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Des Cycles Utilitaires Modulaires

Mon, 05 May 2014 00:00:00 +0000

Après plus de deux ans de recherche et développement, le collectif artistique danois N55 a présenté ses cycles utilitaires modulaires : le vélo utilitaire XYZ (XYZ Cargo Bike) - 90 kg de charge utile - et le tricycle utilitaire XYZ (XYZ Cargo Trike) - 150 kg de charge utile. Les versions assemblées sont vendues en ligne pour environ la moitié du prix de cycles utilitaires semblables sur le marché. Parce que leur design est ouvert et modulaire, les cycles XYZ son encore moins chers à construire soi-même, et faciles à personnaliser.

XYZ Cargo combine les deux technologies que soutient le Low-tech Magazine : la construction modulaire ouverte et les cycles utilitaires. Les produits de consommation modulaires, dont les pièces et composants peuvent être réutilisés pour la conception d’autres produits, apporteraient d’importants bénéfices en termes de durabilité, tandis qu’ils économiseraient l’argent des consommateurs, accéléreraient l’innovation, et enlèveraient la fabrication des mains des multinationales.

D’un autre côté, les cycles utilitaires pourraient traiter une part importante du trafic marchandises dans les villes, ouvrant la voie du trafic fluide et soutenable, tout en offrant des avantages économiques importants aux commerçants, artisans et prestataires de services. Les cycles utilitaires modulaires et ouverts construits par N55 avec la collaboration de l’artiste-designer Till Wolfer combinent tous ces avantages.

Innovation

Le marché des cycles utilitaires explose. C’était l’impression générale au Festival International du Cycle Utilitaire (International Cargo Bike Festival) de Nijmegen (Pays-Bas) et au salon du vélo de Berlin (Berliner Fahrradschau). Les chiffres de ventes s’envolent et les innovations abondent.

Un nombre croissant de ces véhicules présentent un moteur électrique auxiliaire, tandis que beaucoup de tricycles utilitaires sont maintenant disponibles avec un mécanisme d’inclinaison pour les virages à grande vitesse. Une autre innovation concerne le mécanisme de direction ; de nombreux fabricants ont présenté leur système pour contourner le besoin d’une fourche conventionnelle, ce qui permet un meilleur contrôle et un espace plus grand pour les marchandises.

Image: [Elian Cargo Bike](http://www.eliancycles.com/bicycles)

Malheureusement, avec ces véhicules innovants le prix sur l’étiquette est souvent élevé. Les cycles utilitaires les plus jolis comme l’Elian Cargo Bike (une version course d’un vélo utilitaire avec direction sur le moyeu avant), ou le Butcher & Bicycles MK1 à assistance électrique (avec mécanisme d’inclinaison) vous délestent d’au moins quatre ou cinq mille Euros ($5000 - $7000), options non comprises.

Ces cycles valent bien leur prix, mais ils ne sont évidemment pas à la portée de tout le monde. Le prix minimum des cycles utilitaires moins élaborés est d’environ 2500 Euros ($ 3,500).

Cycles utilitaires modulaires

C’est pourquoi les accessibles XYZ Cargo Cycles méritent une attention particulière de notre part. Les versions assemblées du XYZ Cargo Bike et du XYZ Cargo Trike s’achètent en ligne pour 1350 Euros et 1600 Euros respectivement ($1,900-$2,200), c’est-à-dire à peu près la moitié du prix des cycles utilitaires semblables sur le marché. Cependant, ces cycles n’en sont pas moins intéressants ou innovants, au contraire. Par exemple, ils proposent un mécanisme de direction révolutionnaire inspiré des motocyclettes, ce qui augmente considérablement l’espace réservé aux marchandises.

Le petit prix sur l’étiquette s’explique largement par la nature modulaire de ces véhicules. Les cycles utilitaires XYZ ne sont pas construits de façon traditionnelle. A la différence du tube unique porteur de charge que l’on trouve dans les cadres conventionnels de vélos, le cadre est une structure ouverte (spaceframe) orthogonale en tubes carrés d’aluminium standard de longueur variable, dans lesquels des trous sont percés.

La structure ouverte est fondée sur les Noeuds XYZ (XYZ Nodes), un système de construction modulaire développé par N55. Il s’inspire d’un principe ancien et bien connu d’assemblage de poutres en métal ou en bois. Structurellement, le système de connection partage des similitudes avec les assemblages par ligatures utilisés par exemple dans les armatures traditionnelles des kayaks inuits, ou avec les constructions rivetées comme les carlingues d’avion ou les vieilles coques de bateau.

Images: XYZ Cargo Bike.

C’est une méthode simple et peu coûteuse de construction d’objets légers à partir de matériaux durables. Les Noeuds XYZ forment des angles rigides qui deviennent flexibles lorsqu’ils sont exposés à des forces qui briseraient d’autres modes de jonction comme la soudure. La conséquence est que cela permet à des cadres rigides de profiter des connexions d’angle qui ne sont pas nécessairement triangulées pour une plus grande résistance, laissant par conséquent un espace ouvert à l’intérieur du cadre. Ceci permet de placer les changements de vitesse et les chaînes à l’intérieur du cadre, loin des utilisateurs.

Facile à construire et à personnaliser

Ces cycles utilitaires sont des conceptions open source que vous pouvez modifier vous-mêmes. Les plans—y compris tout nouveau principe constructif utilisé dans le système—et le principe XYZ de connection et de construction sont open source, conformément à la licence Creative Commons CC BY-NC-SA 3.0. Les utilisateurs sont libres d’utiliser les plans disponibles, tant que c’est à des fins non commerciales et que toute utilisation de ce travail mentionne les crédits appropriés.

Cela signifie que vous pouvez obtenir ces cycles pour encore moins cher si vous achetez des tubes d’aluminium standard et des pièces de vélo, disponibles partout dans le monde, et que vous construisez le cycle vous-mêmes. Le cadre est assemblé avec des boulons, des rondelles et des écrous en acier inoxydable. L’assemblage requiert seulement des outils à main ordinaires, comme une perceuse et un scie à métaux. Aucune phase de soudure n’est nécessaire.

