Ce graphique (à 90kg) semble correspondre à ce qui est proche du vélo minimum utilitaire: pouvoir rouler sur une piste cyclables française sans casser le vélo, voir la nuit, charrier son bordel et ne pas avoir le dos crépis.
Le vélo de l'avenir
Les "méditations" qui ont permis d'estimer des relations puissance
vitesse sans dispositif de mesure directe
Retrouver la "puissance parasite".
methode_de_l-effort_identique
formule_pas_trop_fausse
pneus (choix des pneux)
étalloner son matériel.
Puissance d'un homme?
niveau sportif? évaluation
sommaire
tenue_moulante: c'est pas de la frime
consommation au kilomètre
Donnée du problème.
Je me suis toujours demandé: quelle puissance pour faire avancer
mon vélo?
Ce graphique (à 90kg) semble correspondre à ce qui est
proche du vélo minimum utilitaire: pouvoir rouler sur une piste
cyclables française sans casser le vélo, voir la nuit, charrier
son bordel et ne pas avoir le dos crépis.
Cette courbe correspond assez au VTT à sacoche mémèriennes
qui est au dessus.
Sur une bonne route plate sans vent avec des vélos qui tiennent
moins la route mais y vont plus vite, voici des valeurs
indicatives, vitesse sur le plat et gain d'altitude possible en côte
calculé pour les dénivelé en m/h , à 15km/h
de 100 à 350w et 20km/h au dessus (vitesses observées sur
les côtes de 10 à 15% en général
| WATTS 75Kg
utilitaire ne puant pas la sueur (surtout dans le vélo de droite!). sportif sportif confirmé coureur pro |
Compétition position superman
7Kg |
course position classique
9kg (et encore, les rayons sont ici "spéciaux") 
le cadre explique 30% de la résistance globale |
randonnée
(vélo pneux 28 mais garde boue, sacoche et 19Kg) |
VTT pneux slick position randonnée
garde boues, sacoches, 21Kg |
vélo couché M5 |
couché carrèné
70Km/h horaire est souvent atteint par des coureurs les essayant) (record vu 79km/h sur 100km, et ce n'est pas des coureurs professionels du Tour) |
| 100 pépère | 29,3 390m/h | 27.5 366 | 26.6 320 | 24.8 297 | 30,8 | 40,4 340 |
| 125 ordinaire | 32,4 506 | 29.6 475 | 28.7 418 | 26.7 392 | 34,5 | 46,6 428 |
| 150 en forme | 35,0 618 | 31.5 584 | 30.4 516 | 28.3 488 | 37,6 | 51,9 515 |
| 175 qui s'y met | 37,3 729 | 33.1 694 | 32.1 613 | 29.8 584 | 40,4 | 56,5 602 |
| 200 qui s'y ait mis | 39,4 841 | 34.6 803 | 33.5 711 | 31.2 679 | 42,9 | 60,8 690 |
| 250 pas mauvais | 41.2 1065 | 37.3 1021 | 36.1 906 | 33.6 871 | 47,3 | 68,1 865 |
| 300 commence à briller | 43,0 1290 | 39.6 1240 | 38.4 1100 | 35.7 1062 | 51,0 | 74,5 1039 mais 92km/h avec ça |
| 350 niveau national | 49,0 1513 | 41.7 1458 | 40.4 1295 | 37.6 1253
km/h torse nu (pas de freinage tee short!) |
54,4 | 80,0 1215 |
| 400 niveau international | 51,6 1664 | 43.6 1580 | 42.2 1395 | 39.3 1325 | 57,4 | 85,0 1370 |
| 425 douteux (on se demande à quoi ça carbure!) | 52,8 1775 | 44.5 1688 | 43.1 1490 | 40.1 1420 | 58,8 | 87,4 1465 |
| sprint (1100 watts) | 68 | 62 | 60 | 56 | 110 (ça a été vu, sur 200m lançé!) |
| puissance sur le plat | fréquence cardiaque (chez l'auteur) | temps de compét enviseageable | vélo avec pneus VTT slick
position course |
vélo de course | vélo de triathlon (roues à batons à l'avant, roue pleine à l'arrière | vélo de triathlon (roues à batons à l'avant,
roue pleine à l'arrière
pneus rinkowsky |
vélo couché au dessus du centre des roues, type M5 shock prof (polyvalent), pneus fin rayons aéros plats, conditions idéales | le même équipé rando, roues à rayons normaux pneus moyens, conditions batardes | vélo couché low racer avec pointe arrière (on est couché plus bas que le centre des roues) | low racer avec pointe pneus rinkowsky | low racer carrené
pneus rinkowsky (en pratique ces performances ne semblent pas atteinte pour des raisons de température dans l'habitacle=40à60watts de moins) |
| 150 | 110-120 | - | 27.5 | 29,9 | 31,5 | 32,1 | 32,6 | - | 36,8 | 39,3 | 61,0 |
| 175 | 118-125 | - | 29,3 | 31,8 | 33,6 | 34,0 | 34,8 | - | 39,6 | 41,8 | 65,3 |
| 200 | 125-130 | - | 31,0
29 sur route défonçée |
33,6 | 35,5 | 35,7 | 36,9 vérifié route neuve enrobé | - | 42,0 | 44,0 | 69,2 |
| 225 | 133-135 | 6h après un régime scandinave | 32,5 | 35,2 | 37,2 | 37,2 | 38,7 vérifié 38.4 220w piste granuleuse | - | 44,3 | 46,0 | 72,7
(record réel 59.4 dans huff17.pdf ) |
| 250 | 140-145 | 4haprès un régime scandinave | 33,9 | 36,6 | 38,7 | 38,7 | 40,4 vérifié | 39.7 fc140-39 | 46,3 essai 45 route granuleuse | 47,9 | 76,0 |
| 275 | 147-153 | 2h40 à 3h après un régime scandinave | 35,2 | 38,0 | 40,2 | 40,0 | 42,0
41.3 265w piste granuleuse Motz |
41 | 48,3 | 49,7 | 79,0 |
| 300 | 155-160 | 1h à 2h si préparation
(155 réalisé sur 3h à cyclevision 2004) |
36,4 | 39,3 | 41,6 | 41,3 | 43,5 vérifié route neuve enrobé | 42.9 | 50,1 essai: 48 avec coque inadaptée et route carrément granuleuse | 51,3 | 81,9
83km/h records avec 275 watts voir |
| 325 | 163-166 | 40' à 1h si préparation
164 réalisé à cyclevision 2004 estimé 315w |
37,6 | 40,5 | 42,9 | 42,5 | 44,9 | 43.2 | 51,7 | 52,8 | 84,5 |
| 350 | 170-175 | 20' à 30' | 38,7 | 41,6 | 44,1 | 43,6 | 46,3 vérifié route neuve enrobé | - | 53,3 | 54,3 | 87,0 |
| 375 | 174-177 | 10' | 39,7 | 42,7 | 45,2 | 44,7 | 47,5 | 45.5 | 54,9 | 55,7 | 89,4 |
| 400 | 180-185 | 5' | 40,7 réalisé 40.2 6' 184 avec les sacoches | 43,8 | 46,3 | 45,7 | 48,7 réalisé sur 4km | 56,3 | 57,0 | 91,7 |
"pneus rinkowsky radial ply tire": intéressants
en dessous de 38.7km/h en vélo triathlon
en dessous de 42.1 km/h en vélo couché
Toujours intéressants en low racer, surtout si il est carréné!
Vitesses indicatives en parcours mixte
Rendement pratique utilitaire.VTT pneux slick position randonnée garde boues, sacoches, 21Kg+75Kg
P=K(v/30)^3+D*9.81m/3600 ou m est la masse totale, K la puissance à
30km/h
tenir 30km/h 147 watts (vitesse pratique vers 24 à 27
km/h)
tenir 40 km/h plat 348 watts (vitesse pratique de 28 à 34 km/h)
tenir 42.5 km/h plat 417 watts!!! (vitesse pratique de 29 à
35 km/h
C'est comme en voiture: une faible augmentation de vitesse accroît
la puissance nécéssaire comme le cube de cette vitesse.
Avec une puissance moyenne de 75w la moyenne observée se situe vers 18 à 22 km/h soit une consommation de l'ordre de 3 à 4 w.h.km
Pour des puissances moyenne de 220 watts et une limite moyenne
de 300w la vitesse moyenne sur long parcours avec aléas tels que
petits dénivelés donne des rendements de l'ordre de 7 w.h/km
pour une vitesse moyenne spontanée sur le plat de 30 km/h environ.
Pour des parcours plus sinueux, vallonnés, avec le rendement
est de l'ordre de 7.4 w.h par km (0.0806 w.h/km/Kg) pour des parcours à
25km/h.
quelques valeurs expirémentales
Parcours plat à 235
watts moyens à 34.00km/h de moyenne (vitesse 36-38 (250-300w)
en ligne droite) 6.9 w.h/km vmoy=0.97vp
Parcours plat à 130
watts moyens 30.6km/h de moyenne (vitesse 33 (195w) en ligne droite) 4.3w.h/km
vmoy=0.92 vp
Parcours valloné 210
watts moyens(300m de dénivellé pour 35km, descentes
peu raides qui passent sans freiner, ) 30.4 km/h moyenne 6.9 w.h/km8.47m/km
moy=0.86v plat
puissance moyenne 187 watts,
vitesse moyenne 25.22 km/h 7.42w.h/km 400m de dénivelé
pour 30km 13.3m/km moy=0.84vplat
puissance moyenne 225 watts,
vitesse moyenne 30.4 km/h 7.4 w.h/km presque plat
puissance moyenne 217 watts, vitesse
moyenne 27.39km/h 7.94watt.heures/km:v plat=
33km/h, 6.7m/km moy 0.83 vplat (mesure 20031229 habillé
Plus le parcours est en côte
et descente, plus la puissance moyenne/puissance disponible diminue (on
se repose en descente!)
Avec une puissance disponible
aérobie de 350 watts 95Kg .
38.21 à 28.41 611m de
dénivelé. Sur plat: 40 en côte 900 à 1250m/h
95Kg. 15.9m/km, moy= 0.7vplat
puissance moyenne 250 watts
vitesse moyenne 31.98 km/h 7.82 w.h/km
4.6 m/km habillé hiver
puissance moyenne 220 watts
vitesse moyenne 30.05 km/h 7.32 w.h/km
3.9 m/km habillé hiver
puissance moyenne 165 watts
vitesse moyenne 21.77 km/h 7.58 w.h/km
6.16m/km habillé hiver
puissance moyenne 205 watts
vitesse moyenne 23.95 km/h 8.56 w.h/km
- habillé hiver
vélo randonneur 2h03'15 145 166 2136 kcal 62.8km moy 30.4 déniv
450m 248 watt moyens 8.15wh.km 7.16m/km vmoy/plat= 36 (36.14) moy=0.84vp
p30=150w (25w de plus que vélo de course avec tenue légère,
c'est plausible)
puissance moyenne 248 watts
vitesse moyenne 30.45 km/h 8.12 w.h/km
7.16
MOY=0.84vp habits hivers
Le "vélo" le plus
rapide
Au début du vélo, on hua
celui qui affirma qu'un vélo irait un jour plus vite qu'un cheval
au galop...
