Le petit secret honteux du vélo électrique

Lorsque j’ai publié un article sur la moto électrique qu’Incub’ venait d’acquérir, j’ai reçu de nombreux commentaires.

Certains venaient de motards. Je me suis alors interrogé pour savoir si mon nouveau véhicule pouvait légitimement s’appeler « une moto ». Après tout, ce n’est pas parce que les motards que je croise me font un V avec les doigts que l’expérience est similaire. Comme me l’a dit l’un d’entre eux : « une moto sans bruit ni vibration perd beaucoup de son intérêt ». 

J’ai aussi reçu de nombreux messages de cyclistes. Certains étaient fâchés ou interrogatifs. Selon eux, ma moto électrique était un véhicule beaucoup moins pertinent que le vélo à assistance électrique (VAE). En particulier, ils argumentaient que « au moins sur le VAE, on pédale ». 

Bien que j’ai répété à plusieurs reprises que, de loin, mon véhicule préféré est le vélo (le vrai, le « musculaire »), le sujet me travaillait. L’interrogation arrivait de toutes parts… 

Voici donc quelques réflexions sur ces drôles d’engins électriques à deux roues. 

 

VAE : la mort du vélo musculaire

Mon premier grand questionnement sur les VAE date d'il y a deux ans. J’avais pourtant eu l’occasion d’utiliser un tel véhicule depuis beaucoup plus longtemps : ma maman a un tel vélo depuis presque 10 ans. Je n’ai jamais été très convaincu. Je trouvais l'engin lourd, peu adapté à mon style de conduite. Comme je roule couramment autour de 30 km/h en ville, la limitation des VAE à 25 km/h est un vrai inconfort pour moi. Je restais donc fidèle à mon vélo "normal". 

Mais ce jour là, j’étais allé acheter un (beau) vélo pour mon fiston, Swann. Devant nous, à la caisse, un monsieur d’une cinquantaine d’année achetait un VTT électrique à plus de 3000 €. Il discutait avec le gérant du magasin, et j’ai entendu cette phrase : « De toutes façons, on n’en vend plus, des VTT musculaires ». 

 

Swann sur son beau vélo "musculaire qui roule tout seul"

 

Des VTT musculaires… le monde s’était inversé. L’objet à moteur électrique que le client achetait s’appelait donc, tout simplement, « un VTT ». Le vélo que j’achetais pour Swann était un « vélo musculaire ». Ça a tourné longtemps dans ma tête…

 

VAE : Assistance électrique… ou musculaire ?

Ce qui me perturbait, au fond, c'est un problème de répartition de l'effort. Nous avons devant nous un objet qui produit du déplacement en combinant deux sources d’énergie : l’électricité et le muscle. 

Tant qu'on décrit un vélo « à assistance électrique », implicitement, cela renvoie à un objet majoritairement musculaire. Un vélo normal avec un petit coup de pouce « pour quand c’est dur ». 

Mais quand on parle de « VTT musculaire », j’entends autre chose : il s’agit d’un véhicule qui, privé de sa source d’énergie normale (l’électricité), doit se débrouiller avec le muscle. 

Tout cela restait implicite, de l’ordre du doute… Mais je commençais à regarder attentivement ces engins, l’attitude des pilotes, leur apparent niveau d’effort. Et je tâchais de comparer cela à mon expérience vécue. 

Plus récemment, lors d’une formation de designer énergétique, nous avons pris le taureau par les cornes : nous sommes allé chercher les chiffres. Oh, rien de bien compliqué. Juste des informations standards, histoire de manipuler les ordres de grandeur. Voulez-vous  refaire cet exercice avec moi ? 

 

Dans une formation de Designer Énergétique, on pédale... et pas qu'un peu !

 

(Pour celles et ceux que tout cela amuse, je recommande le passionnant site VeloMath - que je remercie au passage pour la confrontation des chiffres !)

 

VAE : quelle puissance électrique ?

Commençons par le début : la définition de l'objet. On trouve par exemple sur ce site les informations de base sur l’encadrement législatif des VAE.