Comme tous les systèmes modulaires, les noeuds XYZ permettent aux gens de construire des choses sur la base de quelques pièces différentes utilisées de façon répétitive pour créer une structure globale, à la manière des boîtes de construction Lego, Meccano et Erector. A cause de la conception ouverte et modulaire, les cycles utilitaires XYZ sont faciles à personnaliser et à reconstruire. Par exemple, un toit ou une carosserie pour améliorer la résistance au vent et protéger des intempéries peut être aménagé - ce qui transforme le cycle utilitaire en vélomobile.

De nombreux modules ont été développés qui peuvent être installés sur le XYZ Cargo Trike pour modifier sa destination : un module toit et table, un module siège passager, un module cuisine avec table, toit et évier, et un module plateau. Ce dernier transforme le cycle utilitaire en un espace mobile de 1.5 x 3 m, tout en restant une bicyclette, d’un point de vue réglementaire. Ce module plateforme a été utilisé pour créer un ParkCycle Swarm, qui investit les gens du pouvoir de construire un parc public temporaire à tout moment et à n’importe quel endroit.

N55 n’est pas une entreprise commerciale, mais une association à but non lucratif, dont le but est de rétablir une production locale selon des régles de justice sociale et de durabilité environnementale. C’est une autre raison des prix modestes. Tout l’argent gagné avec la vente de ces cycles sera investi dans le développement ultérieur de la technologie. N55 offre les plans de construction et propose les vélos assemblés à bas prix car N55 souhaite en voir le plus possible sur les routes.

Modèles disponibles et plans gratuits

La boutique en ligne fraîchement ouverte de XYZ Cargo propose deux modèles à la vente. Le XYZ Cargo Bike pèse 26 kg et mesure 245x56x105 cm (LxWxH), tandis que le XYZ Cargo Trike pèse 34 kg et mesure 208x94x105 cm (LxWxH). Le coffre à marchandises du Trike mesure 55x80 cm et ses panneaux sont en polycarbonate transparent. Les deux modèles d’utilitaires peuvent être équipés de moteurs électriques de moyeu et de batteries.

Deux autres véhicules ont été produits, le XYZ One Seater (20 kg) et XYZ Two Seater (34 kg). Ces véhicules à pédales (sans ou avec assistance par moteur électrique) sont des tricycles couchés avec un ou deux sièges. Le Two Seater peut aussi être équipé d’une plateforme marchandise au lieu d’un deuxième siège. Ces cycles ne sont pas à vendre, mais les plans ouverts sont en ligne sur le site web de N55. Les dessins de construction du XYZ One Seater sont disponibles en téléchargement ici et ceux du XYZ Two Seater sont ici.

Pour en voir et en savoir plus: XYZ Cargo / XYZ Spaceframe Vehicles/ N55. Et ne manquez pas le cycle utilitaire à 8 roues qui attira l’essentiel de l’attention lors des manifestations Cargo Bike.

Kris De Decker & Jo van Bostraeten

Les Vélomobiles Electriques : aussi Rapides et Confortables que les Automobiles, mais 80 fois plus Efficaces (2)

Wed, 24 Oct 2012 00:00:00 +0000

Image: Le Windexplorer, une véhicule electrique basé sur le vélomobile DuoQuest.

Vous pourriez penser qu’un véhicule qui est 80 fois plus efficace qu’une voiture électrique, et offre une vitesse et une autonomie similaires, serait encouragé par les gouvernements à travers le monde. Toutefois, c’est le contraire qui est vrai. Le plus gros obstacle pour les fabricants et les conducteurs de vélomobiles est la législation. Beaucoup de pays ont effectivement rendu hors la loi les vélomobiles électriques en limitant la vitesse, la puissance et l’usage du moteur électrique.

Première partie / Seconde partie.

Le problème principal est que le moteur ne peut assister le conducteur que jusqu’à une certaine vitesse : 25 km/h (15.5 mph) dans la plupart des pays européens, et 32 km/h (20 mph) dans la plupart des états américains et canadiens. Du point de vue de la bicyclette électrique, limiter l’assistance élecrique à 25 ou 32 km/h ne présente pas de difficultés, parce que peu de cyclistes atteignent des vitesse de croisière supérieures. Par conséquent, le moteur électrique peut assister le cycliste en continu, augmentant la vitesse ou réduisant l’effort. Cependant, les vélomobilistes dont l’entraînement est moyen ou bon atteignent des vitesses de croisière de 35 à 50 km/h. Cela signifie que, au pire, le moteur électrique peut seulement assister le conducteur jusqu’à ce qu’il atteigne la moitié de la vitesse de croisière.

Au dessus de cette vitesse, le moteur électrique et la batterie deviennent un inconvénient plutôt qu’une aide, parce que le conducteur doit fournir plus de puissance pendant l’accélération dans le but de propulser la masse additionnelle à la vitesse de croisière. Une fois la vitesse de croisière atteinte, le moteur n’est plus d’aucune utilité. C’est seulement dans les côtes, quand la vélomobile a des difficultés à atteindre les vitesses supérieures à 25 km/h, que l’assistance électrique est avantageuse dans le périmètre de la loi.

Véhicule illégal

A côté de la limitation de vitesse, la législation introduit deux barrières supplémentaires aux cycles à assistance électrique (une catégorie réglementaire qui inclut les vélomobiles). Tout d’abord, la puissance moteur est limitée à 250 watts dans la plupart des pays européens, à 500 watts dans la plupart des états canadiens, et à 750 watts dans la plupart des états américains. Deuxièmement, le moteur doit cesser de fonctionner dès que le vélomobiliste cesse de pédaler. La conduite entièrement électrique n’est pas permise, même si elle alterne avec le pédalage.