Je vois mal un cheval faire 83km
en une heure... Pourtant cette distance a été accomplie en
pédalant.
Il est vrai
que le vélo est particulier. et peu pratique
(extraction
du moteur)
83 km/h tout de même.
Lap
1 2 3
4 5 6
7 Total
Distance 13.8
13.7 13.8 13.7 13.7 13.7
1.7
83.9
Time
10:23 9:28 9:41 9:51 9:48
9:42 1:04
60:00
Speed
79.5 86.8 85.2 83.0 83.8
84.7 94.7
83.9
Power 279*
278 268 261 268
274 296
273
Heartrate 179
190 192 192 195
197 199
191
Cadence
84 89 89
87 85 87
92
87
Nom du moteur bioénergétique: Sam Whittingham
référence http://www.recumbents.com
* avec 280 watts et un vélo utilitaire (gardes boues,
dynamo, sacoches rigides... 35km/h)
notez bien que 275 watts c'est modeste (accessible au sportif amateur
très motivé). Cette puissance modeste s'explique: le moteur
a surchauffé (pas d'air las dedans). on peut immaginer ce que donnerait
ce prototype conduit par un champion du tour de France, possédant
400 watts à 60Kg... 103km/h!!!
pour "réussir" à maintenir des puissances élevées,
il faut régler le problème de l'écacuation thermique:
il faudrait faire le records par 0° ou moins pour ne pas perdre 10
à 20 pulses du coeur dans l'enfer humide que devient le véhicule
à des températures ordinaires
ici, vu comment sont habillés les assistants, il faisait
bien 18°
--
cela donne une consommation de 3.3 watts.h/km
avec 230 watts on serait encore entre 75 et 78km/h soit 3 watts.h/km
En compétition, on observe pour des puissances moyennes limites
de 420 watts entre 37 et 46 km/h moy et de vitesse plat de 51 km/h moy=0.7
à 0.9 v-plat (Tour de france). Cependant une partie du trajet se
fait en peloton à l'abri de l'air.
En refaisant continuellement mes calculs je me suis aperçus
que la position du guidon, très bas sur un vélo de compète
participe pratiquement à un gain de 30%. Un vélo correctement
réglé pour faire un contre la montre est totalement inconfortable
pour des efforts qui ne sont pas maximaux. C'est pour cela que les vélo
classiques et plus polyvalent, avec la potence au niveau de la selle ont
en fait déjà un rendement mauvais en compétition.
Pour les efforts à 60% (endurance douce), ce qu'on perd en performance,
par exemple 33km/h au lieu de 36 est récupéré en confort
(le fait de tenir 33km/h 5 heures, au lieu de tenir 36km/h 2 heures et
d'avoir des douleurs)
La consommation est de l'ordre de 10 à 7.6 w.h/km en supposant
un effort moyen de 400 à 350 watts, ce qui est à peine croyable
sur des épreuves de plus de 3 heures.
Un vélo assisté électrique de 120 Kg en tout exigerait
pour "avancer seul" 1 Kw.h ou 80 Ampère-heures sous 12 volts pour
100km... C'est à peu près ce que contient une batterie de
voiture.
On retiendra que le rendement d'un vélo entre 20 et 30km/h est
compris entre 4 et 9 w.h/km dans des situations déjà très
différentes (suivant l'allure, les pneus et le dénivelé...)
Vous allez voir que j'ai trouvé des puissances similaires, par des méthodes particulières... Pour un vélo de course...
Il m'est impossible techniquement de mesurer directement la puissance
mécanique en watts envoyée au biclou: il faudrait des jauges
de contraintes sur l'axe du pignon arrière, ou les pédales,
couplé à un calculateur affichant couple fois vitesse = puissance...
Par contre il est facile de mesurer la fréquence cardiaque:
on trouve pour 30 euros un cardio.
Attendez! Vous allez me dire, oui?! mais ça varie en fonction
de votre forme, des heures de la journée, de votre fatigue...
Pas tant que ça si on est en bonne santé et à
l'écoute de soi même!
J'ai pu constater que à telle fréquence cardiaque, correspond
une puissance, et ce à 3% près reproduisible dans la semaine,
dans les conditions suivantes il est vrai pas facile à réunir:
- à jeun (digestion finie)
- confort thermique.
- entraînement de base acquis et pratique quotidienne depuis
plus de 3 mois.
- pratique consciente (par une technique méditative proche de
la vision pénétrante des tibétains ou de la marche
consciente ou simplement de l'attention continue au présent du zazen.
il faut au moins être conscient à chaque instant de sa respiration)
De plus, la dérive cardiaque due à la fatigue ne semble
pas être observée après plusieures heure, car je ne
fait pas mes tests en situation d'effort maximal. J'ai pu vérifier
que au retour de 20km de skiff j'obtenais toujours la même puissance
watts avec 150 pulses sur l'ergo, qu'avant de partir!
Ce qui change par contre est que la fatigue baisse le seuil de pénibilité,
ça devient dur, par exemple à 150 pulses au bout de 3 heures
au lieu de 165 pulses au début.
Sans réunir ces conditions il ya dérive cardiaque:
- ne pas être conscient laisse varier la respiration et la fréquence
cardiaque varie de +/- 2ppm pour compenser les excès ou manque d'oxygénation.
il ya un phénomène d'oscillation qui apparaît mais
la moyenne affectant un effort de longue durée est moins affectée.
- Digérer ajoute jusqu'à 7ppm
- Suer comme un boeuf ajoute 5 ppm à cause de l'effort cardiaque
plus important du au débit plus grand dans les veines superfiçielles.
- être en cours de reprise d'entraînement ou en cours de
légumage ou en cours de changement de cadence fait varier la fréquence
cardiaque sensiblement d'un jour à l'autre car il ya adaptation
non stabilisée à l'effort.
Faire le test donc n'importe comment entraine un cumul de 15 ppm ou
une erreur de 40 à 60 watts.
Faire une compète aussi mal diminue la puissance disponible
de près de 60 watts! 30 seconde de plus sur un 2000 en skiff!
Méthodes.
établir une relation FC vers puissance au moyen
- d'ergomètres (appareil mesurant votre puissance en watts)
- d'altimètre et GPS (déduire de votre puissance ascensionelle
votre puissance en watts, à 16 km/h 20 watts servent à faire
avancer le vélo et le reste à vaincre la pesanteur)
- de la vitesse: puisque la puissance est liée à la vitesse
il est possible de connaître l'un déduite de l'autre. Il faut
retrouver le plus reproduisible. Faire du skiff sur un lac lisse sans vent,
par exemple, ou tourner sur un vélodromme donne une bonne approximation
Retrouver la "puissance parasite".
Par exemple le fait de ramer sur un ergo fixé au sol fait perdre
40 watts, le reste est mesuré et affiché..
Le fait de rouler entre 10 et 15km/h entre 5 et 18 watts, en côte
le reste sert à lutter contre la pesanteur.
Mesurer sa vitesse ascensionelle en mètre par heure sur des
côtes à 12 voir 14% est équivalent à mesurer
la puissance en watts! il suffit de faire P= dénivelé/3600*(9.81)*(masse-vélo+masse-moi)
+ 5 à 20 watts suivant si la côte est montée à
10 km/h à 16 km/h. Pour cela un variomètre qui mesure précisément
ce taux de monté, ou le temps passé à monter entre
2 repères, montre cardio au guidon, permet d'établir précisément
une relation FC-puissance. Il faut cependant corriger ce qui est affiché
au vario: -5% à -7% en été, +5% en hiver, simplement
en tenant compte du facteur (différence vraie d'altitude au GPS)/(différence
d'altitude affichée pression air). L'air en effet change de densité,
l'été, plus chaud et plus humide, il est moins dense, les
altimètres sous estiment les variations.
Connaissant cela, il s'avère que c'est la méthode de
l'altimètre qui est plus précise encore que les ergomètres
concepts 2, en effet, la puissance parasite, de l'ordre de 5 à 10
watts sur les côtes raides est moins importante que celle qui est
proche de 40 watts sur un ergomètre mais qui varie beaucoup en fonction
de la cadence, de son renvoi de main... en général il ya
toujours 30 watts de différence entre mes tests d'ergo et ceux de
vélo, normal car c'est la différence entre les puissances
parasites:40 watts - 10 watts = 30
Une méthode semble donner de bonne approximations à condition
de se tenir pareil en côte et sur le plat
methode_de_l-effort_identique
Méthodes: trouver la relation approchée P=kv3
à partir d'une vitesse sur le plat et en côte avec un effort
de même puissance. la puissance est inconnue. On sait qu'on est à
la même puissance en respectant, en stabilisé la même
fréquence cardiaque.
Trouver K de P=kv3 à partir de sa vitesse maximale
sur le plat et de sa vitesse maximale en côte.
k= 9.81md/3600/(vp3 - vc3)
m masse totale (vélo plus vous en kilo)
d vitesse ascensionelle en mètre/heure
vp vitesse sur le plat
vc vitesse sur la côte
ou k=9.81mvcp/100/(vp3-vc3)
avec p=pourcentage de la côte
Cette méthode peut donner des résultat précis
à quelques pourcent près:
Si on connait très précisement sa limite en endurance,
il suffit de mesurer sa vitesse maximale maintenue sur le plat, puis sa
vitesse ascensionelle maximale, (donc avec le même effort).
Cette limite s'avère toujours très précise lors
d'un effort mené en limite d'endurance: en effet le simple fait
de dépasser de 2 ou 3% cette limite fait un essouflement.
Pour être plus précis on peut utiliser une montre cardio. à la même fréquence cardiaque correspond la même puissance (pas besoin de la connaître). le test est plus facile car au lieu de se baser sur un effort maximal on peut se baser sur un effort modéré.
établir votre vitesse sur le plat sur route
plate, lisse, sans vent, pour une FC de 150
Mesurez votre vitesse ascensionnelle et votre
vitesse sur une côte, pour cette même FC
(tachez de vous lancer à FC 150 ou FC
proche attendre la stabilisation, de monter en respectant cette FC en chronétrant
le temps entre deux repères d'altitude)
Exemple
vous pésez 75Kg et votre vélo 10
Si vous montez un col à 900m/h et 18km/h,
Et que votre vitesse lors d'un même effort sur le plat est de
41km/h
alors k=0.003304
sur le plat à 41 km/h votre puissance est donc de 227watts,
votre r est de 3.02w/kg ou 2.67 watts/kilogrammes avec vélo.
et il vous faut, à 30km/h 90w et à 50km/h 413 watts.
Descendre en mesurant la vitesse ascensionelle.