On y apprend que, d’après la directive européenne 2002/24/EC, la puissance des moteurs ne doit pas excéder 250W. Par ailleurs, le moteur ne démarre que si on pédale, sauf (petite) exception.

Bien… 

Concrètement, la plupart des machines sur le marché ont des moteurs d’une puissance de 200 à 250 W.

La question qui se pose naturellement est donc : c’est beaucoup, ou pas ? Et de quelle puissance parle-t-on ? 

Et bien, en première approche comme le rendement d’un moteur électrique est très élevé (en général supérieur à 80%), on pourra considérer que ces 250 W correspondent à la fois à la puissance électrique consommée et à la puissance mécanique fournie. 

En gros, on va considérer que le moteur électrique a un rendement de 100%... Vous allez voir que vu les phénomène qu'on regarde, c'est une approximation qu'on peut largement se permettre

 

VAE : quelle puissance musculaire ?

C’est plus difficile de connaître la puissance du cycliste, ne serait-ce que parce qu’il y a un flou. Parle-t-on de puissance utile (la puissance mécanique fournie par le cycliste), ou de puissance finale (la puissance consommée par le cycliste) ?

Entre les deux, il y a le rendement de la machine humaine, réputé être de 20% au maximum, dans des conditions optimales. 

Deux sources permettent d'évaluer cet ordre de grandeur.

D’abord, cette vidéo, bien connue, dans laquelle on voit un cycliste de très haut niveau produire 700 W. Il s’agit donc de puissance utile, en considérant que la conversion mécanique/électrique est de 100%.

Si on suppose qu’il a un rendement de 20%, alors Robert Föstermann consomme, dans ses cuisses de 74 cm de circonférence, 3500 W pendant moins de deux minutes.

L’autre source est plus directe. C’est la mesure, sur AirBike, en salle, de ma puissance et de celle des étudiants en design énergétique.

Le coach Antho me montre ce qu'il a vraiment dans les cuisses

 

Nous mesurons la puissance maximale consommée, bras et jambes ensemble. Elle varie de 1200 W à 500 W environ. Pour les coaches, elle monte quasiment jusqu’à 2000 W. Ce maximum est atteint pendant quelques secondes, pas plus. 

Toujours avec un rendement estimé à 20%, cela signifie une puissance mécanique "utile" variant de 400 W (pour les coaches) à 100 W environ. 

Par ailleurs, je sais que je peux maintenir pendant 5 minutes environ une puissance mécanique d’environ 100 W (soit 400 à 450 W affichés)… mais je suis alors proche du bout de ma vie ;-). 

On peut, à mon avis, estimer sur cette base que, pour le commun des mortels qui pédalent normalement et en restant en dessous du mode « sport », la puissance mécanique est de quelques dizaines de watts. 

 

VAE - Comparaison puissance électrique / puissance musculaire

Nous avons donc la comparaison suivante :

• d’un côté une « assistance » électrique qui produit’environ 250 W mécaniques
• de l’autre côté une « base » musculaire de quelques dizaines de watts, disons 20 à 80 W classiquement. 

Je vous pose la question : lequel est une « assistance » ? 

Je suis d’avis au vue des chiffres, que le muscle est en fait accessoire. Qu’en réalité, la puissance est surtout fournie par le moteur électrique. 

Mais, peut-on objecter  Nous n'avons là regardé que les puissances maximum. Rien ne prouve que le moteur électrique fonctionne toujours à puissance maximum. Ce serait même bien surprenant

C’est vrai…

Pour avoir une ébauche de vérification, il nous faut aller regarder du côté de l’énergie consommée. Mais où trouver cette information ? 

 

VAE - Quelle énergie électrique consommée ?

Le plus simple est d’aller voir ce que nous disent les fiches techniques des vendeurs, par exemple ici ou là. 

On y apprend que les batteries ont une capacité située en général entre 400 et 500 Wh. Pour le deuxième modèle (un VTT « sport »), c’est sensé nous assurer 3h de pratique sportive.