Dans certains pays et états des USA, les vélomobiles peuvent être enregistrées comme un cyclomoteur ou une motocyclette, ce qui permet de les conduire en toute légalité. Cependant, cela introduit plusieurs obstacles. Le conducteur doit avoir l’âge minimum requis et obtenir un permis, tandis que le véhicule doit être assuré et porter une plaque d’immatriculation. Il est aussi soumis à une inspection annuelle. Point le plus important, les vélomobiles électriques enregistrées comme des cyclomoteurs ou des motocyclettes sont considérées comme des véhicules à moteur, plutôt que des biens de consommation, ce qui introduit des exigences de sécurité supplémentaires et des tests rigoureux avant l’autorisation de mise sur le marché. Satisfaire ces exigences est une affaire coûteuse pour les fabricants de vélomobiles, qui sont souvent de très petites entreprises.

A l’intérieur des limites de la loi, le moteur électrique et la batterie sont un inconvénient plutôt qu’un avantage.

En Belgique, comme dans la plupart des pays européens, les vélomobiles électriques ne peuvent être homologuées comme cyclomoteur ou motocyclette. Par conséquent, l’eWAW que j’ai essayée n’était pas un véhicule en règle. Il enfreignait deux ou trois réglements : le capteur qui coupe le moteur lorsque la vitesse dépasse 25 km/h était enlevé, et le moteur pouvait être commandé à volonté par le conducteur, ce qui permet de conduire sans pédaler.

Imbroglio juridique

Les lois qui traitent de cycles à assistance électrique sont extrêmement variables, selon le pays, l’état, la province, ou même la municipalité. En Allemagne, les cycles à assistance électrique jusqu’à 250 watts et 25 km/h sont considérés comme des bicyclettes, tandis que les cycles à assistance électrique jusqu’à 500 watts et 45 km/h peuvent être enregistrés comme des cyclomoteurs. En Suisse, les cycles à assistance électrique jusqu’à 250 watt et 25 km/h sont considérés comme des bicyclettes, tandis que les cycles à assistance électrique jusqu’à 1000 watts peuvent être immatriculés comme motocyclette, auquel cas, il n’y a aucune limitation de vitesse. En Autriche, les cycles peuvent avoir une assistance électrique jusqu’à 600 watts et 45 km/h tout en étant toujours considérés comme une bicyclette.

Windexplorer.

Aux USA, la limite sur la puissance maximale du moteur peut varier de 750 à 5000 watts, selon l’état. Dans certains états, les cycles à assistance électrique jusqu’à 30, 40 ou même 60 mph (48, 64, 94 km/h) sont considérés comme des bicyclettes. Dans d’autres états, tous les cycles à assistance électrique sont réglementés en tant que cyclomoteurs, quelles que soient la puissance du moteur et la vitesse. Certains états n’ont pas de loi et d’autres interdisent totalement les cycles électriques. Pour rendre les choses encore plus compliquées, plusieurs pays et états réglementent aussi des choses comme la hauteur d’assise, la distance de freinage, le type de transmission, le poids du véhicule, le diamètre des roues ou le nombre de roues (certains autorisent deux et trois roues, mais pas quatre, d’autres autorisent deux ou quatre roues, mais pas trois).

Une voiture avec une vitesse maximale de 270 km/h peut être conduite partout sur la Terre, tandis qu’une vélomobile avec une assistance électrique jusqu’à 50 km/h est illégale dans la plupart des pays

Les codes de la route sont encore plus déroutants, parce qu’ils sont souvent compliqués par des restrictions provinciales et municipales. En général, si les vélomobiles électriques sont enregistrées comme bicyclettes, il doivent utiliser les voies vélo et les pistes cyclables chaque fois que possible, tandis que les vélomobiles enregistrées comme des cyclomoteurs ou des motocyclettes doivent partager la route avec les voitures. Cependant, il y a de nombreuses exceptions, ce qui crée un imbroglio juridique.

Ceci contraste de façon saisissante avec les lois sur la puissance des moteurs et la vitesse des voitures, qui sont les mêmes dans le monde entier. En particulier, la puissance du moteur comme la vitesse maximale sont laissées toutes les deux totalement libres. Ceci mène au fait très étrange qu’une voiture, par exemple la Porsche Cayenne Turbo S, avec une masse de 2355 kg, un moteur de 382000 watts et une vitesse maximale de 270 km/h peut être conduite partout sur la Terre, tandis qu’une vélomobile électrique avec une masse de 35 kg, un moteur électrique de 250 watts et une assistance électrique jusqu’à 50 km/h est illégale dans la plupart des pays. Une législation cohérente devrait soit limiter la puissance moteur et la vitesse des voitures comme des vélomobiles, ou laisser libres la puissance moteur et la vitesse dans les deux cas, en combinaison avec les vitesses limites sur les routes, et les contrôles de vitesse.

Vers une nouvelle classe de véhicules ?

La situation réglementaire complexe dans laquelle la vélomobile se trouve est éloquente. La vélomobile, en particulier la vélomobile avec assistance électrique, met en question la validité des catégories de véhicules existantes. La vélomobile peut être décrite comme un cycle extrêmement rapide et confortable, aussi bien que comme une automobile particulièrement efficace. Elle est difficile à ranger dans une catégorie, et c’est ce qui rend cette technologie si intéressante. Le débat sur la mobilité est caractérisé par une ligne de partage idéologique entre les options motorisées et non-motorisées : l’une est pro-automobile, l’autre est pro-bicyclette. La vélomobile électrique montre qu’il y a un terrain d’entente, ce qui laisse espérer que les deux camps se réunissent un jour.

Image: La succession linéaire de l'organisation du transport individuel

Dans Bicycles Don’t Evolve: Velomobiles and the Modelling of Transport Technologies (Les bicyclettes n’évoluent pas : les vélomobiles et la conception des technologies de transport), Peter Cox et Frederik Van De Walle (ce dernier a conçu la WAW) défendent la vélomobile comme une catégorie nouvelle et séparée de véhicules. Il estiment que l’incertitude légale entourant la vélomobile est la conséquence d’une vision pseudo-Darwiniste du développement de la technologie des véhicules (et de la technologie en général). Selon ce modèle mental, la bicyclette s’est transformée au début du 20ème siècle en une motocyclette plus rapide et ensuite en une automobile plus rapide et plus confortable, ce qui implique une suite logiquement ordonnée d’améliorations qui reflètent un progrès inévitable et une rationalité croissante.