La puissance est fournie par la conversion de l'altitude en énergie
Comme on a à la fois une puissance en watts, et une vitesse
correspondante on peut déduire
P=9.81md/3600= kv3
Sur une pente donnée, lorsque que le variomètre se stabilise
à 1700m/h je trouve 43km/h
pour P=440 watts 43km/h ce qui donne
k= 440/43^3 ou 149.4/30^3 ce qui n'est pas éloigné
de 146/30^3
146/30^3 est le coefficient le plus bas trouvé pour le VTT,
sur vélodromme, sans doute à cause de la position, toujours
mieux ajustée en pédalage que lors des descentes.
Amélioration mathématique.
En vélo droit la résistance de l'air est si énorme
que la relation varie entre 20 et 40km/h sensiblement comme le cube de
la vitesse.
En vélo couché "low racer", la résistance des
pneus peut représenter près de la moitié de la puissance
consommée
Pertes en watts dus aux pneus wattivores
de l'ordre de
km/h 32 40 48
watts pour les 2 roues
48 60 71 (37 fois 451)
47 59 71 (28 fois 451)
34 42 51 (25
fois 700)
watts totaux
vélo droit 176
312 509
pneus
19.5 13.5 10 % de la résistance totale
vélo couché 143
242 380
pneus
33 24 18.5 % de la résistance totale
Low racer 112
178 269
pneus
36 28 22.5 % de la résistance totale
(remarque pour avoir la consordance
avec http://www.kreuzotter.de/english/espeed.htm je dois apparement rentrer
non pas 42 à 40km/h mais 70 à 40km/h (la concordance est
par contre vérifiée avec les deux autres types de vélo)
les pneus renforçés kevlar évitent les crevaisons intenpestives dues aux robiniers et bouts de verre, un minimum de qualité évite les problèmes et défaillances qui sont typiques des vélo bas de gammes qui sont juste bon à faire croire que le vélo c'est chiant, comme le sugère les dessins datant de plus de 2000 ans déjà... Dans les monastères tibétains, il suffit de regarder les tankas pour se rappeller l'importance des pneux kevlar en vélo: (à l'époque le démonte pneu n'étant pas inventé fallait y aller avec les dents)
Pour avoir une formule simple donnant watts par la vitesse, on aura
alors une relation P= AV³ + RV avec A coefficient lié à
la résistance de l'air et R lié à la réisistance
des pneus.
Vélo droit de course: à 30.3 km/h P= 150 watts
mais les pneus en consommant 30 =r
A= (150-r)/30.3³
R= (r/80.3)
P= AV³ + RV devient P= V³(150-30)/30.3³ + (30/30.3)V
V= 30.3 P= 150
V= 40 P = 315 (en réalité V=40.4)
Vélo couché
à 40km/h
P= AV³ + RV devient P= V³(245-59)/40³ + (59/40)V
V= 30 P=122 (122 donne 29,7)
V= 50 P= 437 (437 donne 50.4)
La formule simple donne une bonne valeur approchée, on peut
affiner et trouver r à tatons.
Low racer
P= AV³ + RV devient P= V³(178-70)/40³
+ (70/40)V
V= 30 P=98 (133 donne 29.8)
V= 50 P= 298 (298 donne 49.9)
cette valeur de 70 ne semble pas normale (le tableau issu de l'essai
des pneux propose 42)
Il ya encore un écart, mais il ya aussi d'autre paramètres:
une certaine puissance est consommée par la transmission: immaginons
2 hypothèses.
Low racer 50 watts perdus pneus à 40km/h 10 dans la chaine
P= AV³ + RV devient P= V³(178-10-50)/40³ + (50/40)V+10
et r= 50
V= 30 P=97 (97 donne 29.8)
V= 50 P= 308 (308 donne 50.6)
60 watts perdus pneus à 40km/h 5 dans la chaine
P= AV³ + RV devient P= V³(178-5-60)/40³ + (60/40)V+5
et r= 60
V= 30 P=98 (98 donne 29,8 )
V= 50 P= 300 (300 donne 50,1 )
en conclusion: on prendra avec prudence les valeurs données pour
les pneus, et celle données par http://www.kreuzotter.de/english/espeed.htm
Elle sont suceptible de beaucoup varier dans le cas des low racers
en particulier.
Bilan de la relation puissance/vitesse
On aura une approximation meilleure que le dixièmes de km/h entre
25 et 50km/h si on considère que la puissance est consommée
en 3 partie
La résistance de l'air qui varie comme
le cube de la vitesse
La résistance de roulement qui varie comme
la vitesse (pneus et frottements mécaniques)
La résistance de transmission qui est
quasi constante
formule pour un vélo couché classique
éttalonner la formule
Pour avoir les puissances intermédiaires, on doit veiller à
ce que la courbe passe par les 3 points correspondants aux essais
par exemple si à 40km/h on a 257 watts dont 52 consommés
par les pneus et 6 par la chaine
Si d'autre part la relation FC watts est de P/3.1+60
Si P est 257 à 40km/h et que l'on sait que la puissance consommée
par les pneus est de l'ordre de 52 watts et que la chaine en bouffe 6
On trouve P= V³(257-6-52)/40³
+ (52/40)V+6
20km/h faut 57 watts 80 pulses
30km/h faut 129 watts 105 pulses
40km/h faut 257 watts 149 pulses
42km/h faut 291 watts 161 pulses
45km/h faut 348 watts 181 pulses
50km/h faut 460 watts
53km/h faut 538 watts
c'est très proche de ce que le calcul complet donné par
http://www.kreuzotter.de/english/espeed.htm
donne (à 0.2km/h près pour ShortWheelBase racing equipped
75Kg 182cm 0m 20°)
Si on change
L'altitude
250m 20°
P= V³(250-6-52)/40³
+ (52/40)V+6
la température
0m 15°
P= V³(260-6-52)/40³
+ (52/40)V+6
se lancer précisément à 50km/h puis couper les gaz mesurer ensuite précisément en combien de temps on a perdu 5 km/h. la formule exacte permettant d'en déduire l'écart en % de puissance à vitesse constante est par contre compliquée à obtenir à partir de cette mesure. Attendre l'arrêt complet est moins précis pour juger de l'aérodynamisme. par contre, si on choisi un écart de vitesse faible, par exemple 50 à 45km/h alors la consommation énergétique pour 47km/h peut être approché assez justement en faisant la différence de l'énergie cinétique sur la distance parcourue E=1/2m*V1au carré - 1/2m*V2au carréet puissance= E/T T est le temps mis pour passer de 50 à 45 km/hreccomencer ainsi par tranches de 5km/h (je préférerait par tranche de -10%) et vous pouvez faire une courbe déduite du tableau.
V1 V2 V1 V2 V1 V2
test 50-45 45-41 41-37
Vmoy 47 43 40
temps T1 T2 T3
P1 P2
P3
en fait P évolue sensiblement comme le cube de la vitessedonc
pour trouver plus exactement à quelle vitesse correspond une consommation
d'énergétique moyenne en passant par exemple de 50 à
45km/h en roue libre on trouverait la vitesse correspondante à la
consommation trouvée de 50 à 45
47.63 et non pas 47.5
amélioration mathématique
en faisant la moyenne des cubes: exemple
((50exp3+45exp3)/2)exp(1/3)
cela donne
V1 V2 V1 V2 V1 V2
test 50-45 45-41 41-37
V 47.6 43.1 39.1
temps T1 T2 T3
P1 P2
P3
(n'oubliez pas de diviser par 3.6 pour utiliser des m/s)
utilisez des m/s et des kg
E est alors exprimé en joules et les watts sont des joules
par secondes
Sachant que la fréquence cardiaque augmente avec l'effort, j'ai
fait l'essai suivant: maintenu une vitesse moyenne de 30km/h, noté
la fréquence cardiaque moyenne.
Plus la fréquence est basse, moins l'effort demandé à
été important.
-Vélo de route pneux
de 28
sur route lisse (asphalte) à 30km/h
FC = 129 environ 200 watts
sur route rugueuse(gravillons
jetés sur goudron) FC = 142 ferait 240
watts
-Vélo VTT pneux city
slick
route lisse à 30km/h
FC = 133 moins bien 212 watts
route rugueuse
FC = 135 mieux! 218 watts
Le fait que la position soit rigoureusement la même (même selle, même guidon) et les aérofreins identiques (sacoches, phares, pouet pouet) confirme que la différence vient bien des pneus,
Les performances se dégradent en effet quand la rugosité
est de l'ordre de grandeur de diamètre du pneu: les vibrations qui
en résultent dissipent l'énergie: Sur route rugueuse, c'est
les pneus de VTT qui vont le plus vite, et c'est souvent le cas: presque
toutes les petites routes de campagnes sont gravillonnées!
Si vous ne pouvez pas avoir 2 vélos, je suggère d'avoir
le vélo utilitaire en priorité: avec un vélo utilitaire,
du fait que vous pouvez en faire tout le temps et partout, vous resterez
en condition, donc finalement plus rapide même avec votre vélo
lourd et équipé pour la nuit, l'hiver et la pluie, que ce
que vous pourrez faire avec un vélo dépouillé sans
condition physique entretenue régulièrement.
Avec un vélo de course, la seule solution pour passer l'hiver,
la nuit, la pluie, est de se contraindre au "home trainer".
étalloner son matériel.
Il s'agit de faire des statistiques en vélodromme:
telle FC dont telle puissance donne tant de km/h.
L'essentiel des efforts en vélo et la somme: lutte contre la
pesanteur (varie comme vitesse fois masse fois pourcentage) plus résistance
de l'air (varie comme le cube de la vitesse fois le coeff de frottement).
En skiff seul intervient la résistance de l'eau qui varie comme
le cube de la vitesse. Les mesures sur un lac lisse sans vent donne des
résulttats reproduisibles, à 0.1 km/h près!
Puissance d'un homme?
PMA (puissance maximale aérobie, celle que l'on peut maintenir
lors d'un effort maximal durant plus de 6mn)
j'ai remarqué en poursuivant la plupart des cyclistes "déguisés"
en coureur, que la moyenne des vitesses ascensionnelle lors d'un effort
les essouflants (limite endurance dure) était 700 à 800m/h
et que la vitesse sur le plat était de l'ordre de 31 km/h... vu
le vélo, cela correspond à des puissances PMA de l'ordre
de 150 à 175watts pour 9 cycliste sur 10, en régime d'endurance
soutenue. C'est faible car ils s'entraînent mal (fréquence
cardiaque trop élevée), et ne pratique pas quotidiennement!
le coeur est rapide mais musclé et petit à la fois il ne
peut plus acquérir de volume.
En revanche, avec une PMA de 400 à 420 watts les coureurs du
tour de France tiennent des dénivelés de l'ordre de 1600
à 1700m/h (40 à 45mn pour monter les 1200m du colombier)
et une vitesse sur le plat de 48km/h dans les contre la montre.
Une pratique quotidienne en endurance douce, donnant du volume au coeur
permet une puissance limite de PMA= 250 watts environ, et ce jusqu'à
65 ans au moins. Et tenir 175 à 200 watts serait la puissance confortable,
en endurance douce, à prendre en compte pour les besoins du vélo
utilitaire de l'avenir (même un insuffisant cardiaque de 60 ans y
arrive, avec "30% systole").
