Quatre nouveaux modèles de vélos électriques sans chaîne, du fabricant français Cixi, basé à Annecy, seront en vente à l’Eurobikes 2025. Nous analysons les avantages et les inconvénients de l’une des innovations les plus intéressantes en matière de motorisation de vélos électriques. Les pédales entraînent directement un générateur électrique. L’énergie électrique ainsi produite est ensuite transmise au moteur du moyeu arrière. Ce qui serait à peine suffisant pour propulser confortablement le vélo électrique, surtout dans les montées. Néanmoins, il y a aussi une batterie. Ces vélos électriques sont donc similaires aux vélos électriques classiques, sans propulsion mécanique par pédale, mais avec une batterie rechargée par le pédalage.
Systèmes à batterie standard contre entraînements numériques sans chaîne
Comparons l’efficacité de pédalage d’un vélo électrique standard équipé d’un système de récupération d’énergie au pédalage, ou PERS, comme l’appelle son fabricant CIXI. Nous avons déjà parlé ici de Schaeffler, qui produit un autre système d’entraînement sans chaîne pour vélos électriques, et du vélo électrique pliant sans chaîne Mando Footloose. Il s’agit plutôt d’une comparaison entre l’efficacité du pédalage normal et l’efficacité de la récupération d’énergie. En effet, un vélo électrique sans chaîne ne reçoit aucune puissance de pédalage, tandis que son moteur moyeu peut tout à fait être alimenté par une batterie, comme c’est souvent le cas, par exemple pour le vélo électrique illustré ci-dessous. À condition que la batterie puisse assurer la régénération tout en fournissant de l’énergie. Cela peut accélérer son usure, comme c’est le cas pour la BMW i3 électrique. Son prolongateur d’autonomie à essence accélère l’usure de la batterie, au point que BMW a arrêté sa production. Espérons que le problème est résolu.
Avantages des vélos électriques sans chaîne par rapport aux vélos électriques classiques
- Système de transmission plus léger
- Pas d’usure de la transmission, pas de doigts gras
- Changements de vitesses automatiques fluides et fluides avec une plage de vitesses infinie
- Faibles coûts d’exploitation, faible entretien
- Chargez pendant que vous roulez
- Blocage des roues
- Freinage antiblocage
- Supprime les points morts de pédalage, optimise votre technique de pédalage
- Davantage de nouvelles options de conception de vélos électriques
- Respectueux de l’environnement
- Performance sur des terrains variés
Inconvénients des vélos électriques sans chaîne
1. Système de transmission plus léger
Le générateur électrique propulsé par le pédalage pèse un peu moins d’un kilogramme, une batterie légère de 250Wh suffit. Le plateau, la cassette, le dérailleur, la chaîne et la batterie d’un vélo électrique classique peuvent facilement dépasser les 5 kg.
2. Aucune usure de la transmission
Grâce à l’absence de pièces mécaniques d’usure.
3. Changements de vitesses automatiques fluides et fluides avec une plage de vitesses infinie
Son logiciel adapte la poussée du moteur électrique aux conditions de conduite, comme la nature et l’inclinaison du terrain, le poids, etc.
4. Faibles coûts d’exploitation et entretien réduit
Les freins durent plus longtemps grâce au freinage régénératif du moteur : inutile de changer, nettoyer et lubrifier les chaînes, les plateaux, etc.
5. Chargez pendant que vous roulez
Par le pédalage et le freinage régénératif, prolongeant ainsi l’autonomie du vélo électrique.
6. Blocage des roues
Bloque la roue arrière pour éviter le vol.
7. Freinage antiblocage
Ce système est rendu possible par le freinage régénératif progressif.
8. Élimine les points morts de pédalage et optimise votre technique de pédalage
Lorsque vous pédalez, certains points du pédalier sont plus difficiles à exercer, par exemple lorsque les deux pédales sont en position haute ou basse. Grâce à un entraînement réglé par logiciel, cela est évité. Il peut même harmoniser l’effort requis avec la force différente de vos jambes, si l’une est plus forte que l’autre.
9. Plus d’options de conception pour les vélos électriques
L’absence de chaîne, de plateau et de cassette élargit le choix de modèles de vélos électriques, notamment pour les vélos électriques pliables.
10. Respectueux de l’environnement
Respectueux de l’environnement, ils épuisent moins la batterie. En optimisant l’utilisation de la batterie et en améliorant la récupération d’énergie, les vélos électriques régénératifs contribuent à réduire la consommation d’énergie et les émissions liées à la production d’électricité.
11. Performance sur terrains variés
Les systèmes régénératifs peuvent être particulièrement utiles dans les zones vallonnées ou urbaines avec des arrêts-départs fréquents, où les possibilités de récupération d’énergie sont plus importantes.
