvent proposée à suspension intégrée, de la fourche à tampon élastomère et ressort à 10 € (prix
public 2005) à la fourche hydraulique à plus de 600 € (prix public 2005).
L'augmentation de confort est évidente, néanmoins cela rajoute environ
2 kg au poids du cycle, c'est aussi un point supplémentaire de jeu
dans la direction. |
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Le montage en seconde monte est envisageable même
pour les vélos à assistance électrique avec un moteur dans le moyeu
avant. |
| La potence et le guidon : |
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Avec la selle ce sont les éléments de confort au quotidien.
La hauteur de réglage de la potence et son inclinaison permettent de trouver un positionnement optimum, type
dos droit. |
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Privilégiez un
guidon (ou cintre) avec une forme ville très ouverte, plutôt
qu'un modèle droit.
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| Les roues : |
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Composées d'un axe
de roue, d'une jante, de rayons, d'écrous de rayon, d'un fond de jante,
d'une chambre à air et d'un pneumatique, elles servent à la fois à
rouler et à freiner. Il existe sur l'ensemble de ces constituants des
variations de qualité excessives entre le bas de gamme et l'ultra-qualité. |
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Les jantes simple paroi ont laissé la place aux jantes double
paroi.
La forme
de la jante et la tension des rayons augmentent aussi sa rigidité et
donc sa "survie" en milieu urbain (franchissement de
trottoirs, dégradations, etc).
Des pneumatiques adaptés assurent confort et sécurité : les profils
"ville" sont plus pertinents en ville que les autres.
Des pneus sous-gonflés augmentent la
consommation d'énergie (celle du cycliste et celle de la motorisation).
L'apparition des pneumatiques renforcés ou à bande de roulement ultra
épaisse solutionne bien nombre de tracas de crevaison pour le cycliste
quotidien. |
| La selle : |
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A chacun la sienne. Chacun d'entre nous a une assise différente de son
voisin, que ce soit pour la partie osseuse ou
la partie charnue. Une position droite implique une
selle à assise large à l'arrière. Le bec, quand à lui, dépend de
la morphologie de chacun.
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Les selles
en gel ont fait oublier les selles en cuir qui restent parmi les plus
confortables (après rodage !).
La tige de selle suspendue est un accessoire de confort peu coûteux.
Il existe des antivols de tige de
selle pour éviter les petits larcins, mais la solution réside aussi
dans le remplacement du réglage rapide par un système fixe.
Attention :
les selles suspension à ressorts métalliques sont interdites car dans le cas
d'utilisation d'un siège enfant, il y risque de sectionnement des doigts
de l'enfant !!! |
| Les freins : |
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A chaque utilisation son type de freins : |
- les freinages sur jante
présentent plusieurs techniques et formes de freins qui interagissent avec la
jante. Les freinages hydrauliques sur jante sont très méconnus en
France, mais sont vraiment surprenants à l'usage.
- les freinages tambours et
roller-brake
apparaissent petit à petit sur le marché. Prévus pour un usage un
peu plus raisonné, ils présentent l'intérêt d'un freinage
constant quelques soient les conditions météo.
- les freinages à disques
mécaniques ou hydrauliques, pertinents en usage tout terrain, le sont moins
en usage urbain sur un vélo à assistance électrique classique.
- le freinage rétro-pédalage,
très répandu dans le nord de l'Europe, n'est pas accepté par la
clientèle. Plutôt conçu pour une utilisation balade tranquille,
ce type de freinage ne convient pas parfaitement à nos habitudes de
cyclistes.
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| les poignées de freins en
plastique sont théoriquement interdites, car le plastique casse là
où le métal plie. |
| L'éclairage : |
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Son absence ou son disfonctionnement est
passible d'une amende de 11 € (au même titre que tous les
composants de sécurité : sonnette, réfléchisseurs...).