Une pratique assidue respectant les régimes cardiaques d'endurance,
et les proportion des efforts long modérés (70% du temps)
et courts-intense (le reste du temps) et ce dans les ages de 20 à
45 ans donne facilement une PMA de 350 watts. celle ci correspondant à
la limite normale, au dessus de laquelle il faut devenir pro dans un sport
et recourir à des méthodes spécifiques à la
compétition
J'ai remarqué aussi que la procédure suivante, peu précise
donne néammoins une bonne idée de la gamme de puissance possible
d'un homnidé juché sur son biclou
La possibilité de tourner en régime aérobie
est proportionelle au débit cardiaque que le coeur peut assumer.
D'autres paramètres participent aussi: capaccité pulmonaire
et rendement musculaires, mais ils sont d'importance secondaires quelques
pourcents:par rapport au débit sanguin possible.
le rapport puissance sur poids peut être estimé grossièrement
avec le calcul suivant: fréquence cardiaque maximale sur fréquence
cardiaque de repos donne une bonne idée du rapport puissance/poids-maigre
possible à la limite d'essouflement (limite aérobie). le
poids est exprimé en poids idéal (attention, si vous avez
un peu de graisse ce poids est alors inférieur de 5 à 15Kg
(en moyenne 10) par rapport à ce poids idéal=)
Poids idéal(Kg)= (3Taille-cm-250)/4
en gros Puissance-au-seuil(watts)=FCmax/FCrepos*(3T-250)/4
(homme et femmes items)
La puissance au seuil est ce que l'on est capable de maintenir environ
15 minutes.
la puissance "modérée" correspondante à celle
d'un long trajet est 0.8 fois cette puissance, c'est donc encore du même
ordre de grandeur.
exemples:
FCrepos 38, FC max= 190 taille 177cm puissance-seuil= 350 watts
(puissance habituelle d'un compétiteur) Poids réel: 67Kg
r= 5.22watts/kg, avec vélo de 9Kg r= 4.6
FCrepos 40, FC max= 180 taille 177cm puissance= 315 watts poids
réel 72Kg r= 4.37, avec vélo de 30Kg r=
3.1.
FCrepos 70,FCmax= 180 donne 180 watts poids réel 80Kg
r=2.25 (avec vélo de 9Kg r=2.02).
Voilà les sortes de vélos pour lesquelles j'ai pu vérifier
dans la presse, sur le terrain, et à diverses occasion une relation
puissance/vitesse.
Les vélo utilitaires (le VTT et le follis) sont évidemments
peu pénétrant dans l'air
Le vélo de courses correspond au même dépouillé,
et ce qui est observé en vélodromme par les compétiteurs
non pro
Le vélo de compétition est basé sur la relation
performances/puissance des coureurs du Tour de France ou l'on peut connaitre,
par la presse, les temps, et les puissances des coureurs: 400w à
423 w et les 6 premiers 416 à 423 watts.
La limite humaine des pros de 75Kg est très précise:
400 à 420 watts. C'est aussi autour de 420 watts que se situe la
puissance des champions d'aviron lors des têtes de rivière.
Route lisse, vitesse stabilisée.
VTT (avec guidon de vélo course, pneus "City slick" 1.75,
garde boues sacoches éclairage 20 Kg)
P= 178*(V/30)^3
Vélo de randonnée FOLLIS avec pneus de 28 poids 19
Kg sacoches, garde boue...
P= 250*(V/36.1)^3
Vélo de course classique amateur 9 Kg.
Vélo de compétition, tenue optimale, casque aérodynamique
7 Kg, jantes aérodynamiques et roues pleine ou à batons...
etc
Vélo de piste.
Lors
des chasses aux lièvres j'ai remarqué que la moyenne
des vitesse ascensionnelle était 700 à 800m/h et que la vitesse
sur le plat était de l'ordre de 31 km/h... vu le vélo, cela
correspond à des puissances de l'ordre de 150 à 175watts
pour 9 cycliste sur 10
La puissance limite des cyclistes hebdomadaires se situe vers 180
watts (revenu mettre cette page à jour en 2004 je confirme: c'est
bien la puissance au seuil de la plupart des sportifs irréguliers!)
J'essaie actuellement de dégager la relation liant puissance
maxi en endurance avec le kilométrage au cours des 3 derniers mois
et dans l'année. Pour cela il faut poursuivre les cyclistes jusqu'à
qu'il s'essouflent pour vous semer, une fois sur le plat et une fois
en côte, et noter, vitesse/plat et vitesse/cote. Pour un poid de
75 à 80 Kg cela donne une idée des puissances.
Puissance 175 watts, vitesse en skiff entraînement/ compétition)
11.98
12.84
dénivelé possible en côte
piste 41.3
compétition 36.37
783m/h
Course 33.1 km/h
764m/h
vélo FOLLIS 30.9
683m/h
VTT 29.8 km/h 6.18
w.h/km 655m/h
Puissance 190 watts 11.3 12.2
piste 42.4
compétition 37.4
805
Course 34.0 km/h
786
vélo FOLLIS 33.0 5.75 w.h/km
702
VTT 30.7 km/h 6.18
w.h/km 675
Puissance 240 watts 12.5 13.4
piste 45.8
compétition 40.4
939
Course 36.7 km/h
917
vélo FOLLIS 35.6 6.74 w.h/km
819
VTT 33.1 km/h 7.25
w.h/km 786
Puissance 350 watts 14.5 15.54
piste 52.0
compétition 45.8
1432
course 41.7
1397
follis 39.1
1249
VTT 37.5
1198
Puissance 420 watts (puissance moyenne des 6 premiers coureurs du
tour 416 423watts)
15.52 16.63
Piste 55.3
compétition 48.5
1700
Course 44.34
1660
Follis 41.45
1483
VTT 39.9
1422
Plus que 400 watts en endurance? (75Kg) vous êtes un champion international
Puissance 500 watts
16.54 17.7
piste
58.6
vélo de course ordinaire 47km/h 10.6 w.h/km (VTT 686 watts!
FOLLIS 556w)
Follis
43.9 km/h
VTT
42.3
Mettre Lance amstrong sur le VTT ramènerait ses performances
à un champion seulement régional (39.9 km/h au lieu de 47
à 48 de moyenne sur le plat! (avec un vélo de course "banal"
9km/h d'écart. Pire encore: un vélo de course pas banal permet
une moyenne de 53km/h).
(un VTT à pneux lisses je précise, avec des crampons
la perte atteint bien 10km/h
En revanche quelqu'un qui va à 27 de moyenne sur un vélo idéal devrait aller à 25 km/h sur le VTT (seulement 2km/h d'écart et 4 avec des crampons)En vélo utilitaire ça ne vaut pas le coup de rouler sur des pneux aussi inconfortables pour 2km/g de gagné...
Puissance 500 watts vélo de course ordinaire comme nous pouvons
nous payer 47km/h 10.6 w.h/km (même vitesse:VTT 686 watts! FOLLIS
556w)
Puissance 420-450 watts environ pour 47 km/h sur des vélo extrêmes
du genre ceux du tour de France: vélo avec tenue moulante, roue
pleine, technologie de pointe: un vélo aussi cher qu'une bagnole.
tenue_moulante: c'est pas de la
frime... cet hiver 2004 avec mon VTT je tirais la langue au dela de 36km/h.
(d'après les ergomètres ma puissance au seuil serait entre
340 et 360 watts)
Juste mis un pantalon moulant qui permet de pas faire flap flap sous
la pluie... J'ai eu la surprise de voir mon compteur se stabiliser assez
souvent vers 39 à 40km/h a ma puissance de seuil... 3 à 4
km/h de mieux rien qu'en rendant les jambes aérodynamiques!
Le déguisement et pancarte publicitaire
est donc viable... pour lutter contre la publicité il ne reste donc
que la solution de rouler si vite qu'elles deviennent illisibles.
repère avec l'aviron, autre sport d'endurance.
Si avec une PMA de 300w on tient 14.6km/h en skiff pendant 30mn
un champion cycliste capable de faire 50km à
48km/h en contre la montre devrait (si il sait ramer) pouvoir faire 16.33km/h
soit 6000m en 22'02, sur un skiff.
F.Kowal de Nogent/seine l'a fait en 22'33 à pont
à Mousson 2000 (meilleur temps). C'est très proche! mais
aurait t'il tenu ainsi une heure?
cela donne une idée des limites humaines, comprises
entre 400 et 500 watts pour des masses comprises entre 60 et 80 Kg, chez
les champions et entre 250 et 350 watts chez les amateurs qui ne vivent
pas seulement que de leur sport.
Les cyclistes, sportifs professionels poussés
par des enjeux élevés, voir même du dopage sont dans
des situations d'entraînement autrement plus poussés, en volume
et temps passé que l'aviron, de ce fait il semble normal qu'ils
devraient théoriquement battre, en puissance mécanique les
champions d'aviron.
Cela est intéressant aussi: Les méthodes
d'entraînement, pour des résultats comparables sont totalement
différentes. La différence semble t'il n'est pas la puissance,
mais la durée. Les champions cyclistes ne sont pas seulement aussi
puissants que ceux d'aviron, ils peuvent fournir des efforts maximaux
longtemps, des heures au lieu de 30mn maxi, le laindemain même d'une
étape correspondante à 5h00 d'entraînement intense..
Il semble que le volume d'entraînement supplémentaire,
une fois que l'on a acquis la puissance maximale, ajoute seulement la possibilité
de tenir de plus en plus longtemps.
Il semble même aussi que si on s'entraîne
modéremment mais longtemps on aura une bonne résistance à
la durée mais on aura des performances seulement modérées.
Les champions d'aviron sont puissants (400 à 500w)
mais à durée modérée 3 à 30mn
Les "randonneurs sportifs" sont peu puissants (200 à
300w max) mais à durée longue 6 à 8h
Les champions cycliste sont à la fois puissants
(400-500w) et à durée longue! 4 à 6H
On se demande comment ne pas mettre sa santé en
danger dans le dernier cas. Il semble que c'est justement les champions
cyclistes qui vieillissent le plus mal.
Il ya sans doute une limite raisonable d'énergie
définie par durée fois puissance à éviter de
dépasser lors des entrainements. le raisonable semble dans les 1
kw/h (125w pendant 8h, 200 watts pendant 2 fois 2 heures 30 ou 350w 2h50=
4 fois 40mn)
Ces considérations, et les valeurs ainsi trouvées permettent
de mieux apprécier les notions de rendement et quoi utiliser comme
pneus.