La vélomobile électrique remet en question la validité des catégories de véhicules existantes.

Toute forme de transport “qui revient en arrière” dans le cours du récit de l’évolution est présentée comme inférieure, dépassée par sa ‘descendance’ supérieure et plus évoluée. C’est pourquoi, quand nous discutons des options de transport soutenable pour le futur, nous partons invariablement de l’automobile – en témoignent la promotion des voitures à hydrogène, les voitures à bio-carburant, les voitures à air comprimé et les voiturs électriques. D’un autre côté, les cycles sont (dans la plupart des pays occidentaux) considérés comme des véhicules réservés aux loisirs, ou pour les gens qui n’ont pas les moyens d’une voiture.

La vélomobile (électrique) ne rentre pas dans ce modèle conceptuel, ce qui prouve l’invalidité de ce dernier. La vitesse de la vélomobile approche celle d’une motocyclette ou d’une automobile, tandis que la position assise ergonomique et la carrosserie protectrice peuvent la rendre presque aussi confortable qu’une voiture. Puisque la vélomobile électrique parvient à tout ceci avec juste une fraction de l’énergie consommée par une motocyclette ou une voiture, elle peut difficilement être considérée comme une alternative obsolète ou démodée. De plus, la vélomobile est aussi chère à l’achat qu’une (très) petite voiture (l’eWAW coûte 7790 Euros), tandis que l’on suppose que les cycles coûtent beaucoup moins que les voitures.

Image: Organisation non évo-linéaire du transport individuel

Cox et Van De Walle proposent un cadre conceptuel alternatif, une matrice constituée de 4 catégories de véhicules (Cf diagrammme ci-dessus) : bicyclette, motocyclette, vélomobile et automobile. La différence entre bicyclette et motocyclette est aussi la différence entre vélomobile et automobile : l’addition ou la soustraction du moteur. La différence entre motocyclette et automobile est aussi la différence entre bicyclette et vélomobile : d’une forme ouverte à une forme fermée, c’est-à-dire de “rouler sur” à “rouler dans”. Les limites des quatre catégories ne sont pas strictes : une carrosserie partielle ou amovible estompe la distinction morphologique (voir par exemple la Hase Klimax et la BMW C1), tandis que l’utilisation d’un moteur auxiliaire estompe la distinction de motorisation (comme dans les bicyclette électriques et les vélomobiles électriques).

En tant qu’hybrides entre une vélomobile et une automobile, les vélomobiles électriques peuvent être conçues de différentes façons.

Ainsi, Cox et Van De Walle présentent une vue d’ensemble des différents types de technologies de transport individuel – et leurs hybrides – sans la hiérarchie implicite de valeurs de ce qu’ils appellent le ‘modèle évolinéaire’. Dans ce cadre conceptuel, l’automobile domine. En introduisant la vélomobile comme quatrième catégorie, ce n’est plus le cas. Parallèlement, dans le nouveau cadre conceptuel, l’automobile n’est pas considérée comme un ennemi. En tant qu’hybrides entre une vélomobile et une automobile, les vélomobiles électriques peuvent être conçues de différentes façons. L’eWAW s’approche de très près d’une vélomobile non-assistée. Mais les vélomobiles électriques qui s’approchent de très près des automobiles sont aussi une possiblité.

Gonflez votre vélomobile

Il y a en gros 5 variantes de conception d’une vélomobile électrique. Dans la première, la contribution du conducteur est plus grande que celle du moteur électrique. C’est la classe de véhicules auxquels l’eWAW appartient, si elle est utilisée correctement. Un tel véhicule serait conforme à la description réglementaire d’un cycle à assistance électrique dans l’Union Européenne, avec l’exception que la vitesse limite de l’assistance électrique est deux fois plus élevée (50 au lieu de 25 km/h) pour refléter la vitesse de croisière plus élevée d’une vélomobile. Dans la deuxième configuration, la contribution du conducteur est égale à celle du moteur. La seule différence par rapport à la première configuration est que le moteur assiste aussi le conducteur à la vitesse de croisière, jusqu’à une limite de 45 ou 50 km/h. C’est la classe de véhicules à laquelle appartient l’eWAW, de la façon dont je l’ai conduite.

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Dans la troisième configuration, la contribution du moteur électrique est plus forte que la contribution du conducteur. Un moteur plus puissant conduirait à une accélération plus rapide et une vitesse plus élevée en montée (et ainsi une vitesse moyenne plus élevée), mais pas une vitesse maximale plus élevée parce que l’assistance électrique est coupée à 45 ou 50 km/h. Elle réduirait davantage l’effort requis pour maintenir la vitesse de croisière (si le conducteur est entraîné), ou faciliter pour les personnes moyennement entraînées l’accès à des vitesse de croisière plus élevées.

Ce type de vélomobile existe en Allemagne, où des moteurs plus puissants et des plus grandes vitesses sont autorisés si le véhicule est enregistré comme cyclomoteur. L’Alleweder 4 (500 watts) et l’Alleweder 6 (600 watts), l’Aeorider Sport (750 watts), et le Hase Klimax 5K (500 watts – pas tout à fait une vélomobile mais plutôt un tricycle couché avec carrosserie pliante qui peut se dérouler au feu plus vite que sur certains roadsters) en sont des exemples. L’Aerorider exploite d’une autre façon la puissance additionnelle du moteur : son design intérieur est plus luxueux, ressemblant à celui d’une voiture, ce qui ajoute du confort, mais aussi du poids (le véhicule pèse 55 kg).