Il
doit être homologué, c'est à dire disposer des marquages E1. |
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Les réflecteurs latéraux fixés sur les rayons de la roue (ou sur
les flancs des pneumatiques) ainsi que sur les pédales sont eux
aussi obligatoires. |
| Le porte bagages et les garde-boues : |
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S'ils ne sont pas essentiels, ils sont indispensables au confort d'une
utilisation quotidienne. |
| Les accessoires : |
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Tout ce qui
fera qu'un vélo est le vôtre... |
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Les MOTEURS
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Le moteur est la
fonction essentielle d'un vélo à assistance électrique. Il partage cette
tâche avec son
électronique de commande.
Il existe des constructeurs spécialisés dans la conception
et la fabrication de motorisation à l’attention des constructeurs de cycles
généralistes.
Le choix d'une
motorisation est fonction des performances souhaitées du vélo à assistance
électrique. La cohérence du cycle est tributaire aussi de la pertinence dans la sélection de
tous les sous-ensembles qui le composent (un bon moteur seul ne suffit pas !). C'est aussi l'image de son positionnement sur le marché.
Si la limite de puissance en régime continu est fixée à 250 Watts, il n'est
pas forcément opportun de choisir systématiquement un moteur de cette
puissance.
Une motorisation est
constituée d'un moteur électrique et suivant les cas d'un système de
démultiplication. Il est donc possible d'obtenir une motorisation ayant une forte
capacité pour franchir les côtes, très roulante, ou bien un peu des deux.
Le moteur de traction électrique est adapté en terme de puissance, de couple et de vitesse de rotation
pour conférer au cycle les caractéristiques attendues en terme de performances et
de confort. Chaque moteur, même identique en apparence, dispose de
caractéristiques différentes. L'électronique qui va piloter le moteur rentre
pour bonne part dans les caractéristiques.
On dénombre, actuellement, plusieurs types de motorisation :
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Le moteur moyeu
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photo
: moteur moyeu prévu pour un axe avant et son bras
anti-couple et sa connectique de puissance. |
Il
s'insère en lieu et place d'un axe de roue avant ou arrière. Il est rayonné
sur la jante comme le serait n'importe quel axe de roue (la taille des rayons
est simplement adaptée).
Apparu dans la première moitié des années 90, le moteur-moyeu présente l’avantage
d’une grande simplicité d’installation car aucune modification sur le cadre du cycle
n'est nécessaire
pour l'intégrer.
Avec ou
sans démultiplication interne, avec ou sans balais, incluant
des capteurs de mesure plus ou moins complexes... ces moteurs sont quasiment sans
entretien. Leur seule faiblesse résiderait dans les connexions d’alimentation soumises aux contraintes extérieures (chutes,
humidité...).
Les électroniques de commande
utilisées pour le pilotage de ces moteurs peuvent être basiques (on/off)
ou complexes (intégration de paramètres extérieurs pour
optimiser la commande).
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Le moteur
déporté : |
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photo
: moteur déporté à transmission par courroie sur couronne
sur l'axe de roue arrière. |
A été la première
solution de transmission utilisée sur les cycles électriques. Simple à mettre
en oeuvre, elle permet d'utiliser un moteur conventionnel et de piloter son
fonctionnement par l'électronique.
L'amplitude des
possibilités de démultiplications offertes par
le rapport de transmission entre la couronne primaire et secondaire permet de choisir facilement les performances
(couple,
vitesse, confort…)
du véhicule.
La transmission peut
être réalisée soit par une courroie, soit par une chaîne. La position du
moteur est totalement libre (au niveau du cadre, près de l'axe de la roue...).
Les constructeurs généralistes utilisent rarement cette
technologie, qui devient vite complexe si les exigences de performances sont
importantes.
Tous les autres composants sont externes.
L'électronique de
commande prend un rôle prépondérant pour exploiter au mieux les performances
de cette solution, même si le fonctionnement on/off reste encore possible.
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Le moteur
pédalier :
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photo :
moteur pédalier intégrant électronique, et système de
démultiplication. Le moteur agit ici directement sur la chaîne
en sortie du plateau du pédalier.