Ici, c'est le vélo à pneus fins qui paraît le plus
avantageux. Entre le VTT devenu vélo utilitaire et un vélo
de route plus performant mais qui ne permet pas de rouler sur les pistes
non goudronnées, à l'usage, le VTT est pourtant, malgré
tout plus rentable car il reste utilisable d'une façon normale dans
des portions aux kilométrage non négligeable sur lesquelles
de vélo à pneus fin gaspille l'énergie en vibrations
intempestives qui dégradent les performances:
Ainsi le bilan énergétique deviendrait avantageux pour
le VTT (à condition que la position soit la même: guidon type
course!!!):
J'avais relevé ma fréquence cardiaque moyenne (proportionnelle
à l'effort à fournir) sur des portions de routes rigoureusement
plates, les jours sans vent en essayant les deux vélos:
-Vélo de route sur route lisse (asphalte) à 30km/h FC=
129 route rugueuse(gravillon jeté sur goudron) FC=142
-Vélo VTT route lisse à 30km/h FC= 133 route rugueuse
135.
Pour tenir 30 km/h il faut donc parfois dépasser 200 watts
avec le vélo à pneus fin sur route rugueuse à 30km/h
alors que sur cette même route avec le VTT la puissance à
fournir reste en dessous de 180 watts. Ceci est bien confirmé par
la fréquence cardiaque à vitesse stabilisée.
Il apparaît que pour éviter les routes pleines de voitures,
je roule généralement sur des routes rugueuses. Le VTT est
donc globalement plus performant et ce d'autant plus que le confort évite
un surcroît de fatigue. En outre la plus grande sécurité
obtenue par les pneus VTT permet un gain de vitesse moyenne non négligeables
dans les descentes et les routes qui ont été "défoncées"
(Rustines, ralentisseurs, pistes cyclables avec plaques d'égout)
Le fait que la position soit rigoureusement la même (même
selle, même guidon) confirme que la différence vient bien
des pneus, (le poids et l'aérodynamisme sont identique pour les
deux vélos: même équipement, sacoches idem, poids idem)
Ajoutons que pour la majeure partie de mes destinations, pouvoir emprunter
des pistes en concassé réduit de près de 10 à
20% la longueur des trajets. C'est sans doute le cas pour vous si vous
aimez éviter la circulation.
Les performances se dégradent en effet quand la rugosité
est de l'ordre de grandeur de diamètre du pneu: les vibrations qui
en résultent dissipent l'énergie: Sur route rugueuse, c'est
les pneus de VTT qui vont le plus vite, et c'est souvent le cas: presque
toutes les petites routes de campagnes sont gravillonnées!
Finalement, dans le cadre d'un vélo utilitaire, il est préférable
de gagner 4 à 5 km/h sur les routes défoncées que
de gagner 2 km/h sur les routes lisses.
Si vous voulez connaître le vélo pleinement, je suggérerais
de posséder 2 vélos:
- un vrai vélo de course pour faire des séances d'entraînements
avec des sensations qui en valent la peine: des portions de plat avalées
à 43km/h, un col de 1000m monté en 45mn...
Le plaisir du vélo rapide et léger doit être entier,
sinon ça n'en vaut pas vraiment la peine: aérodynamisme de
rigueur (combinaison moulante) et légèreté (pas d'affaires
à transporter), et condition météo bonne. Ce vélo
là n'est intéressant que sur des routes lisses choisies en
fonction de leur qualité et de leur tranquillité, le choix
de la destination venant en second.
- un VTT équipé d'un guidon de course, sacoche,
porte bagage, lumière, comme vélo utilitaire pour aller d'un
point à un autre tout en conservant de la performance (le choix
des routes est contraint la destination) sans souffrir sur les pistes cyclables
ni être obligé à emprunter les voies rapides et nationales.
Si vous ne pouvez pas avoir 2 vélos, je suggère d'avoir
le vélo utilitaire en priorité: avec un vélo utilitaire,
du fait que vous pouvez en faire tout le temps et partout, vous acquerrez
automatiquement des performances physiques incomparables à ce que
vous pourrez obtenir en ne faisant du vélo que le week end seulement
s'il fait beau.
Au final les performances globales deviennent meilleures même
avec votre vélo lourd et équipé pour la nuit, l'hiver
et la pluie, que ce que vous pourrez faire avec un vélo dépouillé,
en effet, vous ne perdez pas votre entraînement, en ayant tout le
temps la possibilité de rouler, surtout si en plus vous faites des
trajets utilitaires.
Avec un vélo de course, la seule solution pour passer l'hiver
et les périodes sans assez de temps pour "rouler exprès"
est de se contraindre au "home trainer"
consommation au kilomètre
Rendement pratique.
Pour des puissances moyennes de 220 watts la vitesse moyenne sur long
parcours avec aléas tels que petits dénivelés donne
des rendements de l'ordre de 7 w.h/km pour une vitesse moyenne de 30 km/h
environ (mesuré 7.4 w.h/km à vitesse moyenne 30.4).
Pour des parcours plus sinueux, vallonnés, avec 400m de dénivelé
pour 30km le rendement est de l'ordre de 7.34 w.h par km (0.0806 w.h/km/Kg).
(vitesse moyenne 25.22 km/h)
Un vélo assisté électrique de 120 Kg en tout exigerait
pour "avancer seul" 1 Kw.h ou 80 Ampère-heures sous 12 volts pour
100km... C'est à peu près ce que contient une batterie de
voiture.
On retiendra que le rendement d'un vélo entre 20 et 30km/h est
compris entre 4 et 9 w.h/km dans des situations déjà très
différentes (suivant l'allure, les pneus et le dénivelé...)
Et si on affabulait un peu?
actuellement, par les relations d'interdépendances, un cycliste
consomme presque autant qu'une voiture... ceci dit pour que le cumul de
non-mérite quand il est négatif se multiplie aussi... j'ai
copié collé ici un ettonant constat :
La conséquence de ceci est
qu'une seule tranche de pain « contient » ou incarne près
de 90 grammes de CO2. Un typique pain de 700 grammes avec 18 tranches,
si chaque tranche pèse seulement 39 g. Un cycliste voyageant à
16 km/h et s?alimentant avec trois tranches de pain à l?heure engendrera
l'émission de 270 grammes de CO2 en une heure, soit 0,017 kg de
CO2 par km (0,27 kg par 16 km = 0,.017). Le cycliste peut maintenant être
inscrit dans la table des émissions par mode de transport, et se
révèle pas plus efficace qu?une voiture en termes d'émissions
de carbone., qui pourrait être vrai puisque le cycliste
dépend des autres qui en fait participent à une économie
énergivore...
Un cycliste qui carbure aux cerises et aux prunes, au pommes, aux noix
trouvées sur le bord de la route est plus écologique.
le pire des cyclistes est celui qui fait des pauses dans les make d'eau.
ettonant non? mais faux à mon avis, si
c'est juste pour le cycliste, c'est trompé d'un facteur -15 pour
la voiture, en fait c'est une faute de frappe car ils le disent eux mêmes
la consommation du cycliste est en réalité de 333 kWh d'énergie
de nourriture x 5,6/2,0, la proportion d'énergie incluse dans
le pain à son contenu énergétique = 932 W.h.
Cette consommation de presque 1 kWh chaque heure signifie qu'un cycliste
emploie en pédalant près de 60 W.h par km, ou 6 kWh au 100
km. C'est l?équivalent de presque 0,6 litre d'essence pour 100 km,
soit 10 fois l'efficacité d'une petite voiture.
un cycliste rejette directement 4g/km par les
narines et encore, à peu près 4 à 10g/km au total
(direct plus induit), si il y va fort. (mais disons indirectement comme
prouvé dans le texte qui suit 20g/km due à l'énergie
pour cultiver, élever et abbatre sa bouffe et lui transporter de
l'archipel tataouïne à la terre des frouzes) donc 20g pour
le cycliste c'est plausible et bien calculé).
le texte fait état de 80g/km pour la voiture
(donc 20 par personne avec 4 personne à bord, possible, si cette
voiture est une aixam avec moteur de 9kwatts! c'est rare: vous en voyez
beaucoup?, en réalité une voiture demande 100 à 200wh/km
d'énegie mécanique soit 400 à 800 d'énergie
totale, plus les frais d'extraction et de transport de l'essence on est
vers 1000 à 1400 wh/km, divisé par 4 = 250 à 350 wh/km/personne
au mieux)
ils se trompent donc un peu car en fait c'est
plutôt 100 à 200g/km en moyenne est directement rejeté
par l'échappement et si alors on estime là aussi les rejets
indirects (fabrication): si on suivrait le même raisonnement majoritairant
que pour le cycliste il faut au contraire compter pour la voiture l'inconsumerable
gaspillage de ressources que le mode de vie même qu'elle engendre
(un mode de vie ou TOUT coûte plus et où on a besoin de PLUS)
avec en plus (ça fait beaucoup de plus) la fuite de ses nuisances:
vacances à des miliers de km, trajets quotidien jusqu'à Perpètlézoi,
habitations climatisés cause déréglement climatique,
architecture couteuse pour tenter de rendre les villes moins invivables...
au pif je dirait.... AU MOINS 300 g de CO2 par
km par personne donc Voiture
0,3 (car dans un monde sans voiture,
au lieu de consommer rejeter 5 à 6 tonnes par an on en rejeterait
probablement 0.5) et encore en plus du CO2 il ya le reste, qui pue!
et on a oublié que le cycliste induisait
une évolution du mode de vie, évitait des nuisances qui par
retombées favorisent une décroissance (de la pollution) chez
les autres: exemple: dans une ville cycliste moins de gens seraient tentés
de prendre leur voiture, moins de malades iraient prendre de soins couteux,
moins de gens partiraient loin pour fuir....
on peut ainsi faire dire aux chiffres ce qu'ils
veulent! c'est ainsi par le biais de raisonnements à la fois justes
sur le calcul mais brouillés sur le global...
j'ai copié collé ce texte pour que vous jugiez du raisonnement,
très intéressant à lire.
mais je rapelle qu'en raisonnant à l'ordre de grandeur près (avec une plage d'erreur de 100 à 1000%) mais avec intuition on est plus près de la vérité qu'en additionant des chiffres au centième près, car en fait on n'a pas tous les éléments!
lextrait de http://petrol.free.fr
Le carburant du cycliste ?
L'exemple le plus couramment utilisé pour désigné le moyen de transport produisant le moins de carbone, est celui de la bicyclette, mais est-il aussi est efficace qu'il y paraît ? Un cycliste voyage à 4,5 m/sec (soit près de 16 km/h, la vitesse d'un shopping non athlétique ou d?un trajet domicile-travail pendulaire), supposant qu?une bicyclette conventionnelle nécessite près de 75 Watts (les données dans cette section proviennent de Whitt F. et Wilson D. (1982) Bicycling Science MIT Presse, Cambridge, Mass. Pages 151 à 188), qui est en fait le rendement énergétique qu'une « personne moyenne » peut entretenir sans inconfort sur une période prolongée de temps. Cependant, cette énergie doit être fournie, et son origine est la nourriture ingurgitée par le cycliste. Whitt et Wilson annoncent que les personnes « en bonne santé » utilisent celle-ci avec une efficacité proche de 24%. Ceci représente « le rendement énergétique fourni au travail en rapport avec la valeur énergétique des aliments ingérés en plus de ceux nécessaire pour entretenir la vie ». Ce qui signifie qu?un cycliste voyageant à 16 km/h doit manger en équivalent énergétique, une nourriture fournissant plus de 300 Watts heure chaque heure en plus de sa consommation normale de nourriture pour l'entretien de la vie (75 Watts travaillent avec un rendement de 0,24 soit 312,5 W.h).
