Blog

La mobilité est une composante de plus en plus importante dans notre société, c’est un fait. Au delà du débat sur la pertinence d’une telle pratique, qui tient plus de la philosophie et de l’évolution sociale que de la technique, on peut simplement constater et prendre le parti de n’observer que les chiffres liés à cette réalité.

Pour la majorité des déplacements pendulaires, le besoin se résume à emmener sa masse de l’habitation au travail, et retour. Prenons 75 kg comme norme, et comparons la consommation des moyens de transport les plus courants.

Il est possible, selon les distances, d’aller à pied, à vélo, en 2 roues motorisé, en voiture, en bus de ligne, en tram, en train, etc. Nous laisserons de côté le bateau, l’avion, l’hélicoptère et le sous-marin, ces pratiques étant selon toute vraisemblance minoritaires.

La marche

Prérequis: Environ 1 kg de matériel.

C’est le plus simple et le moins cher, puisqu’une paire de chaussures est le seul prérequis. La consommation d’énergie est assez élevée, en raison de la lenteur et de l’absence de gain de situation. Par exemple, en descente il y a toujours une consommation d’énergie. Le bilan est délicat à chiffrer, les variations sont grandes, mais on peut estimer autour de 10-15 Wh/km l’énergie de déplacement.

Le vélo

Prérequis: 15 kg de matériel.

Un peu plus de matériel, un peu d’énergie grise. C’est le moyen de déplacement à base humaine le plus efficient, plus rapide que la marche, beaucoup de gains de situation, faible encombrement. Ses limites viennent principalement des infrastructures pas toujours adaptées, des distances à parcourir, des embûches externes à l’usage (vol, déprédations, stockage parfois difficile) et de la météo. L’énergie de déplacement se situe autour de 5-8 Wh/km. Pour des gens en surpoids, il est même possible de compter à zéro l’énergie de déplacement, les réserves de graisses étant utilisées. Les faire fondre dans un fitness aurait coûté bien plus d’énergie.

Le deux roues motorisé

Encore relativement compact, il demande bien plus d’énergie que le vélo tant pour sa fabrication que pour son usage. C’est déjà un compromis.

Version 1: énergie électrique

Prérequis: environ 25 kg de matériel.

on y trouve les vélos à assistance, nommés cyclomoteurs légers et cyclomoteur, selon leur vitesse et puissance. Toujours facile à parquer même en ville, leur gabarit reste fin tandis que les performances permettent d’envisager un usage plus large et de plus grandes distances.

Consommation autour de 15-20 Wh/km en prenant l’électricité plus l’énergie musculaire.

Version 2: énergie fossile

Prérequis: environ 150 à 200 kg de matériel.

Scooter, moto, on change sensiblement de gabarit et d’usage. Grandes distances possibles, polluant sur le lieu d’usage, bruyant, en général plus lourd que ce qu’il transporte.

Consommation 250-700 Wh/km. C’est le grand saut. Il y a un facteur 20 à 30 entre un vélo électrique rapide et un scooter ou une petite moto, et un facteur 40 avec une moto de moyenne cylindrée.

Voiture électrique

Imposantes, avec plus de 20 m2 occupés par voiture lorsqu’elle ne sert pas, lourdes et rapides, c’est le prix que l’on a choisi de payer pour notre confort et protection. Pas ou peu de pollution sur le lieu d’usage, bruit réduit.

De manière surprenante, elles sont toutes plutôt proche niveau consommation, entre 150 et 250 Wh/km.

Masse entre 1500 et 3000 kg

Voiture thermique

Un héritage du siècle dernier, avec des chiffres assez incroyables.

Consommation entre 500 et 1500 Wh/km

Masse entre 1100 et 3500 kg

Bus de ligne

Prérequis: environ 15’000 kg de matériel. Voies de circulation dédiées si l’on veut une efficacité maximale.

Intéressant car il n’occupe pas de place en étant immobilisé sans raison toute la journée, avantage commun à tout moyen de transport mutualisé.

Consommation vers 30-50 Wh/km par personne

Tram, train

Prérequis: environ 100’000 kg de matériel. Voies de circulation dédiées indispensables par nature.

Les roues en fer sur rail fer également ont une résistance au roulement incroyablement faible, et le parcours en site protégé permet d’optimiser la consommation tout en assurant un service fiable.

Consommation vers 10-30 Wh/km par personne

Conclusion: le transport individuel a un prix, et plus le véhicule est gros, plus cela devient criant.