Parce que l’eWAW est 80 fois plus efficace qu’une voiture électrique, il y a de la marge pour gonfler une vélomobile

La quatrième possibilité est de se débarrasser purement et simplement de la limitation de vitesse. Ceci peut être appliqué à toutes les configurations décrites plus haut. Le moteur assisterait le conducteur automatiquement jusqu’à n’importe quelle vitesse possible. La vitesse maximale dépendra de la puissance du moteur et du conducteur. Ces véhicules sont sur le marché, mais il est possible d’adapter une des vélomobiles décrites plus haut en retirant le capteur qui coupe le moteur à la vitesse maximale fixée par le législateur, et en montant des rapports de boîte plus grands. Il n’y a pas de limite mécanique aux vitesses que ce type de vélomobile pourrait atteindre. Il n’y a pas de raison pour qu’une vélomobile ne puisse pas atteindre 120 km/h (75 mph). En fait, le record de vitesse d’une vélomobile non assistée se situe à plus de 130 km/h (80 mph).

Echanger l’efficacité et l’autonomie contre la vitesse ou le confort

Dans la cinquième et dernière configuration, nous nous débarrassons de l’activation automatique du moteur, qui est maintenant standard dans tous les cycles électriques. Dans ce cas, le conducteur décide quand le moteur fonctionne. Ceci peut s’appliquer à toutes les configurations, et l’effet est toujours le même : le moteur peut aussi être utilisé quand le conducteur ne pédale pas du tout. L’eWAW modifiée que j’ai conduite put l’être de cette façon sur environ 60 km à une vitesse d’environ 30 km/h – déjà suffisamment vite pour doubler tous les cyclistes, sauf les plus rapides. Cette façon de voyager n’est pas particulièrement excitante mais néanmoins très plaisante – et la carrosserie garantit que personne ne sache que vous n’êtes pas en train de pédaler.

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Les configurations possibles de vélomobiles électriques incluent les cycles assistés électriquement, des motocyclettes assistées par le conducteur, et véhicules entièrement motorisés. A chaque étape, efficacité et autonomie sont échangées contre vitesse ou confort. Un moteur plus puissant sollicitera davantage la batterie. On peut ajouter d’autres batteries pour faire face à la basse d’autonomie, mais cela augmentera la masse, et donc diminuera l’efficacité. Cependant, puisque l’eWAW est 80 fois plus efficace qu’une voiture électrique, il y a de la marge pour gonfler une vélomobile. Les Alleweder avec des moteurs plus puissants sont distribués en Allemagne avec des batteries de 1664 Wh – c’est encore 14 fois plus efficace que la Nissan Leaf, pour une autonomie similaire.

Même une vélomobile totalement électrique filant à 100 km/h et bourrée de batteries serait encore plus efficace qu’une Nissan Leaf. Nous avons défendu de façon répétée que les automobiles devaient devenir plus légères et plus lentes dans le but de devenir plus efficaces, mais naturellement, les mêmes résultats pourraient être obtenus en rendant les cycles plus rapides et plus lourds.

Les Vélomobiles Electriques: aussi Rapides et Confortables que les Automobiles, mais 80 fois plus Efficaces

Wed, 24 Oct 2012 00:00:00 +0000

Toutes les images: [Fietser.be](https://sites.google.com/site/mobilitylabbe/Home)

La vélomobile comme la bicyclette électrique repoussent les limites de l’autonomie du cycliste. La première optimise l’aérodynamisme et l’ergonomie, tandis que la seconde assiste la puissance musculaire avec un moteur électrique alimenté par une batterie. La vélomobile électrique combine les deux approches, et maximise ainsi l’autonomie du cycliste – à tel point qu’elle est capable de remplacer la plupart des trajets en automobile, si ce n’est tous.

Alors que les vélomobiles ont une vitesse et une autonomie comparable à celle d’une voiture électrique, elles sont jusqu’à 80 fois plus efficaces. A peu près un quart des éoliennes existantes suffiraient à alimenter autant de vélomobiles électriques qu’il y a d’humains.

Peu de gens trouvent la bicyclette utile pour des distances supérieures à 5 km ( 3 miles). Aux USA, par exemple, 85 % des trajets à vélo concernent une distance de moins de 5 km. Même aux Pays-Bas, le pays occidental le plus favorable à la bicyclette, 77 % des trajets à vélo font moins de 5 km. Moins d'1 % des trajets à vélo néerlandais font plus de 15 km (9 miles). A l’opposé, le trajet moyen en voiture atteint 15.5 km aux USA et 16.5 km aux Pays-Bas, alors que le trajet domicile-travail moyen est de 19.5 km aux USA et de 22 km aux Pays-Bas (Sources: 1, 2, 3, 4, 5.)

Il est clair que la bicyclette n’est pas une alternative viable à la voiture. Selon son entraînement, un cycliste atteint des vitesses de croisière de 10 à 25 km/h, ce qui veut dire que le trajet domicile-travail moyen prendrait au moins 2 à 4 heures aller-retour. Un fort vent de face le rendrait encore plus long, et quand le cycliste est pressé ou doit monter des côtes, il ou elle arrive tout mouillé de transpiration. Quand il pleut, le cycliste arrive trempé, et quand il fait froid, les mains et les pieds sont gelés. Les trajets plus longs à bicyclette affectent aussi le corps : les poignets, le dos, les épaules, les fesses, en particulier quand on choisit un vélo plus rapide.

Une bicyclette à assistance électrique résout certains de ces problèmes, mais pas tous. Le moteur électrique peut servir à atteindre la destination plus vite, ou avec moins d’effort, mais le cycliste reste exposé aux intempéries. Les voyages plus longs seraient inconfortables. De plus, l’autonomie de la plupart des bicyclettes électriques (environ 25 km ou 15.5 miles) est juste suffisante pour le trajet aller simple domicile-travail, ce qui signifie qu’elle ne suffit pas pour tous les trajets.

Les avantages de la vélomobile à assistance électrique

La vélomobile – un tricycle couché à carrosserie aérodynamique – offre une alternative plus intéressante à la bicyclette pour les trajets plus longs. La carrosserie protège le conducteur (et ses bagages) du temps, tandis que le siège incliné confortable réduit la fatigue du corps, ce qui permet des trajets plus longs sans inconfort. De plus, une vélomobile (même sans assistance électrique) est plus rapide qu’une bicyclette électrique.