Voilà qui nous donne un indice intéressant !

Nous pouvons aussi faire une simple conversion : 400 à 500 Wh, c'est 344 à 430 kCal, soit environ l'énergie contenue dans 50g de beurre ou dans 400 g de filet de lieu (faites ce que vous voulez de cette information). 

Nous pouvons faire un calcul simple : 500 Wh sont consommés en 3h de pratique sportive. Cela nous donne une puissance moyenne sur les 3h de sortie de 500/3 = 166 W. 

Pour les modèles urbains, les fabricants annoncent plus souvent une autonomie en km, souvent autour de 30 ou 40 km. Le calcul est moins immédiat, mais faisable, même approximativement. Considérons une vitesse moyenne de 15 km/h. Notre batterie de 400 Wh nous permettra donc de faire 40 km en 2,6 h, soit une puissance électrique moyenne de 150W. 

On retrouve le même ordre de grandeur dans les deux cas, autour de 150 W de puissance moyenne sur les quelques heures d'utilisation du moteur électrique. 

Alors assistance électrique ou musculaire ? 

Reprenons notre comparaison avec cette valeur moyenne qui semble plus adaptée à la pratique : l’assistance électrique fournirait en moyenne 150 W, avec des pics à 250 W. 

Et rappelons que 100 W, c’est la puissance que je peux tenir quelques minutes en restant bien concentré. Je ne suis ni champion du monde, ni un sédentaire. En tous cas, quand je pédale pour produire 100 W mécaniques, cela n’a rien à voir avec les cyclistes urbains que je croise, sereins et frais dans leur costume. 

J’en ai fait le test il y a quelques jours. Sur la Voie Verte qui longe la Leysse, à Chambéry, j’ai réussi à « tenir la roue » de deux VTTistes (électriques, donc) pendant environ 1 km. Je donnais tout ce que je pouvais, sur piste plate, vent de face.

Ils étaient sereins, sur le plus grand braquet. Nous roulions à 25 km/h. Leur rythme de pédalage était la moitié du mien. En toute tranquillité, ils développaient la puissance globale que je pouvais donner au maximum… et encore ! Leur machine devait peser 6 à 8 kg de plus que la mienne, avec des pneus VTT. 

Et je suis prêt à parier qu’il s’agissait de cyclistes « loisir ». 

Je propose donc cette hypothèse : sur un VAE en marche normale, moins d’un tiers de la puissance est fournie par le pédalage, souvent moins. 

 

VAE : Dans la vie, le couple, c’est important

Nous avons regardé du côté de la puissance instantanée et de la quantité d’énergie, que nous avons convertie en puissance moyenne. 

Il nous reste une donnée importante sur laquelle les fabricants argumentent souvent : le couple. 

On trouve par exemple ce genre d’information sur le VTT « sport » dont nous avons déjà vu la référence : « Franchissez tous les obstacles avec son moteur central coupleux (70 Nm) ».

 

Dans la catégorie "les objets qui n'ont pas de nom", j'adore cette "vélobilette"

 

(Si vous ne savez pas ce qu’est le couple, un petit rappel se trouve ici)

On apprend donc qu’un moteur « coupleux » (c’est à dire « costaud », fort) pour un vélo est de l’ordre de 70 N.m.

On trouve également dans cet article des valeurs typiques de moteurs de VAE, situées entre 50 et 70 N.m

A titre de comparaison, pour la moto électrique, le couple est de 150 N.m. Pour les voitures un peu sportives, on trouve couramment des valeurs entre 300 et 400 N.m. 

Il n’est pas si simple d’estimer le couple fourni par le « moteur humain », car il varie constamment au cours du tour de pédale. 

On trouve une belle approche combinant mesure et calcul sur le site VéloMath. On y apprend que le couple « à la pédale » varie typiquement entre 10 et 50 N.m. Cette valeur est maximale lorsque le cycliste est debout sur la pédale, elle-même à l’horizontale. 