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Apparu en grande série
dans les années 90, il est
constitué d’un bloc comprenant tous les composants de la traction électrique
: le moteur, les capteurs et l’électronique de commande.
Sans aucun
entretien, il réclame la mise en œuvre d’un cadre de cycle spécifique. C’est
actuellement le dispositif le plus recherché par les constructeurs de cycles à
assistance électrique : les caractéristiques sont intéressantes et la
production en série permet d’envisager des solutions économiquement
pertinentes. Par contre, la solution est figée, car contrairement aux moteurs
moyeu, il n'est pas possible de réaliser des blocs moteurs avec des
performances spécifiques à des coûts acceptables.
La démultiplication est
intégrée. L’assistance est
directement disponible au niveau du pédalier pour l’utilisateur. La sensation
de pédale qui se dérobe sous le pied est généralement la description des
utilisateurs à la première utilisation.
Les électroniques de commande sont
directement intégrées dans un bloc. Pour optimiser la consommation d'énergie,
elles sont très sophistiquées.
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Le moteur à friction :
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photo :
moteur à friction par galet sur la bande de roulement du
pneumatique arrière. |
Immortalisé dans les mémoires par le
célèbre "Solex", il représente une solution économique
intéressante pour transformer un cycle en cycle à assistance électrique.
D'un rendement faible et soumis aux
aléas des conditions d'entre le (ou les) galet(s) frotteur(s),
cette solution tendrait à disparaître du marché.
Les électroniques sont généralement
basiques, du type on/off.
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Les CONTRÔLEURS
et les ÉLECTRONIQUES de COMMANDE
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| Les contrôleurs
ou électroniques de commande permettent de réguler l’énergie de la
batterie envoyée au moteur en fonction des paramètres extérieurs fournis par
un ou plusieurs capteurs qui mesurent : |
| L'existence
du pédalage :
(la pédale bouge ou pas) c’est une information basique
mais nécessaire au minimum pour activer le moteur. Le pédalage
déclenche l'alimentation du moteur, et l'arrêt du pédalage la
coupe. La consigne du moteur est d'aller à sa vitesse maximale.
Il n'y a pas de régulation de la consommation électrique. Le
confort d'assistance est rudimentaire.
La vitesse de pédalage
: (à quelle vitesse la pédale tourne-t-elle ?) est
une information qui permet, avec le retour d'information du moteur
sur sa vitesse réelle de rotation, de contrôler un peu mieux le
dosage de l'assistance et donc la consommation électrique. Le
confort d'assistance est supérieur.
L'effort de pédalage
fourni par le
cycliste : est une information plus complexe à détecter,
mais elle permet de réguler l’assistance du moteur proportionnellement à
l'effort du cycliste. La régulation est optimum : le cycliste est
aidé quand il en a besoin. La consommation est réduite au simple
nécessaire et le confort est optimum.
Plusieurs paramètres
peuvent se cumuler, et rendre l'assistance plus souple, plus
pertinente et plus économique en énergie : vitesse d'évolution
de la bicyclette, le
rapport de vitesse enclenché, la température extérieure...
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photo :
capteur de vitesse de pédalage par un dispositif magnétique.
L'électronique compte le nombre de trous et compare avec le temps
utilisé pour faire un tour complet.
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photo :
capteur d'effort de pédalage situé soit dans l'axe du boîtier
de pédalier, soit sur un double plateau avec détection par jauge
de contraintes.
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Naturellement, l’utilisateur
est libre du choix d'activer ou non l'assistance et de rouler en mode
bicyclette. Il peut aussi choisir entre un ou plusieurs niveaux d’assistance différents
: économique, normal ou fort.
En fonction de
ce choix, le contrôleur envoie
le niveau d’énergie électrique nécessaire et suffisant au moteur
pour réaliser la demande du cycliste.
En jouant sur
cette régulation, le constructeur peut donner une prédisposition
particulière à un cycle à assistance électrique en fonction du
profil utilisateur souhaité : sportif, économique...