A des vitesses inférieures à 10 km/h (6 mph), la résistance au roulement est l’obstacle principal pour un cycliste. La résistance de l’air prend de plus en plus d’influence quand la vitesse augmente, et devient la force dominante au dessus de 25 km/h (15.5 mph). La raison est que la résistance au roulement augmente proportionnellement à la vitesse, tandis que la force de trainée de l’air augmente comme le carré de la vitesse. Puisqu’un vélomobiliste a une aérodynamique bien meilleure qu’un cycliste – le coefficient de trainée d’un vélomobiliste est jusqu’à 30 fois inférieur – il ou elle peut atteindre des vitesses supérieures à effort constant.

En cas d’équipement avec un moteur auxiliaire, les points faibles de la vélomobile – son accélération plus lente et sa vitesse plus faible en côte – sont éliminées.

Au contraire, une vélomobile est plus lourde qu’une bicyclette, ce qui veut dire que davantage d’efforts sont nécessaires pour accélérer et monter les côtes. L’accélération est inversement proportionnelle à la masse d’un véhicule, donc une vélomobile consomme en gros deux fois plus d’énergie en accélération qu’une bicyclette, selon le poids du conducteur et du véhicule.

Lorsqu’elle est équipée d’un moteur auxiliaire, les points faibles de la vélomobile – son accélération plus lente et sa vitesse plus faible en côte – sont éliminés. Dans le même temps, un moteur accentue ses avantages en augmentant le rayon d’action d’un cycliste. Last but not least, une batterie apportera une bien meilleure autonomie dans une vélomobile, grâce à son meilleur aérodynamisme.

Essai de conduite d’une Ferrari

En août, j’ai essayé une vélomobile électrique—la eWAW, un véhicule distribué par Fietser.be—dans la ville belge de Ghent, et ses environs. Brecht Vandeputte, la cheville ouvrière de ce fabricant Belge, m’a accompagné dans une WAW sans assistance pendant un trajet d’une heure trente à travers la ville, sur le chemin de halage de l’Escaut.

La vélomobile WAW (sans assistance électrique) a été développée à l’origine pour remporter les courses de véhicules à propulsion humaine. Elle a été adaptée à un usage quotidien par l’addition, entre autres choses, d’un pneu arrière anti-crevaison, d’arches de roue ouvertes (qui rendent le véhicule plus maniable), d’un siège ajustable, et d’un châssis plus durable – qui se compose d’un arceau et d’une cage de sécurité en carbone entourés de pare-chocs en aramide. La WAW est connue mondialement, au moins parmi les vélomobilistes, comme l’une vélomobiles les plus rapides du marché – certains l’appellent la Ferrari des vélomobiles.

La WAW sort du lot à cause de son poids (28 kg, contre les 34 kg des vélomobiles les plus populaires, les Quest et Alleweder fabriquées aux Pays-Bas) et son centre de gravité très bas (sa garde au sol n’est que de 9 cm et sa hauteur de seulement 90 cm. En combinaison avec un large empattement, une suspension dure, et un guidage précis (elle utilise deux manches de commande plutôt qu’un), cela permet des grandes vitesses et une conduite excellente, même dans les virages serrés.

Bien entendu, la WAW a aussi les inconvénients que l’on attendrait d’une vraie voiture de course, comme la finition intérieure minimale et le fait que le véhicule tremble comme une boîte de cailloux quand vous le conduisez sur une route pavée. Si l’état de la route est mauvais, d’autres vélomobiles dotées de suspensions plus confortables seront à préférer.

Avec 250 watts de puissance élecrique, le moteur électrique de l’eWAW donne à une personne moyennement entraînée la puissance d’un athlète.

L’eWAW que j’ai conduite a tout de la WAW, plus un moteur électrique de 250 W et une batterie étonnamment petite de 288 Wh, qui vous emmène sur 60 à 130 km (37 à 81 miles). La batterie et le moteur n’ajoutent que 5 kg et portent le poids total du véhicule à 33 kg. Ceci est comparable au poids d’autres vélomobiles sans assistance électrique. Par conséquent, cette Ferrari à pédales pèse 10 kg de moins que d’autres vélomobiles, avec une assistance électrique de 250 W, comme l’Alleweder hybride et l’e-Sunrider qui pèsent 45 kg.

Pédaler à 50 km/h

Donc quelle est la vitesse de la WAW, et quel gain apporte l’eWAV ? Tout d’abord, l’eWAW est un véhicule hybride, mais le moteur à biomasse, appelé aussi conducteur, n’est pas inclus dans le paquet. Puisque le conducteur fournit toujours l’essentiel de la puissance totale de sortie, la vitesse du véhicule dépendra de la puissance qu’il ou elle peut délivrer. Il n’y a pas de meilleure illustration que mon essai de conduite. Sur une période d’une heure et demie, Brecht et moi nous avons réussi à atteindre une vitesse moyenne de 40 km/h (25 mph)—j’étais dans l’eWAW et recevais l’assistance régulière du moteur électrique, Brecht était dans la WAW sans assistance au pédalage.

La littérature sur le cyclisme distingue trois types de cyclistes : les moyennement entraînés, les bien entraînés, et les athlètes de haut niveau. Les cyclistes d’entraînement moyen peuvent produire de façon entretenue une puissance de 100 à 150 watts sur une période d’une heure. Dans une WAW, cela signifie des vitesses de 35 à 40 km/h dans des conditions idéales - un circuit de course sans obstacle, et un véhicule totalement fermé. Les cyclistes bien entraînés peuvent fournir 200 watts de puissance sur une période d’une heure, ce qui se traduit par des vitesses de 45 à 50 km/h dans les mêmes circonstances.

Avec 250 watts de puissance élecrique, le moteur électrique de l’eWAW donne à une personne moyennement entraînée la puissance d’un athlète (100 + 250 watts = 350 watts).