Entre le train et la voiture c’est incroyable, en moyenne un facteur 30 sur la consommation, avec en plus les soucis d’encombrement au sol lorsque la voiture ne roule pas (23 heures par jour en moyenne) à gérer.

Quitte à se déplacer par ses propres moyens, les chiffres poussent à choisir des moyens de locomotion à échelle humaine: marche, vélo, cyclomoteur électrique. La vie en groupe n’en sera que plus facile et agréable.

Est-ce logique de transporter 1500 kg pour une masse utile de 75 kg ?

PS:

un coup d’œil au joker dans ce jeu, les vélomobiles.

La consommation en cycle mixte et en montagne tourne autour de 7 Wh/km, comme une petite assistance sur un VTT utilisée avec parcimonie, alors que l’on parle ici d’une solution rapide, avec protection et volume d’emport majoré.

Il y a de l’espoir que ces engins puissent trouver leur public, tant leur efficience est remarquable.

Selon les modèles, on parle de 400 km d’autonomie, et le plus souvent la consommation est autour de 8 Wh/km, ce qui signifie parcourir environ 1200 km avec l’équivalent énergétique d’un litre d’essence. Cela permet de parcourir environ 20 km pour une voiture moderne, plutôt optimisée. 1/60e de la consommation, c’est impressionnant.

On constate que la consommation des moyens de transport courants varie assez largement et que l’outil à tout faire qu’est la voiture fait payer très cher sa facilité d’usage. Ce ne doit pas être une surprise vu la masse en mouvement et la puissance générée.

Aspects génériques

Les vélos électriques ont besoin d’une source d’énergie, et depuis le début c’est un point sensible. Les premiers tournaient sur du Plomb, ensuite en NiCd puis en NiMH. Le Lithium est arrivé sur nos montures il y a environ 10 ans, et les débuts furent difficiles. Durée de vie courte, fiabilité insuffisante, coût exorbitant.

Depuis 2011 toutefois, une certaine maturité est remarquée. Taux de pannes en forte baisse, évolution de capacité moins rapide, prix en érosion continue. Merci aux grands projets qui poussent cela, de Solar Impulse à Tesla Motors, permettant aux petits de profiter des évolutions.

La clef réside maintenant dans les choix technique: résistance aux pics de courant, durée de vie calendaire, résistance au froid et au chaud, chargeur plus respectueux du matériel. C’est sur ce genre de choix que BikeToTheFuture apporte une valeur ajoutée: l’expérience de projets à fortes contraintes a permis d’augmenter les compétences et aller au-delà des pratiques usuelles du domaine du vélo.

Les batteries sont plus robustes, de plus forte capacité et vivront plus longtemps. Plusieurs éléments et technologies sont reprises du domaine automobile, dont les fusibles de sécurité de Tesla Motors, certainement une fonctionalité unique dans le domaine du vélo. 2017 était une année d’innovation et 2018 a été une belle année pour les batteries arrivées à maturité. La prochaine grosse évolution avec les batteries Lithium-Air ne sera pas disponible avant 5-10 ans, dans l’intervalle profitons de ce que nous avons.

Application aux vélos électriques

Que ce soit pour travailler avec un vélocargo, pour emmener ses enfants à l’école, pour aller travailler ou pour voyager, beaucoup de cyclistes constatent qu’une batterie, souvent entre 300 et 500 Wh, c’est trop peu. Grande est la tentation d’en acheter une seconde et alterner pour permettre une meilleure portée.

Toutefois, il existe une méthode plus efficace d’avoir deux batteries. Si elles sont identiques et à niveau de charge égal, il est possible de les brancher en parallèle et des les exploiter comme une seule batterie de capacité doublée. Ainsi, chacune ne verra que la moitié de la puissance à fournir, ainsi que la moitié du courant de charge. L’autonomie en sera plus que doublée grâce aux pertes réduites et à la chute de tension minorée.

A partir du même matériel, il est donc intéressant d’optimiser le branchement et en récupérer les avantages.

Quelques chiffres

L’autonomie et la consommation varient fortement selon l’usage. En effet, contrairement à une moto ou une voiture, on ajoute de l’énergie musculaire et cette part peut passer de insignifiante à prépondérante selon le cycliste. Il faut donc normaliser, et pour l’instant rien n’est fait dans ce domaine.