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Les BATTERIES
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Au même titre
que tous les appareillages à alimentation par batteries rechargeables,
les nouvelles technologies ont permis des gains de poids et de
performances. Les progrès technologiques et la fiabilisation des procédés
de fabrication ont aussi fait évoluer les standards de batteries sur les cycles à assistance
électrique.
Une batterie se
caractérise par :
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une
capacité énergétique, exprimée en Ampères.heure (Ah),
-
une
technologie d'accumulateurs,
-
une
dimension de pack.
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Constituée à partir
d'éléments "standards" du marché, les pack batteries
pour les cycles à assistance électrique sont généralement en
24V ou en 36V.
Le voltage (V) et la capacité
énergétique (Ah) ne sont que deux facteurs qui caractérisent le
pack batterie et non pas les performances du véhicule (autonomie). |
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La batterie d'un
vélo à assistance électrique peut être considérée comme la pièce
d'usure la plus importante. C'est aussi une pièce sensible car :
-
ses
performances sont fortement dépendantes des éléments extérieurs (température, conditions d’utilisation…),
-
le coût
d’achat ou de renouvellement est parfois élevé,
-
elle est
sensible aux chocs,
-
la
durée de vie peux varier du simple au triple, en fonction du
respect des consignes d’utilisation ou des profils d’utilisation
qui peuvent être inappropriés.
Si les performances augmentent,
la diminution significative des prix n'est vraie que sur les technologies éprouvées.
Par contre, l'augmentation des durées de vie, qui repoussent le
remplacement à environ deux ans, laisse
entrevoir un prix plus faible qu'à la date de l'achat. Néanmoins, si
vous attendez la baisse des prix d'une technologie de batterie pour
acheter un vélo à assistance électrique, vous pourrez attendre
longtemps, car pour les constructeurs, c'est la course au mieux
continuellement.
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Les
technologies majoritairement utilisés sont :
- Le NiCd, ou NiCad
(Nickel Cadmium), particulièrement intéressant pour sa
longévité (cyclage), ses performances et son temps de
charge réduit.
(apparu
en 1990 sur les cycles à assistance électrique)
Rapport
énergie/poids = de 45 à 80 Wh/kg.
- Le NiMH (Nickel
Metal Hydrure) dispose d’une forte autonomie, d’un volume
et d’un poids plus faible que la précédente technologie.
C’est
actuellement le standard du marché international.
(apparu
en 2000 sur les cycles à assistance électrique)
Rapport
énergie/poids = de 60 à 120 Wh/kg.
- Le Lithium-ion et
le Lithium-Polymer arrivent en force pour devenir le
nouveau standard du marché, avec à la fois autonomie,
légèreté et encombrement minimum.
(apparu
en 2003 sur les cycles à assistance électrique)
Rapport
énergie/poids = de 150 à 190 Wh/kg.
N.B. : Les
batteries au plomb (électrolyte liquide ou étanche (SLA)) sont
progressivement délaissées pour des questions de performances et
de poids, sauf pour quelques applications où ces
caractéristiques ne sont pas pénalisantes.
Elles sont
néanmoins encore proposées sur les produits d’entrée de gamme
de fabrication asiatique, pour le coût faible qu’elles
représentent.
Rapport
énergie/poids = de 30 à 40 Wh/kg.
Le plomb
et le NiCd devraient disparaître progressivement d'ici à 2010 du
marché pour des raisons de toxicité à leur exploitation
(métaux lourds).
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Photo :
extraenergy.org : Comparatif des poids des batteries en fonction
de la technologie utilisée pour des performances croissantes (de
gauche à droite). |
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Les
nouvelles technologies de batteries changent considérablement la
vision des vélos à assistance électrique. La diminution du
poids couplée à l’augmentation de l’autonomie permettent d’offrir
des cycles avec une silhouette plus fine, plus élégante et plus
discrète.
Le type de
batterie n’est cependant, pour le client final, qu’un
élément accessoire du choix du produit, car la
cohérence globale du cycle à assistance électrique et sa
pertinence face à l’utilisation que souhaite en faire le client
sont les points primordiaux.
