Notes phase prototypage XD2 2023: la conception du MosquitOS est entièrement revu afin de le rendre plus simple, fiable et abordable. La nouvelle documentation sera fournie prochainement. Les précédents documents et indications ci-dessous sont fournis à titre purement informatifs. Bientôt plus d'infos sur le MosquitOS !
Sommaire:
Documentation sur la fabrication de la vélomobile Mosquito open-source (OS), Second Âge [depuis février 2023]
Documentation sur la fabrication de la vélomobile Mosquito open-source (OS), Second Âge [depuis février 2023]
La place de notre trike et de notre vélomobile open-source dans l'espace des mobilités
"Que [nous] est-il permis d'espérer?" Kant
Trikes et vélomobiles demeurent des vélos assez rarement croisés dans la vie quotidienne. C'est lié à un héritage et à des choix du passé (notamment de l'Union Cycliste Internationale qui un jour décida d'exclure les vélos-couchés des compétitions, les condamnant ainsi à n'exister que comme contre-culture) qui se sont imposés à l'ensemble de la société. Il est intéressant de lire sur ce sujet la thèse de Frederik Van De Walle: Reshaping the social construction of cycling technology: The Velomobile as a Vehicle for more Sustainable Transportation.
Une renaissance se fait jour cependant depuis une vingtaine d'années, surtout parmi les fabricants de vélo-couchés à trois roues: les trikes. Parmi les fabricants on peut notamment citer HASE BIKES, HP Velotechnik & Azub.
Un professionnel du vélo-couché mettait en garde sur le risque de promesses non tenues de vitesse ou d'efficacité énergétique des vélos-couchés, des trikes et des vélomobiles. D'où cette question: que peut-on espérer?
| vélo utilitaire | vélo de course | vélomobile | |
|---|---|---|---|
| vitesse à 80 watts | 18 km/h | 25 km/h | 34 km/h |
| vitesse à 150 watts | 23 km/h | 32 km/h | 43 km/h |
| vitesse à 200 watts | 25 km/h | 36 km/h | 49 km/h |
Calculs tirés du graphique 4.8 de Bicycling Science, third edition, MIT Press.
On voit que le coefficient multiplicateur varie entre 1,4 [de vélo de course à vélomobile] et 1,9 [de vélo utilitaire à vélomobile].
On pourrait un peu vite se dire: je vais presque deux fois plus vite, je vais faire mon trajet en deux fois moins de temps. La réalité est moins rose et dépend beaucoup du type de trajet et de la puissance du cycliste.
Disons qu'affuté on gagne en vélomobile 10-15 minutes sur un trajet qu'on faisait auparavant en 1h sur un vélo de course.
Une promesse plus facile à tenir est celle du confort.
Les prétextes que nous affrontons & le droit d'exister sur la route
Les leçons tirées du Premier Âge
Pendant un an et demi, nous nous sommes efforcés de faire passer un trike fabriqué de manière artisanale à une sizaine d'exemplaires à un modèle qui serait plus abordable à fabriquer, à la fois dans la quantité de compétences à maîtriser et dans le temps nécessaire à sa construction. Le chemin vers l'open-source n'a pas été évident et a impliqué des compétences multiples à diverses étapes (modélisation des pièces une à une sous logiciel open-source Freecad, assemblage des pièces virtuellement pour la modélisation, etc.). Beaucoup de tâtonnements, liés notamment à la géométrie particulière du trike et notre démarche initiale d'upcycling [récupération du triangle arrière d'un vélo existant pour servir de train avant sur notre trike]. Des membres de l'équipe se sont éreintés à faire des modifications au fil de l'eau pour des nécessités aussi essentielles que "pouvoir observer la route correctement" (typiquement les haubans et le tube vertical du vélo qui vit une nouvelle vie est dans l'axe du regard du cyclistes).
Expériences intellectuelles autour de la géométrie
En tant que trike à traction avant doublé d'un système d'inclinaison du siège en virage, la géométrie du Mosquito est assez délicate à appréhender.
Taille et poids du cycliste & dimensions maîtresses du trike
Taille de la roue avant, longueur des jambes & développements
Les plans à plat des pièces en triplis du trike
Documentation sur la fabrication de la vélomobile Mosquito open-source (OS), Premier Âge [été 2021-janvier 2023]
La documentation pour fabriquer un trike Mosquito est disponible ici:
documentation Mosquito open-source DIY.