Conclusion ? Au mieux, le couple fourni par le cycliste est du même ordre de grandeur que celui du moteur électrique. Dit autrement : l’assistance électrique permet au minimum de doubler le couple, voire de le tripler ou le quadrupler. 

 

Puissance, énergie et couple : résumons

Le tableau ci-dessous résume les comparaisons que nous avons effectuées sur les principales valeurs : puissance maximale, puissance moyenne et couple. 

	Puissance maximale fournie (W)	Puissance moyenne fournie (W)	Couple (N.m.)
Origine électrique	250	150	70
Origine musculaire	50 à 150	25 à 80	10 à 50
Part musculaire	17% à 37%	14% à 35%	14% à 42%

On voit bien dans le tableau que le véhicule qu’on appelle "Vélo à Assistance électrique" est en réalité majoritairement un véhicule électrique. 

Il se caractérise par le fait qu’une part minoritaire de l’énergie est fournie par le cycliste, et qu’il est nécessaire de pédaler pour que le moteur fonctionne. Cela ne change pas la donnée de fond : il s’agit avant tout d’un cyclomoteur. 

 

Au delà des VAE : les SpeedElec et autres Vélures

Il existe une version « boostée » des VAE, appelé SpeedElec. Sur ces véhicules soumis à une réglementation différente (immatriculation, pistes cyclables interdites, etc.), la propulsion électrique peut fonctionner jusqu’à 45 km/h.

Voici la description de l’un de ces modèles, doté d’un moteur de 850 W. Le couple est plutôt faible (48 N.m), ce qui montre que l’objectif est plutôt la vitesse. 

Le terme de Vélure, contraction de « vélo » et « voiture » (qui exprime le manque de termes pour décrire ces objets) a été utilisé pour décrire ce véhicule, une sorte de cargo.

 

En vélure, j'ai de l'allure...

 

Par les mêmes calculs que précédemment, on peut faire la comparaison des contributions électriques et musculaires sur ces véhicules.

En ce qui concerne le Vélure, la fiche technique nous explique qu’il est doté de deux moteurs, et d’une batterie de 1,2 kWh (on peut aussi en mettre une deuxième), pour une autonomie annoncée autour de 50 km.

Ainsi, on utiliserait 1200 Wh pour rouler 2 heures à 50 km, soit une puissance électrique moyenne de… 600 W, ce qui semble bizarre avec 2 moteurs de 250 W.

C’est probablement la raison pour laquelle ce véhicule doit être immatriculé, bien que la fiche technique annonce que la puissance moteur ne dépasse pas 250 W. Peut-être une nuance du genre « 250 W/passager, et comme il y a 2 passagers, on peut mettre deux moteurs » ? Je l’ignore. 

Souvenez-vous : c’est à peu près la puissance développée par Robert Fösterman dans la célèbre vidéo du toasteur. 

Cela revient à dire que sur ce véhicule, « l’assistance », c’est l’équivalent de ce type aux cuisses de 74 cm qui pédale à fond derrière vous. 

 

 

C'est le petit Anatole qui gagne notre concours de dessin...

 

Conclusion : beaucoup de questions posées !

Mes calculs de coin de table sont probablement approximatifs. Ils n’ont d’autre objectif que d’évaluer des ordres de grandeur. A mon sens, c’est la conclusion générale qu’il faut retenir : les VAE sont avant tout des véhicules motorisés. 

Or, ils sont globalement considérés comme des vélos, c’est à dire comme des véhicules d’une puissance de quelques dizaines de watts, énergie d'origine majoritairement musculaire. Quand je dis « ils sont considérés », c’est surtout dans trois domaines :

• dans les discours de vente
• dans l’approche des utilisateurs
• dans les cadres d’usage réglementaires

Au delà de l'exercice de réflexion, le fait que les représentations soient énergiquement incorrectes et biaisées a, en réalité, de lourdes conséquences.

Et c'est que nous verrons prochainement, dès que j'aurais finalisé la deuxième partie de cette réflexion (qui depuis, a été écrit, cliquez ici !)