La nourriture comme carburant, plutôt que comme plaisir, est une idée qui a déjà été considérée avant son apparition dans ce document, et démontrée dans la citation suivante d'un chimiste Britannique : « Les arachides représentent une très bonne source pour trois composants majeurs de la nourriture. Une ingérence de 420 grammes approvisionnerait l'exigence quotidienne complète pour une personne requérant 2500 Calories (soit 10460 kilojoules) et représenterait un approvisionnement adéquat en protéine nécessaire, bien que le contenu en hydrate de carbone est très inférieur à ce qui est recommandé pour un régime équilibré. Une telle quantité d'arachides coûterait moins $1,50NZ (1kg d?arachides coûte $2,99NZ). Aucun ustensile ou vaisselle ne serait nécessité et le rythme d?ingérence des noix pourrait varié entre 1 à 3 séances (qu?il serait inapproprié d?appeler des repas) à un taux presque continu de trois petits noix chaque cinq minutes sur une période de douze heures. Les personnes vivants (?) sur un régime d'arachides devraient agrémenter leur consommation avec une tablette par jour de multi-vitamines et de minéraux et boire quantité raisonnable d'eau, particulièrement si les arachides sont salées. » (P.S. : les valeurs en Livre Sterling dans la citation originale ont été converties en Dollars Nouvelle-Zélande) Barrett, J. (1994) Chimie dans votre environnement, Albion Publiant, Chichester, pages 150-151.
L'auteur va suggérer qu'un régime très bon marché et complet, avec aucun besoin pour des suppléments, serait trois repas fait chacun de trois ration de Weetabix (un produit anglais) et d?une boite de sardines. Cela cependant, est faux. Une personne nécessite réellement 10 MJ/jour. Trois boites de sardines fournissent près 2,7 MJ. Le restant, 7,3 MJ représente approximativement 500 grammes de Weetabix ou 9 biscuits/repas. C?est un régime monotone et qui n'est pas bon marché. Le coût pour une famille de quatre « travailleurs » serait de $ 150NZ/semaine.
Cette digression dans le royaume des régimes, montre que les scientifiques n?ont pas nécessairement toutes les réponses. Cependant, la science est requise pour déterminer de nouvelles options de transport. Le contenu énergétique des nourritures est donné en calories, qui sont en fait des kilocalories. Une kcal = 4,187 kJ. Le contenu énergétique de la plupart des produits est annoncé sur leur emballage. Par exemple, un pain complet tranché de 700 grammes annonce que son contenu énergétique est 1027 kJ par 100 grammes, ou 400 kJ par tranche de 39 grammes. Un megajoule représente 0,278 kWh, si une tranche de pain dispose d?un contenu énergétique de 0,4 MJ x 0,278 = 0,.1112 kWh (111 W.h). Le pain entier sur cette évaluation, dispose d?un contenu énergétique de 2,0 kWh. Il suit de ces calculs, qu'un cycliste voyageant à un tranquille 16 km/h, a besoin de consommer trois tranches de pain à l'heure en plus de son régime normal (111 x 3 = 333 W.h). Il pourrait manger du pain blanc et obtenir le même résultat mais diététiquement moins riche en fibres. Le pain qui alimente le cycliste ne représente pas dans la réalité 333 W.h. Il requière de l'énergie pour labourer le champ, semer le blé, le fertiliser, le récolter, le moudre, cuire le pain, faire l'emballage, le transporter jusqu?au magasin et ainsi de suite jusqu?à ce que le pain soit mangé. Chapman P. dans (1975) Fuel?s paradise : energy options for Britain Penguin Books (page 54), annonce qu?il faut 5,6 kWh pour produire un pain (son contenu énergétique inclus), qui signifie en fait, que la consommation du cycliste est en réalité de 333 kWh d'énergie de nourriture x 5,6/2,0, la proportion d'énergie incluse dans le pain à son contenu énergétique = 932 W.h. Cette consommation de presque 1 kWh chaque heure signifie qu'un cycliste emploie en pédalant près de 60 W.h par km, ou 6 kWh au 100 km. C'est l?équivalent de presque 0,6 litre d'essence pour 100 km, soit 10 fois l'efficacité d'une petite voiture. C'est un mode de transport très efficace, mais il n'est pas sans émission de CO2. Pour revenir au pain qui fournit le carburant du cycliste, Chapman donne la perte d'énergie engendrée pour que le pain soit disponible au consommateur :
La perte énergétique pour la génération d'un pain au Royaume-Uni
Au niveau de la ferme Fertiliser
11,6%
Carburant pour le tracteur 7,3%
Autres 0,4%
Au niveau du moulin Transport 1,4%
Autres 2,0%
Energie du moulin 7,4%
Emballage 2,2%
La "fabrique de pains" Transport
5,0%
Autres ingrédients 9,4%
Energie de cuisson 23,6%
Emballage 8,3%
Détaillant Transport 12,2%
Energie pour le magasin 8,6%
(à noter que cela ajoute jusqu'à 99,4%)
Si ces divers éléments sont concaténés, ils peuvent être affectés aux carburants et aux émissions de CO2 en utilisant les données du Building Research Establishment, ce qui donne les résultats suivants :
Emission de CO2 associée
à la production d?un pain tranché
% du total
facteur d'émission
* kg de CO2
fertilisation 11,6% (base pétrole)
0,27 0,175
diesel 25,9% (base pétrole)
0,27 0,392
emballage 10,5% (plastique base
pétrole) 0,27 0,159
énergie moulin 7,4% (électricité)
0,59 0,244
énergie cuisson 23,6% (gaz
naturel) 0,19 0,251
énergie magasin 8,6% (gaz
et électricité) 0,39 0,188
Autres 11,8% (gaz, pétrole
et électricité) 0,35 0,231
TOTAL : 1,640 kg de CO2 émis
pour réaliser le pain?
*Emission de CO2 sources énergétiques en UK en kg par kWh
électricité 0,59
carburant 0,31
autres produits pétroliers
0,27
gaz 0,19
(Données par Evans P. (1997) communication privée BRECSU, Building Research Establishment, Garston, Watford, UK. 11 Février)
La conséquence de ceci est qu'une seule tranche de pain « contient » ou incarne près de 90 grammes de CO2. Un typique pain de 700 grammes avec 18 tranches, si chaque tranche pèse seulement 39 g. Un cycliste voyageant à 16 km/h et s?alimentant avec trois tranches de pain à l?heure engendrera l'émission de 270 grammes de CO2 en une heure, soit 0,017 kg de CO2 par km (0,27 kg par 16 km = 0,.017). Le cycliste peut maintenant être inscrit dans la table des émissions par mode de transport, et se révèle pas plus efficace qu?une voiture en termes d'émissions de carbone.
Les émissions de dioxyde de carbone en kg par passager par kilomètre
Cycliste 0,02
Voiture 0,02
Autobus d'Auckland 0,02
Voiture électrique (2 places)
0,04
Monospace (5 passagers) 0,05
Train inter-ville diesil 0,06
Ferry 0,08
Voiture diesel 1,8 litre 0,09
______________________________________________
Si le vélo est un moyen de locomotion à part entière il sera sans doute carrèné (aérodynamisme et intempérie) et assisté: motorisation auxillaire.
Un tel véhicule, pas très rapide sur les grandes lignes
droites, en raison de son assistance entre 0 et 25km/h serait par contre
relativement prompt et nerveux pour des utilisations utilitaires urbaines.
Se serait préférable à un véhicule seulement
aérodynamique, qui à basse vitesse, donc dans les côtes,
et les départ, souffrent des lois de l'inertie encore plus qu'un
vélo ordinaire.
65.4km
dans l'heure.
Ce prototype pésant 30Kg environ trouvé sur internet ressemble
à ce qui pourrait être "une voiture à pédale",
véhicule utilitaire de l'avenir: un véhicule zéro
consommation. cherchez dans les moteurs de recherche GO-ONE pour
avoir des détails sur ce vélo: il existe un nouveau modèle.
Il est "utilitaire", essuie glace et lumières lui permettent de
rouler sur la route..
Leur coque est conçue pour que le frottement de l'air soit minime.
Des véhicules de ce genre, mais à moteur on fait, vers 25km/h
plus de 1000km avec un seul litre d'essence (un cycliste ordinaire carburant
à l'essence, ne ferait que 250km par litre à cause de son
lamentable aérodynamisme! un solex fait 100km par litre car c'est
un moteur 2 temps avec 2 fois moins de rendement).
Les vélos couchés de ce type établissent des records
de vitesse horaires proches, et même dépassant 70km/h (record
canadien 79km/h sur 100km), sur le plat idéal sans obstacle
ni ralentissement, et peuvent dévaler les descentes bien plus vite
encore.
Par contre ils sont au moins autant handicapés que les autres
sur les côtes et les accélérations, par contraste,
car en côte et en accéllération, c'est le rapport puissance/poid
qui joue, la lenteur paraît encore plus contraignante et insécuritaire.
Ce véhicule inspire donc l'idée suivante:
il faudrait le motoriser pour lui donner une nervosité et une
aptitude à grimper les côtes compatibles avec le cyclisme
utilitaire calculé pour des puissances inférieures à
200w (personnes non sportives).
En revanche on pourrait simuler la résistance contre l'air d'un
vélo ordinaire, en récupérant alors de l'énergie.
Au niveau des sensations tout se passerait alors comme si on était
sur un vélo assisté électrique qui aide en dessous
de 25km/h mais reste en roue libre au dessus de 25. Comme la coque qui
abrite de la pluie permet aussi d'économiser de l'énergie,
alors on en récupère car on peut se permettre de résister
comme la résistance de l'air qu'elle a supprimé!
immaginons un véhicule mixte électrique/musculaire de 200Kg en tout (75Kg + 100Kg + les zaffaires)
| VITESSE | Puissance mécanique lutte résistance de l'air | Puissance mécanique lutte résistance de l'air | régulation
+ = énergie motrice - = énergie retirée (pour charger batteries) Freiner= récupérer l'énergie du mouvement si possible |
énergie récupérée
en w.h/km sur le cycliste+ 9.81mVp/100/3.6*0.7 m= masse totale Kg p % descente 0.7 = rendement conversion+ apoint de 50 à 100w.h/jour avec 20 watts de panneau solaire |
| km/h | vélo ordinaire watts | entretenir-plat
carrèné watts |
watts
aide totale à 15km/h ou 1000w si trop raide |
|
| 15 | 18 | 3 | aide 1000w 15km/h | |
| 18 | 31 | 6 | + 200w si côte et départ | |
| 20 | 43 | 8 | + 80w si côte et départ | |
| 22 | 57 | 10 | + 40w si côte et départ | |
| 24 | 74 | 13 | + 10w si côte et départ | |
| 26 | 94 | 17 | - 60w - freinage | 1.6 + 9.81mVp/100/3.6*0.7 |
| 28 | 118 | 21 | - 75w - freinage | 2.0 |
| 30 | 145 | 26 | - 100 - freinage | 2.7 |
| 35 | 230 | 41 | - 180 - freinage | 4.8 |
| 40 | 343 | 61 | - 280 - freinage | 7.5 |
| 45 | 488 | 71 | - 500 - freinage = | 11.3 |
En utilisation utilitaire, on devrait se tenir en moyenne dans les zones
vertes (entre 26 et 30km/h), entre ces deux vitesse, la résistance
au pédalage est celle d'un vélo ordinaire: spontanément,
le cycliste cherchant un appui, il sera récupéré entre
1.5 et 3w.h/km,
La vitesse neutre (ni aide ni récupération est 25) Il
serait judicieux que si la batterie est à 30% vide la vitesse neutre
soit de 22km/h et que si elle est à 70% pleine, la vitesse neutre
soit de 30km/h (mais avec fin de l'aide toujours à 25).
