Comment fonctionne un Vélo à Assistance Electrique ?

Efficacité énergétique, vélo, batterie, moteur, assistance électriqueInventé il y a près de deux décennies au Japon, le Vélo à Assistance Electrique (VAE) permet de pédaler en limitant l’effort. Le succès du VAE dans certains pays a été très rapide, notamment en Chine où 120 millions d’unités seraient en circulation (contre 300 000 au Japon, 200 000 aux Etats-Unis ou encore 100 000 aux Pays-Bas). En France, le marché connait également une forte croissance : 15 000 unités circulaient en 2009, pour 40 000 en 2011. Mais comment fonctionne cette assistance électrique ? Revue technique détaillée d’une technologie aujourd’hui parfaitement maîtrisée et fiable, bien qu’encore peu connue en France.

Un ensemble moteur-batterie se charge d’améliorer l’efficacité énergétique du pédalage

Le VAE est un dérivé d’un vélo normal, auquel on a ajouté un moteur électrique et une batterie pour l’alimenter. Un contrôleur technique, un capteur magnétique, et parfois un boitier de commande au guidon pilotent l’ensemble du système. Lorsque l’on pédale, le capteur magnétique informe le contrôleur, qui aussitôt calcule la puissance que le moteur devra fournir afin d’assister électriquement le pédalage. Le capteur magnétique se compose d’une rondelle aimantée, fixée sur l’axe du pédalier ainsi que d’une cellule de reconnaissance fixée sur le cadre. La mise en route du moteur se déclenche pour assister le pédalage dès lors que la cellule reconnaît la rondelle, c’est-à-dire à chaque tour de roue.

La législation européenne définit strictement les capacités énergétiques d’un VAE : le moteur ne doit pas pouvoir mouvoir seul le véhicule. C’est ce qui explique que les moteurs ne se mettent en route que lorsque les roues tournent et que les freins ne sont pas enclenchés. La puissance maximale du moteur ne peut pas dépasser les 250 watts, ce qui correspond à l’énergie que devrait fournir une personne de 80kg pour atteindre une vitesse de 32km/h sur le plat. Concrètement, les spécialistes indiquent bénéficier d’« une réelle sensation de facilité de déplacement », notamment en côte ou lors des démarrages.

A comme Assistance

L’acronyme VAE recouvre différentes technologies d’assistances électriques :

  • L’assistance par rotation du pédalier : économique, c’est le système le plus vendu. Dès que la roue tourne, le capteur magnétique reconnaît le mouvement et fait démarrer le moteur.
  • L’assistance par capteur de pression : dès qu’une pression est imprimée sur la pédale, le moteur démarre. Plus l’effort de pédalage est intense, plus le moteur assiste le cycliste.
  • L’assistance par capteur d’effort : l’assistance offerte par le moteur est calculée en fonction du pédalage et de la cadence. Ainsi, le moteur est plus sollicité lorsque la cadence du pédalage se fait plus élevée.
  • L’assistance par tension de la chaîne ou du cardan : très réactif grâce à ce système, le moteur se met en route dès que la chaine est tendue, c’est à dire dès que le pied est sur la pédale.

Il est généralement plus facile d’installer le moteur à l’avant du vélo, et cela permet une meilleure répartition des masses (moteur à l’avant, batterie à l’arrière). Le moteur peut être installé dans le moyeu de l’une des roues, il viendra alors en remplacer l’axe. Il peut également être « déporté » : dans ce cas, la transmission se fera par une courroie ou une chaîne assurant la liaison entre un plateau, placé sur l’axe d’une des deux roues, et le moteur. Ce dernier peut également être « pédalier ». Il sera alors constitué d’un seul bloc et posé sur l’axe du pédalier. Avec cette technique, le moteur, le capteur et le contrôleur se trouvent tous au même endroit limitant le poids de l’ensemble.

Quel que soit le principe du fonctionnement du VAE, il exige une batterie capable de fournir la puissance électrique nécessaire à l’assistance du pédalage. Il en existe plusieurs types, utilisant des métaux et des technologies équivalentes à celles de certaines voitures électriques. La batterie au plomb est la plus courante, elle est cependant relativement lourde (de 4 à 5 kg). Elle permet un bon rendement énergétique, mais sa puissance limitée en fait une technologie de moins en moins utilisée en Europe (également parce qu’elle perd en efficacité sous des températures négatives).

La batterie au nickel est plus légère et propose une puissance maximale plus importante. Contrairement à la batterie au plomb, dont la durée de vie est équivalente à 350 cycles charge-décharge, la technologie nickel permet jusqu’à 500 cycles. Plus sophistiquée, la technologie lithium-ion est chère (300 à 500 euros) mais sa puissance maximale est élevée (150W/h/kg contre 90W/h/kg pour une batterie au nickel). Cette puissance explique que ces batteries équipent de nombreux VAE récents. Le coût de la batterie, élément le plus onéreux de l’ensemble, détermine directement le coût du vélo, qui constitue aujourd’hui la principale limite à son essor, malgré une technologie aboutie (de 1000 à 2500 euros sur le marché européen).

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