Eviter à tout prix de se fier aux étiquettes constructeur ou vendeur et une autonomie en mode éco, avec des consommations de l’ordre de 1.5 à 1.7 Wh/km. C’est juste ce qu’il faut pour compenser le surpoids du vélo électrique et ses pneus plus massifs, le plus souvent. Vous feriez aussi bien de prendre un vélo fin et léger, la dépense énergétique et la vitesse seront identiques au final, sans les contraintes. Avec de telles valeurs fantaisistes, plusieurs vélos sortis de BikeToTheFuture devraient annoncer plus de 500 km d’autonomie, parfois plus de 1’000 km alors qu’il n’en est rien: les meilleurs ont autour de 250-280 km de portée sur une charge en utilisant l’assistance à chaque fois lorsque nécessaire.

Tout ce que nous pouvons proposer ce sont des chiffres moyens sur les vélos en circulation, ce qui donne un ordre de grandeur intéressant.

Un cycliste équipant son vélo pour lisser les pics d’effort, sans prétention sur la vitesse moyenne, et qui désire toujours fournir l’effort majoritaire sur son trajet aura une consommation entre 3.5 et 5 Wh/km pour du parcours légèrement vallonné (pentes vers 4-5 %) et entre 5 et 6.5 Wh/km pour de la montagne aux pentes plus marquées, vers 8-10 % de pente.

Un cycliste voulant significativement réduire ses temps de trajet, qui va « taper » plus fort dans le système, va avoir du 6-8.5 Wh/km et 10-12 Wh/km respectivement selon le terrain.

Et un montage en S-Pedelec en Europe ou cyclomoteur 1 kW en Suisse va tourner autour de 15-20 Wh/km, tout en étant moins sensible au terrain. En effet, l’aérodynamique se fait bien sentir et augmente la consommation même au plat.

Une batterie de 500 Wh donnera donc entre 25 km d’autonomie pour un S-Pedelec et 100 km pour un randonneur cycliste. De l’importance de définir un cahier des charges avant de dimensionner une batterie…

Puissance crête

Lors de grosses accélérations ou en forte montée, le système peut tirer un courant important de la batterie. C’est brutal et réduit la durée de vie des éléments, ceci d’autant plus que la décharge est violente face à la capacité de la batterie. L’idéal est de ne pas dépasser en Watt la valeur de l’énergie embarquée, en Watt Heure. C’est rarement le cas, les batteries sont donc trop petites. En en couplant deux en parallèle, ce problème disparaît naturellement.

Freinage régénératif

Encore une contrainte lourde sur la batterie, surtout si l’on veut récupérer une part significative de l’énergie.

En général, on descend plus vite que l’on ne monte, et malgré la différence de frottements aérodynamiques, il peut y avoir des valeurs de courant encore plus importantes dans ce cas.

Il faut absolument un contrôleur évolué pour permettre de limiter les paramètres vitaux, tension maximale et courant crête.

Selon la qualité et la quantité des éléments, on programme ensuite selon les valeur acceptable et on espère que ce soit assez pour offrir une belle prestation.

En vélomobile, il est nécessaire d’aller chercher plus de 1’000 W pour obtenir une récupération efficiente. Cela représente une batterie très robuste et optimisée, sinon il y aura des dégâts de manière certaine.

Capacité théorique et pratique

Une remarque courante est que les capacités annoncées ne sont pas fournies, pour quasiment tous les véhicules électriques. C’est partiellement vrai.

La capacité donnée est celle de 100 % à 0 %, alors que les véhicules vont devoir couper bien avant pour garder une capacité en courant correcte et des performances acceptables.

Tout ce qui est en-dessous de la barre n’est pas utilisé et souvent on préfère même recharger avant cela, parce que personne n’aime trop risquer la panne d’énergie. De plus, les cellules préfèrent être utilisées proche de leur tension nominale de 3.6 V et ont une meilleure durée de vie si l’on respecte cela.

Il n’y a donc pas mensonge sur la capacité des cellules, mais il faudrait annoncer deux chiffres: l’énergie totale, et l’énergie utile. La différence est de 10 à 15 % tout de même donc cela mériterait d’être annoncé. En première approche, on peut tabler sur le fait que toutes les valeurs données sont pour l’énergie totale et qu’il faut enlever 20 % pour avoir un chiffre utilisable au quotidien en tenant compte du fait que l’on ne veut pas finir son trajet à 1 % d’énergie restante.