Si le véhicule s'emballe, dans les descente, le freinage devient
plus énergique: il résiste plus qu'un vélo ordinaire
à 45km/h, évitant de freiner, puis ralentit la vitesse maximale
de manière à ne pas dépasser 1000w environ en cas
de descente raide. Les descentes raides sont descendus à une limite
de 1800m/h pour 200Kg si l'on veut récupérer le maximum d'énergie.
Sur un parcours de 100km et 500m de dénivelé répartis
sur 10km de côte et 10 de descente, avec un cycliste donnant un peu
plus de 100 watts (effort modéré accessible à tous)
on devrait avoir environ
(80)*3 =240 watts.heures récupérés sur les 80km
de plat
(500*200*9.81/3600*0.7)= 190 w.h récupérés en
descente
(1600*200*9.81/3600/0.7) = 389 w.h - 66 (cycliste)= 323 à donner
en côte (en suposant côte à 15km/h avec 100watt de plus
fournis par le cycliste)
total du voyage= 100 watt.h.
La vitesse moyenne étant de 31km/h sur 80km de plat, de 15km/h
sur 10km de côte et de 18km/h sur 10km de descente, alors V moyen
= 3h48 pour 100km = 26km/h
Cette vitesse moyenne est correcte, mais on a fait transiter 200kg
en tout sur 100km avec sa seule énergie musculaire. Ce qui laisse
apparaître la différence avec un vélo classique HPV
de 30Kg: possibilité de transporter plus que sa personne
sans souffrir des côtes. par exemple, à supposer que le
HPV pèse à vide 100Kg (30Kg+ 70 d'équippement d'électricité),
vous pésant 75Kg, alors il peut y avoir 25Kg de chargement: bouffe,
tente, pulls, brosse à dent!
Des panneaux solaire pourraient venir en aide et seraient bienvenu
l'été ou on pédale spontanément moins pour
ne pas avoir trop chaud. Au soleil il est réaliste d'obtenir une
aide de 50 watts.
Un "vélo" de ce type, utilisé de temps en temps dans
la semaine, pourrait stocker, rien qu'en solaire près de 200w.h/jour,
de quoi assister le pédalage sur 100km de plus ou sur un dénivelé
de 300m de plus par jour.
Il est possible aussi de compenser par le réseau électrique
pour les personnes en trop faible condition physique pour avoir un bilan
énergétique positif. La consommation reste dérisoire,
comparable à celle d'un simple ordinateur ou d'une télévision.
______
Régularité.
Si on veut respecter une moyenne en étant
économique:
en dessous de cette vitesse on consomme peu mais
on perds du temps.
Au dessus de cette vitesse on consomme plus d'énergie.
L'irrégularité c'est enchaîner
des pertes de temps avec de la surconsommation!
comme la puissance à fournir varie non
pas proportiellement mais comme le cube de la vitesse, un parcours avec
vitesse variant fortement consomme plus qu'un à vitesse constante.
On
consomme plus d'énergie en rattrapant un retard que l'on a économisé
en prenant ce même retard.
Cela est particulièrement vrai pour les
contre la montre en vélo mais aussi les courses d'aviron, et tout
sport à puissance limitée sur l'eau ou l'air puisque la puissance
varie alors comme le cube de la vitesse.
C'est aussi vrai en voiture: celui
qui fait en sorte de ne pas accélérer à chaque ligne
droite (reste à 75) mais négocie bien les virages (à
75 sauf ceux qui sont dangereux) consommera bien moins que le conducteur
de ligne droite qui ralentit beaucoup en virage (45) et va à 120
en ligne droite. pour un temps de trajet équivalent la consommation
varie ainsi du simple au triple (de 3 litres au cent à 9 litres
avec une voiture genre renaud 5!)
En voiture sur un parcours sinueux,
on aura une très faible consommation si on fait l'ensemble du parcours
à la vitesse maximale permise par la la majorité des virages.
Si l'on table sur une vitesse moyenne de 25km/h
1) 15 km/h moitié du trajet 75 la
seconde moitié, consommera au moins 3.18 fois plus d'énergie
que 2
2) restant continuellement à 25 sur le
même nombre de kilomètres! (même vitesse moyenne de
25km/h)
Si l'altitude de départ et d'arrivée
est la même, Si on récupère l'énergie des descentes
pour le réutiliser en côte, le parcours est à considérer,
énergétiquement comme un parcour plat.
Le vélo assisté 1, carrèné et quipé de récupérateurs d'énergies et de moteurs se comporterait comme 2, en roulant virtuellement sur le plat: assistante en côte, freinage en descente avec récupération de l'énergie.
On peut penser que sur le plat, l'effort étant
quasi nul pour maintenir un véhicule aérodynamique à
25, on se stabilisera spontanément entre 26 et 27km/h environ, voir
28 pour ceux qui appuient habitués à des efforts plus puissants
car entraînés, le système électromagnétique
simulant la résistance de l'air que l'on a sur un vélo ordinaire
peu aérodynamique (mais en récupérant l'énergie).
Récupérer l'énergie ainsi sur le plat devrait rendre
réalisable le projet en compensant le fait que les alternateurs,
les moteurs et les batteries ne sont pas parfaits et ne restituent pas
100% de l'énergie issue du freinage en descente.
vélo ordinaire ou vélo couché?
| situation | vélo couché et tricycles | vélo droit |
| côtes | handicapé par son moins bon rapport puissance/poids et le fait de ne pas pouvoir se mettre en danseuse | perds son avantage à partir de 20km/h à 25km/h ou en dessous de 5%. |
| routes pourries | on ne peut pas faire amortisseur en amortissant avec les jambes, et la rigidité de la structure est mise à mal. en France le vélo couché et les tricycles doivent être amortis, avec des ressorts moyennant les secousses répétitives. | Un vélo léger, rigide, encaisse bien, même avec des pneux fin les routes granuleuses, par contre si on transport des affaires, le rendement baisse par suite de déperdition de l'énergie des vibrations (amortissements non élastiques). le vélo droit évite plus facilement les nids de poules. |
| circulation | désavantagé par la faible hauteur, plus de pollution, et cohabitaion délicates: par exemple si vous êtes sur le coté de la voiture, vous serez invisibles. Ce phénomène est aggravé avec les voitures modernes qui cachent la visibilité vers le bas en particulier sur les cotés | plus visibles mais chutes plus dangereuse car la tête est en avant et le cycliste tombe de plus haut. |
---------------------------------------Brouillon--------------------------------------
Si le vélo est un moyen de locomotion à part entière
il sera sans doute carrèné (aérodynamisme) et assisté:
motorisation auxillaire.
Ce prototype ressemble
à ce qui pourrait être une voiture à pédale,
véhicule utilitaire de l'avenir: un véhicule zéro
consommation. cherchez dans les moteurs de recherche GO-ONE pour avoir
des détails sur ce vélo.
Les vélos couchés de ce type établissent des records
de vitesse horaires proches de 70km/h, du simple fait que la carlingue
évite le freinage de l'air! Cependant ils restent inutilisables
pour se déplacer au quotidien, car à la fois trop lents en
côte et trop rapides ailleurs (!)... Leur allure en effet est trop
tributaire de la pente et de l'inertie pour que l'on puisse immaginer une
utilisation en tant que moyen de transport: il manque un rapport puissance_watts/poid_kg
suffisant. (Autour de 2)
r=2 ne suffit pas pour les côtes et les reprises. Le véhicule
serait mou, comme un train qui sort d'une gare.
J'immagine un truc de ce genre mais utilitaire, plus lourd forcément,
plus solide, moins rapide mais aussi assisté, tantôt prenant
de l'énergie au cycliste, ou en la récupérant à
chaque descente en le limitant à 30km/h pour l'aider, par contre
à toujours atteindre au moins 17km/h dans les côtes.
On aurait un véhicule d'un rapport puissance/poid jusqu'à
5 dans les situations telles que démarages, côtes, et en dessous
de 15km/h
En 2004 l'idée suit son court. Je prévois avec un collaborateur (Marc Tauss) d'essayer un tricycle carrèné (Allewader) et de mesurer des consommations avec un moteur auxillaire.
Immaginons nous à bord d'un véhicule
capable de tourner à 40 voir 60km/h au moindre faut plat, mais se
traînant à 5km/h, voir 2 seulement sur une côte à
10%. Ce n'est pas viable.
Par contre si celui-ci plaffonne à 30km/h
mais aussi que l'on roule au moins aussi vite que 15km/h en cas de côte,
d'une part le rapport vitesse mini et maxi diminue (effet de contraste
lenteur vitesse), d'autre part la vitesse moyenne est préservée,
voir améliorée: en effet on perd plus de temps à se
traîner à 5km/h dans les côtes qu'on en récupère
en la dévalant ensuite à plus de 40!, c'est la vitesse constante
qui permet la meilleure moyenne.
Régulé par un système de récupération d'énergie et d'aide au pédalage on pourrait retrouver, à bord de ce "vélo", d'origine tantôt escargot tantôt très rapide, des vitesses plus régulières comme sur un vélo léger sans carlingue pas trop lent en côte, mais jamais trop rapide, avec l'avantage d'une carlingue et du transport de marchandise en plus
Sur un vélo carrèné ou la
vitesse sur le plat atteint sans peine 45 km/h on n'irait donc plus qu'à
30, comme sur un vélo ordinaire, mais on au lieu de forcer contre
l'air, on stocke de l'énergie prélevée sur le cycliste
pour prévenir les côtes et les redémarages.
un tel véhicule devrait péser 70Kg environ voir 130 avec
des choses transportées dedans et une batterie assez conséquente
de 200 à 500A/h.
Bilan des énergies:
Un vélo avec son cycliste (sans cycliste c'est dur à concevoir!), comme tout système animé est le siège d'un continuel échange d'énergie et d'une perte continuelle de celle-ci pour entretenir le mouvement, plus ce qui est "gaspillé" en freinages et excès de brassage d'atmosphère!