Inconvénients des vélos électriques sans chaîne
1. Efficacité de la transmission reduite d’environ 20 %
Sur un vélo électrique classique, l’énergie déployée lors du pédalage est convertie à près de 95 % en énergie cinétique, ce qui assure la rotation de la roue arrière et la propulsion du vélo. 5 % de la perte est due au frottement des composants mécaniques : chaîne, cassettes, pédales et plateau. Si la force de pédalage est utilisée pour alimenter un générateur, comme sur un vélo électrique sans chaîne, la conversion entre énergie mécanique et énergie électrique est supérieure à celle d’un vélo électrique à batterie. Le moteur de ce dernier convertit l’énergie de la batterie en énergie mécanique, tandis que le premier convertit l’énergie mécanique du pédalage en électricité, laquelle est ensuite retransformée en énergie mécanique par le moteur. La conversion de l’énergie du pédalage en énergie électrique entraîne une perte d’énergie de 20 % par le générateur. Autrement dit, l’énergie de pédalage est transmise à la roue à 95 % par une chaîne, tandis que ce taux chute à 80 % lorsqu’elle est transformée en électricité par un générateur pour alimenter le moteur. Il faut alors réduire de 20 % ces 80 %, car un moteur électrique ne convertit en mouvement ou énergie cinétique que 80 % de l’énergie électrique qu’il reçoit, les 20 % restants étant transformés en chaleur et perdus par frottement. Au total, seulement 64 % de l’énergie musculaire appliquée à un générateur électrique de pédalage est transmise à la roue. Au moins que CIXI n’ait amélioré le système.
Les générateurs électriques convertissent l’énergie mécanique en énergie électrique, mais ce faisant, une partie de l’énergie est inévitablement perdue. Les principaux points de perte d’énergie sont :
1. Pertes mécaniques : Ces pertes proviennent du frottement des pièces mobiles, telles que les roulements, et de la résistance de l’air (pertes dues au vent) à l’intérieur du générateur.
2. Pertes du cuivre: Se produisant dans les enroulements du générateur, ces pertes sont dues à la résistance des fils, souvent appelées pertes (I^2R), où (I) représente le courant traversant les enroulements et (R) la résistance.
3. Pertes fer : Également appelées pertes noyau, elles sont dues aux champs magnétiques alternatifs au sein du noyau de fer du générateur. Elles comprennent les pertes par hystérésis et les pertes par courants de Foucault.
-Pertes hystérésis : Causées par le décalage de l’intensité du champ magnétique par rapport à la force magnétisante dans le matériau du noyau.
-Pertes par courants de Foucault : Causées par les courants circulants induits dans le matériau conducteur du noyau par les champs magnétiques alternatifs.
4. Pertes par charge parasite : Ces pertes sont généralement mineures et résultent de flux de fuite et de distributions de courant non uniformes.
5. Pertes de balais et de contact : Dans les générateurs à balais, les pertes sont dues à la résistance de contact entre les balais et le collecteur ou les bagues collectrices.
2. Inadapté à diverses situations de conduite nécessitant un changement de vitesse.
Lorsqu’une grande quantité d’énergie est requise, par exemple dans les montées raides et longues, l’assistance des transmissions sans chaîne peut difficilement fournir la quantité et la durée d’énergie nécessaires. Elles sont donc inadaptées à la pratique du VTT.
3. On ne peut pad pédaler sans « assistance »
Comme sur un VAE classique sur lequel on choisirait d’éteindre le moteur lorsqu’on n’en a pas besoin ou tout simplement lorsqu’on n’a vidé sa batterie.
Un exemple réussi d’utilisation de l’énergie mécanique pour produire de l’électricité plutôt que du mouvement
La technologie e-POWER de Nissan est un groupe motopropulseur hybride unique qui utilise un moteur électrique pour entraîner les roues, tandis qu’un moteur à essence fait office de générateur pour recharger la batterie. Cette configuration permet au véhicule de proposer des expériences de conduite électrique sans nécessiter de recharge externe. Les ventes de véhicules Nissan e-POWER ont généralement été solides, notamment sur des marchés comme le Japon, où cette technologie a gagné en popularité. Les modèles équipés de la technologie e-POWER, tels que la Nissan Note et la Nissan Serena, ont reçu un accueil favorable. En Europe, les modèles populaires Qashqai et X-Trail sont équipés de cette technologie. La demande pour la technologie e-POWER est stimulée par l’intérêt des consommateurs pour une meilleure efficacité énergétique et des émissions réduites, tout en conservant le confort d’un moteur à essence traditionnel.
Conclusion : si les fabricants réussissent (ou ont réussi ?) à améliorer les générateurs d’électricité au point de transformer une très grande partie de l’énergie de pédalage en électricité, les vélos électriques sans chaîne connaîtront un brillant avenir.
Images : Cixi, Heritage Ebikes, Nissan