Maximiser l’autonomie et l’efficacité

Je suis dingue de vitesse, alors quand je me suis trouvé sur un beau tronçon de route libre, la première chose que j’ai faite a été de démarrer le moteur à pleine puissance et de pédaler comme un fou en même temps. J’ai calculé que si je pouvais avoir plus de 350 watts à ma disposition, je devrais pouvoir atteindre des vitesse d’au moins 70 ou 80 km/h (40 à 50 mph). Cependant, ma tentative de dépasser 50 km/h (30 mph) est restée vaine – le véhicule est dépourvu des rapports de boîte supérieurs nécessaires à ces vitesses.

Pourquoi ? Parce que l’eWAW est conçue pour une efficacité maximale. Le moteur électrique est conçu pour ne servir qu’en accélération (et pour monter les côtes). Une fois que le vélomobiliste atteint une vitesse de croisière de 40 à 50 km/h, il ou elle passe en mode pédalage seul.

Le choix de l’ingénieur de n’assister le conducteur que pendant l’accélération est malin ; il augmente l’autonomie du cycliste comme de la batterie de façon spectaculaire.

L’eWAW n’augmente pas la vitesse de croisière ou la vitesse maximale de la WAW non assistée, bien qu’elle augmente la vitesse moyenne parce qu’elle augmente l’accélération. L’approche est différente de celle de la bicyclette électrique, où l’assistance au pédalage est continue aux vitesses de croisière usuelles. Du point de vue de l’efficacité, le concept sous-jaçent à l’eWAW est très pertinent. Un cycliste a besoin de moins d’énergie pour accélérer qu’un vélomobiliste (du fait de la masse plus faible de la bicyclette) mais de plus d’énergie pour conserver la même vitesse (à cause de son faible aérodynamisme). Au contraire, le vélomobiliste a besoin de plus d’énergie qu’un cycliste pour accélérer (à cause de la masse plus importante du véhicule) mais moins d’énergie pour conserver la même vitesse (à cause de son excellent aérodynamisme).

Puisque cela demande plus d’énergie d’accélérer dans une eWAW que de la conduire, le choix de l’ingénieur d’assister le conducteur seulement lors de l’accélération est malin ; il augmente l’autonomie du cycliste et de la batterie. Le moteur électrique supporte le conducteur pendant les efforts de crête, si bien que son endurance est augmentée de façon spectaculaire. (Les efforts de crête ont un effet nuisible sur l’endurance, tandis que pédaler à un rythme régulier est possible pendant des heures.) Dans le même temps, le conducteur rend le même service à la batterie. Comme le moteur électrique est coupé en vitesse de croisière, l’autonomie de la batterie est considérablement augmentée.

Ceci étant dit, le conducteur de l’eWAW peut choisir d’utiliser le moteur en vitesse de croisière, parce que celui-ci peut être commandé à volonté par une manette. C’est de cette façon que j’ai conduit le véhicule. En conséquence, la batterie n’a tenu “que” 60 km (37 miles), mais au moins j’ai pu tenir le rythme de Brecht.

80 fois plus efficace que les voitures électriques

Monter un moteur électrique dans une vélomobile suscite la controverse parmi les vélomobilistes, de la même façon qu’une bicyclette électrique est mal vue par beaucoup d’aficionados du vélo. Cependant, quand nous comparons l’eWAW avec la voiture électrique, qui demeure perçue par beaucoup comme l’avenir du transport soutenable, l’eWAW l’emporte nettement. En fait, la vélomobile est tout ce que la voiture électrique prétend être sans y parvenir : une alternative durable à l’automobile à moteur thermique. Il est presque impossible de concevoir un véhicule personnel motorisé et viable qui soit plus efficace que l’eWAW.

Si les 300 millions d’américains remplaçaient leur voiture par une vélomobile électrique, il n’auraient besoin que de 25 % de l’électricité produite par les éoliennes américaines existantes.

Un calcul simple peut illustrer cette affirmation. Imaginez que les 300 millions d’américains remplacent leur voiture par une vélomobile électrique et aillent tous travailler le même jour. Pour charger la batterie 288 Wh de chacune de ces 300 millions d’eWAW, nous avons besoin de 86.4 GWh d’électricité. C’est seulement 25 % de l’électricité produite par les éoliennes américaines en service (en moyenne journalière sur la période de juillet 2011 à juin 2012, source). En d’autres termes, nous pourrions basculer vers des véhicules personnels fonctionnant avec de l’énergie 100 % renouvelable, en utilisant les centrales existantes.

Photo credit: [Bill Bates](http://www.flickr.com/wmbates/sets)

Imaginez maintenant que les 300 millions d’américains remplacent leur voiture par une version électrique comme la Nissan Leaf, et aillent tous travailler en voiture le même jour. Pour charger la batterie 24 kWh de chacun de ces 300 millions de véhicules, nous avons besoin de 7200 GWh d’électricité. C’est 20 fois plus que ce que les éoliennes américaines produisent aujourd’hui, et 80 fois plus que ce dont les vélomobiles électriques ont besoin. En résumé : le scénario 1 est réaliste, le scénario 2 ne l’est pas.

Même si nous commencions à covoiturer, et que chaque voiture électrique transporte 5 personnes, il reste une grande différence d’efficacité. Charger 60 millions de voitures électriques demanderait encore 16.6 fois plus d’électricité que charger 300 millions d’eWAW. La vélomobile électrique permet aussi au conducteur de recharger facilement son véhicule. Un panneau solaire d’environ 60 watts (d’une superficie de moins d’un mètre carré) produit assez d’énergie pour charger la batterie, même un sombre jour d’hiver.

En Europe, cela demanderait une part encore inférieure des éoliennes pour charger chaque eWAW d’Europe. Si l’on veut être complet, il doit être mentionné que le moteur biologique a aussi besoin d’énergie : le conducteur a besoin de manger, et cette nourriture doit être produite. Mais puisque les occidentaux mangent trop, et conduisent leur voiture jusqu’au centre de fitness dans le but de perdre leur excès de graisse, ce facteur peut être ignoré sans risque.