Les énergies:
L'énergie stockée dans le mouvement est E=1/2 masse*Vitesse(m/s)2
en joules
L'énergie stockée dans l'altitude est E=m*9.81*h
L'énergie nécessaire pour entretenir le mouvement, proportionnelle
au carré de la vitesse fois le coefficient de frottement (joules/secondes=
Force fois vitesse)
On peut dire que sur un vélo ordinaire roulant sur la planète
terre ou g=9.81 (Sur Umo g=11.8 et sur Mars g= 3.7):
P=(200*(V/33)^3+V/3.6*p/100*9.81*m
P puissance en watts
V vitesse en km/h
p pourcentage de la côte (ou descente si négatif)
m masse de l'ensemble
Ce premier terme200*(V/33)^3 Peut être réduit par l'aérodynamisme. Ici il faut 200 watts pour maintennir sur le plat du 33km/h, avec une carlingue aérodynamique peut être seulement 90 watts (donc avec le même effort 110 watts pourraient alors être dirigés vers un système de gonflage de batteries tout en maintenant 33km/h).
V/3.6*p/100*9.81*m*temps (on peut remplacer V/3.6*p/100*temps
par gain d'altitude E=mgh avec g=9.81 et h gain d'altitude): Correspond
à de l'énergie, fournie par un effort supllémentaire
en côte, qui sera rarement récupérée mais gaspillée
ensuite en redescendant: les descentes font généralement
intervenir le freinage ou des vitesses élevées qui consomment
beaucoup d'énergie pour la distance alors parcourue.
il faut considérer
E=1/2m(V/3.6)^2 qui est de l'énergie perdue
si l'on freine au lieu de laisser aller.
200Kg à 25km/h stockent ainsi 4800 joules:
il faut fournir 480 watts pendant 10 secondes pour atteindre 25km/h (2.5
km/h par seconde).
Régularité.
Si on veut respecter une moyenne en étant
économique:
en dessous de cette vitesse on consomme peu mais
on perds du temps.
Au dessus de cette vitesse on consomme plus d'énergie.
L'irrégularité c'est enchaîner
des pertes de temps avec de la surconsommation!
la puissance à fournir varie comme le
cube de la vitesse: pour une même vitesse moyenne, le rendement ne
peut que se dégrader en effet si une portion de parcours faite lentement
est compensée par une autre portion faite rapidement: comme la puissance
ne croît pas comme la vitesse mais comme un exposant (3) de cette
vitesse, le gaspillage d'énergie sur les parcours plus rapide ne
compense pas l'économie sur les parcours plus lents.
C'est aussi vrai en voiture: celui
qui fait en sorte de ne pas accélérer à chaque ligne
droite (reste à 75) mais négocie bien les virages (à
75 sauf ceux qui sont dangereux) consommera bien moins que le conducteur
de ligne droite qui ralentit beaucoup en virage (45) et va à 120
en ligne droite. pour un temps de trajet équivalent la consommation
varie ainsi du simple au triple (de 3 litres au cent à 9 litres
avec une voiture genre renaud 5!)
En voiture sur un parcours sinueux,
on aura une très faible consommation si on fait l'ensemble du parcours
à la vitesse maximale permise par la la majorité des virages.
Si l'on table sur une vitesse moyenne de 25km/h
1) 15 km/h moitié du trajet 75 la
seconde moitié, consommera plus d'énergie que:
2) restant continuellement à 25 sur le
même nombre de kilomètres! (même vitesse moyenne de
25km/h)
Si l'altitude de départ et d'arrivée
est la même, la dépense énergétique du vélo
à l'allure irrégulière est plus importante qu'un
autre qui aurait stocké l'énergie des descentes pour la côte
suivante afin de garder une vitesse constante.
le fait d'avoir roulé à 75km/h
est en effet équivalent à utiliser des freins (résistance
de l'air). Pire même, en pratique les descentes entraînent
une vitesse telle que l'énergie exédentaire est gaspillée
par du freinage.
réfléchissez la dessus: 15km/h durant 500m
75km/h durant 500m. Cela ne ressemble t'il pas à une voiture en
ville? Bilan 25km/h de moyenne, autant dire que ça rame, ça
fait un 1000m en 2'24 (un huit y arrive presque... à la rame!):
75km/h la moitié du trajet (3) + 15km/h l'autre
moitié (.18) demande AU MOINS 3.18 fois plus d'énergie qu'aller
à 25km/h tout le trajet! (en réalité bien plus
d'énergie encore car il y'a l'inertie à vaincre pour passer
de 25 à 75km/h, et dieu sait si les voitures modernes sont lourdes:
plus d'une tonne!)
voilà pourquoi les voitures consomment 6 à
10 litres au cent pour, en pratique aller à 45km/h de moyenne sur
des trajets moyens (au lieu de 90km/h avec une consommation annonçé
de 4 litres au cent)
Logiquement, si un dispositif aiderait le vélo 1 à se comporter comme 2, c'est à dire à maintenir 25 km/h tout le temps, il dépenserait moins d'énergie: à condition qu'un moteur aide à monter la côte à 25 km/h au lieu de 15 et qu'un régulateur couplé à un alternateur transforme toute la puissance exédentaire lors de la descente pour la restocker à nouveau: du freinage récupérateur d'énergie. Dans l'idéal, le bilan énergétique reste le même qu'un parcours sur le plat: ce qui est perdu en côte étant récupéré en descente, la seule dépense est alors la résistance de l'air.
Le vélo assisté 1, carrèné et quipé de récupérateurs d'énergies et de moteurs se comporterait comme 2, en roulant virtuellement sur le plat: assistante en côte, freinage en descente avec récupération de l'énergie.
Compte tenu de sa grande pénétration dans l'air, même
si lourd que 200Kg, il serait encore aisé d'aller à 40km/h
sur le plat avec l'effort qui permettrait de ne rouler qu'à 33 sur
un vélo ordinaire, mais avec une puissance de 200 watts, le taux
de monté dépasserait diffiçillement 500m/h (en pratique
200m/h chez un non entrainé: 2km/h sur pente à 10%! ce qui
est inadmissible). Par contre le véhicule reste trop rapide sur
le plat et s'emballe dans les descentes! immaginez un véhicule aussi
aérodynamique que le GO-ONE de la photo mais pésant 200Kg
dans une descente à 6%!!! un vélo ordinaire y roule à
50, léger et peu pénétrant, le véhicule allourdis
de batteries et moteur de près de 100Kg supplémentaires,
avec une résistance de l'air 4 fois inférieure pourrait atteindre
120 km/h, ce qui est insensé!!!)
Immaginons un dispositif régulateur appliqué
à "une voiture à pédale":
Un régulateur fixe une fourchette de vitesse
comprise entre 17 km/h et 30km/h
à 25 km/h il n'y a ni aide ni freinage.
en dessous de 15km/ on dispose de la totalité
de la puissance du moteur d'assistance, (mais ce seulement si on pédale)
Le moteur aide pour éviter les vitesses
inférieures à 15km/h trop découregantes, avec une
puissance de 1000 watts maxi: taux de monté maxi 1800m/h ce qui
permet de monter sans ralentir en dessous de 15 des côtes de 12%,au
dessus Vitesse= 12/pourcentage*15: 20% peuvent être montés
à 9km/h!
entre 15 et 25km/h, le système aide de
moins en moins (en consommant de l'énergie pour faire tourner un
moteur électrique), mais cela seulement si on appuie
sur les pédales (sinon la tentation de laisser le moteur nous traîner
ferait que l'on viderait les batteries!): le moteur simule un
vélo léger, 15km/h étant lent, il est gratifiant de
pédaler pour ajouter de la vitesse, et aider ainsi le moteur.
entre 25 et 30km/h le système charge de
plus en plus, en résistant progressivement, à peine à
26 et beaucoup à 29 (en prenant de l'énergie pour charger
des batteries)
L'alternateur simule un vélo ordinaire
(résistance de l'air) en prenant progressivement de la puissance
au cycliste.
Au dessus de 30km/h le freinage électromagnétique
convertit toute la force qui est de trop pour maintenir cette vitesse en
énergie, empêchant le véhicule de s'emballer et dépasser
30 même dans des descentes raides, la puissance récupérée
alors atteint 1000w à partir de -720m/h en pratique 900m/h soit
à partir d'une descente à 3%.
6% donneraient 2000w
La question est de trouver quelle puissance de
charge maxi on doit accepter pour fixer une vitesse descendante maximale
avant d'avoir des pertes de rendement: 1000w/48v=20 A.
6% = 40 A.
Si le pourcentage est trop élevé
on devrait ralentir en se stabilisant à un taux de descente de 1800m/h
maxi, sinon la batterie ne prendrait pas toute l'énergie et y'aurait
du gaspi.
Une batterie pompant 40A aurait probablement
une capacité de l'ordre de 200 à 500Ah sous 48V.
Une telle batterie pourrait stocker 6Kwh, de
quoi aider à monter sur 11km de dénivelé positif @
200Kg ou 6km @ 400Kg
Le freinage électromagnétique est
aussi enclenché à chaque coup de frein volontaire en dessous
de 30km/h
Des panneaux solaire de 50 watts pourraient pour
un poid réduits contribuer à compenser les pertes de charge
de batterie et les défauts de rendement et dans les cas ou les batteries
sont pleines diminuer la résistance de charge, qui par exemple ne
s'enclencherait qu'à 28km/h ou même pas du tout si la batterie
est totalement pleine.
La vitesse neutre (ni aide ni assistance) devrait
être de 25km/h à 50% de charge batterie, descendrait à
20km/h à 20% de charge et monterait à 28km/h à 80%
de charge batterie, ainsi un véhicule bien chargé se comporterait
comme un vélo plus léger. Spontanément le système
devrait tenter de conserver une charge proche de 50% pour pouvoir potentiellement
récupérer l'énergie d'une grande descente par exemple:
en effet une batterie chargée à bloc ne pourra pas récupérer
de l'énergie disponible, elle serait gaspillée. Il est donc
plus judicieux en cas d'excès de charge d'augmenter continuellement
l'aide un peu et d'accrôitre ainsi la vitesse moyenne jusqu'à
retomber vers 50% plutôt que de risquer de gaspiller de l'énergie
d'une bonne descente.
On peut penser que sur le plat, l'effort étant
quasi nul pour maintenir un véhicule aérodynamique à
25, on se stabilisera spontanément entre 26 et 27km/h environ, voir
28 pour ceux qui appuient habitués à des efforts plus puissants
car entraînés, le système électromagnétique
simulant la résistance de l'air que l'on a sur un vélo ordinaire
peu aérodynamique (mais en récupérant l'énergie).
Récupérer l'énergie ainsi sur le plat devrait rendre
réalisable le projet en compensant le fait que les alternateurs,
les moteurs et les batteries ne sont pas parfaits et ne restituent pas
100% de l'énergie issue du freinage en descente.