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Les CHARGEURS
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Élément
essentiel dans la fiabilité et la longévité de la batterie, le chargeur est dans 99% des cas un
chargeur externe.
Chaque
technologie de batterie réclame une procédure de
charge bien définie.
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Chaque type de
batteries doit donc être chargée uniquement avec le chargeur
fourni par le constructeur,
sous peine de détérioration rapide des éléments ou d’accidents (incendie,
explosion...).
Le
chargeur n’est pas interchangeable avec un autre.
Les
évolutions technologiques sur les batteries et les chargeurs ont fait
disparaître progressivement les effets de fatigue liés aux profils d’utilisation
(effet mémoire…).
Avec les
nouvelles technologies, les chargeurs doivent de plus en plus contrôler
un nombre important de paramètres, dont notamment la température, l’état
de charge et l'âge de la batterie.
La taille des
chargeurs est souvent tributaire de leur degré de sophistication.
Pour l’utilisateur,
c’est simple, il suffit de connecter la batterie au chargeur, puis
celui-ci au secteur. Et l'inverse pour débrancher en fin de
charge.
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Les ÉVOLUTIONS TECHNOLOGIQUES à VENIR :
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la récupération d’énergie :
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La recharge de la
batterie par le pédalage, par le freinage ou lors des descentes, existe bien sur certains
modèles du marché. Elle n’est pertinente ou efficace que dans certaines conditions : la
batterie doit être dans un état de charge moyen et la phase de récupération
d’énergie doit se faire sur un temps suffisamment long et avec une
intensité maîtrisée pour pouvoir accumuler l’énergie envoyée.
Un vélo devant rester simple et léger, il faut intégrer le
fait qu’un bon moteur n’est pas encore une bonne génératrice et qu’une
batterie réclame une recharge suivant un protocole précis. De plus, un
individu moyen produit 75 Watts de puissance musculaire, et le moteur consomme
au minimum 250 Watts. La recharge par pédalage devient alors moins
intéressante.
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l’hydrogène comme source d’alimentation :
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La
technologie des piles à combustible (plus souvent mise en avant avec la
pile à hydrogène)
a ouvert de nouvelles perspectives sur les autonomies des véhicules
électriques.
Mais le rendement énergétique amenant à la production d’hydrogène
est trop faible, l’approvisionnement trop aléatoire et trop délicat. Cette technologie a peu de chance d’apparaître pour le grand public avant de
nombreuses années.
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l’augmentation des capacités et des performances des
accumulateurs rechargeables : |
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Reste la perspective la plus réaliste et la
plus intéressante. L’arrivée récente des technologies Lithium permet d’envisager
des autonomies supérieures à 50 kilomètres pour un poids réduit (environ
2 kg).
Cinq ans auparavant, les autonomies étaient deux fois moindres pour un poids
cinq fois supérieur. |
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| Côté commercial |
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Les vélos à
assistance électrique dépendent de la même législation que les
bicyclettes traditionnelles.
La vente par correspondance est interdite :
en effet, l'utilisateur final n'est pas jugé compétent par la
législation pour assembler ou régler (couple de serrage du guidon,
des roues, etc, etc...) seul. La vente et le réglage par
l'intermédiaire d'un professionnel du cycle est donc obligatoire, ainsi
que la remise en main propre. Dans le cas contraire, l'assurance de
l'utilisateur final peut se retourner contre l'utilisateur ; charge à
lui de se retourner contre le vendeur.
L'utilisation
sur la voie publique d'un véhicule non apparenté à une bicyclette et
circulant sans certificat de conformité est
passible pour l'utilisateur de 780 € d'amende et pour le vendeur de
1500 € d'amende, accompagné de la saisie du matériel en cas
d'infraction au code de la route.
L'achat de
produits contrefaits (contrefaçon esthétique ou technique) est
passible, en plus de la confiscation du véhicule, à une amende pouvant
aller jusqu'à trois fois la valeur du modèle contrefait.
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