Incertitude sur l’autonomie

La grande différence d’efficacité entre les vélomobiles électriques et les voitures électriques est remarquable, parce qu’elles ont des autonomies similaires. Comme indiqué, l’eWAW vous emmène sur une distance comprise entre 60 et 130 km, selon l’intensité avec laquelle vous utilisez le moteur. La Nissan Leaf vous emmène au mieux à 160 km, lorsque vous conduisez lentement et à allure stabilisée, et lorsque vous n’utilisez pas la climatisation, le chauffage ou les gadgets électroniques de bord.

Ajouter seulement 6 kg de batteries augmente l’autonomie de la vélomobile électrique à 450 km.

Un système de chauffage n’est pas nécessaire sur une vélomobile, pas même en hiver, parce que les pieds et les mains sont protégés du vent par la carrosserie, et parce que le conducteur est actif (l’activité du corps et le facteur le plus important dans le maintien du confort thermique). Le besoin de rafraîchir en été, d’un autre côté, diminuera l’autonomie – le conducteur se reposera davantage sur le moteur électrique pour se rafraîchir.

Fait intéressant, il est plus facile d’augmenter l’autonomie d’une vélomobile électrique que celle d’une voiture électrique, si nécessaire. L’eWAW peut être équipée d’une ou deux batteries supplémentaires, ce qui augmente l’autonomie jusqu’à 180 km (112 miles, avec l’assistance permanente du moteur) ou 450 km (280 miles, lorsque le moteur n’est utilisé que pour assister l’accélération). Ajouter deux batteries à l’eWAW augmente le poids du véhicule de seulement 6 kg, et laisse encore un large espace pour les bagages. Si nous supposons que le conducteur pèse 70 kg, alors l’addition de deux batteries augment le poids total de l’eWAW de 103 à 109 kg – un gain de poids de 6 %. Si nous faisons la même chose sur la Nissan Leaf (où trois fois plus de batteries prennent la place du siège arrière et du coffre, le poids total augmente de 1.582 kg (conducteur de 70 kg inclus) à 2.022 kg - un gain de poids de 30 %.

Une autre manière d’augmenter l’autonomie d’une batterie d’un véhicule électrique est d’échanger les batteries ou de les recharger rapidement. Ces options sont possibles à la fois pour les voitures électriques et les vélomobiles, mais développer une infrastructure de chargement pour voitures électriques est une tâche monumentale, alors que le faire pour les vélomobiles électriques est aisé. Non seulement la batterie de l’eWAW a besoin de 80 fois moins d’énergie que celle la Nissan Leaf (ce qui fait de la charge rapide une option valable), mais elle pèse aussi 73 fois moins lourd (ce qui fait de l’échange de batterie une opération très low-tech). Bien que nous ayons des véhicules plus rapides pour les longues distances, qui sont également soutenables (comme les trains et les trolley-bus, la vélomobile offre une alternative à ceux qui préfèrent un moyen de transport personnel, et pour ceux qui préfèrent un style de vie actif.

La capacité de nos routes quadruplerait au minimum, si nous passions des voitures aux vélomobiles.

Quand la batterie d’une voiture électrique se vide, le vélomobiliste peut encore pédaler jusqu’à la maison - à des vitesses supérieures à celle d’une bicyclette. Le conducteur d’une voiture électrique ne peut pas faire cela parce que son engin est trop lourd. Une Nissan Leaf pèse autant que 46 eWAW. La plupart de l’énergie utilisée par une voiture électrique (et par une voiture à moteur thermique), est utilisée pour déplacer le véhicule lui-même, pas le conducteur – la Nissan Leaf est 21 fois plus lourde que son conducteur. Dans le cas de l’eWAW, cette relation est inversée : le conducteur pèse trois fois plus lourd que le véhicule.

Une circulation rapide et fluide

L’eWAW fait du cyclisme une option rapide et confortable pour les longues distances. A des vitesse de 50 km/h (31 mph), le trajet moyen aux USA (19.5 km ou 12 miles) prendrait 23.4 minutes. Ceci se compare très favorablement à la voiture, pour laquelle le temps de trajet moyen est de 22.8 minutes (source). Aux Pays-Bas où le trafic routier est intense, la vélomobile électrique est potentiellement plus rapide qu’une voiture. La vélomobile pourrait couvrir le trajet moyen de 22 km (13.7 miles) en 26.4 minutes, alors que celui-ci prend 28 minutes en voiture (source).

Bien sûr, une vitesse de croisière de 50 km/h ne veut pas dire que le vélombiliste puisse atteindre une vitesse moyenne de 50 km/h pendant tout le trajet. Si les voitures pouvaient maintenir leur vitesse de croisière maximale durant le trajet, elles seraient beaucoup plus rapides que les vélomobiles. En réalité, cependant, elle ne le peuvent pas à cause des limitations de vitesse, des feux tricolores, et des embouteillages.

Les vélomobiles pourraient souffrir des mêmes retards, mais il y a une différence importante : parce qu’une vélomobile occupe beaucoup moins d’espace qu’une voiture (une voiture a besoin d’autant d’espace que 4 vélomobiles), le trafic fluide est une option beaucoup plus réaliste pour les vélomobiles. De plus, la vitesse de croisière d’une vélomobile ne dépasse pas la plupart des limitations de vitesse.

Customisez votre vélomobile

Au-delà de ceci, il est facile d’équiper une vélomobile avec un moteur plus puissant et des rapports de boîte plus longs, ce qui permet des vitesses de croisière beaucoup plus élevées. La vélomobile perdrait en efficacité et en autonomie, mais, puisqu’une eWAW est 80 fois plus efficace qu’une voiture électrique, il y a de la marge pour customiser une vélomobile. Nous discuterons de ces possibilités, comme des obstacles légaux aux vélomobiles électriques, dans la seconde partie de cet article.

Seconde partie: 1 / 2.