Elle est complétée par des fichiers spécifiques à certaines parties (enchâssement des différentes parties du carénage par exemple) ou qui permettent d'avoir une vue d'ensemble de la vélomobile:
https://partage.lescommuns.org/s/pn5jYB6bsdt9GRK?path=%2F
Parmi ces documents, qui sont liés au premier camp de formation à l'autoconstruction de novembre 2021, certains sont plus utiles que d'autres (un tri sera nécessaire pour ne garder que la substantifique moelle et garder les photos souvenirs ailleurs) pour qui se lance dans la fabrication:
La modélisation 3D de la vélomobile, réalisée à la suite du camp de novembre 2021 par l'équipe du Mosquito open-source , sous le logiciel open-source Freecad est disponible ici:
https://github.com/MosquitoOS/MosquitoOS
Elle comprend à la fois la modélisation des pièces (attache bielle alternative, barre de direction etc.) et leur assemblage, avec parfois des assemblages intermédiaires (guidon avant et guignol par exemple).
Le fichier avec l'ensemble de la modélisation s'appelle assemblagea2plus.
On y trouve aussi un récapitulatif, encore un peu à la Prévert, des matériaux nécessaires:
https://github.com/MosquitoOS/MosquitoOS/blob/dev/README.md
L'ensemble de la documentation est à aborder avec quelques précautions, malgré le temps déjà consacré à la rendre le plus lisible possible. En effet, la fabrication de certaines parties a été plus ou moins bien documentée in real time. Certaines validations restent nécessaires, même si elles concernent plus la quantité nécessaire de tel ou tel matériau que le processus de fabrication lui-même. Certaines évolutions du modèle ne sont pas encore précisément expliquées (nouveau parallélépipède perçé qui reçoit la barre de direction; construction du carénage).
Choix d'un tissu pour le carénage du Mosquito OS
(Xavier Nitsch - Tipik Tentes, 5/10/22)
Table des matières
Les critères de choix pour le Mosquito OS
Revue rapide des différents types de tissus légers
Tissus à base de fibres naturelles (coton, lin, chanvre, soie...)
Tissus à base de fibres synthétiques
Les différents types d'imprégnations et enductions
Les membranes imper-respirantes
Les matériaux composites
Quelques tests sur l'étanchéité, la résistance et la durabilité sur différents tissus légers
Les différents tissus expérimentés
Évolution de la résistance à la déchirure
Évolution de l'imperméabilité
Commentaires
Faire son choix parmi les tissus légers disponibles
Choix de tissu pour le Mosquito OS
Les critères de choix pour le Mosquito OS
- Confort : fini la selle dure, la nuque en arrière et l'appui sur les avant-bras à vélo. Le MosquitOS, surnommé le "transat mobile", offre une position agréable et un siège confortable. Pédaler devient de réel plaisir!
- Aérodynamisme et performance : On veut une structure qui ne se déforme pas facilement, qui ne soit pas perméable à l'air. Le poids est également crucial pour garder un véhicule maniable et performant (surtout en l'absence de moteur, comme l'est la version de base du Mosquito OS).
- Protection contre les éléments : On veut un tissu imperméable, coupe-vent, éventuellement opaque pour protéger des UV et du soleil.
- Durabilité : Le tissu doit être résistant aux UVs, à l'humidité prolongée, au poinçonnement et à la déchirure. Il doit également être facilement réparable.
- Dans le cadre du Mosquito OS, la disponibilité, le prix, la difficulté de réalisation (découpe, couture, étanchéification) pour des amateurs est également un point important.
- Environnement : Par rapport aux carénages en métal, en fibre de verre ou en carbone, les tissus légers restent bien moins impactants. Ils sont aussi généralement plus facile à réparer, leur durée de vie peut donc être relativement longue.
Revue rapide des différents types de tissus légers
Tissus à base de fibres naturelles (coton, lin, chanvre, soie...)
Les fibres naturelles présentent certains avantages d'un point de vue environnement, mais sont assez peu utilisées dans les équipements de vélo et de randonnées, pour plusieurs raisons :
- Nettement plus lourd à résistance égale : les cotons les plus légers commencent à 130g/m2, pour une résistance au vent et une imperméabilité faible (https://www.extremtextil.de/en/etadry-130-bio-weatherproof-organic-cotton-300mm-fc-free-130g-sqm.html). Les tissus les plus classiques dans le monde des tentes en coton tournent autour de 200-400g/m2 (https://www.esvocampingshop.com/en/tent-canvas/cotton-en-2/)
- Nécessitent d'être traité (cire, huiles ou enductions synthétiques) pour être résistant à l'eau.
- A tendance à absorber l'eau (poids supplémentaire), et à se déteriorer plus vite à son contact (risque élevé de moisissures et de dégradation si stocké humide).
Ils ont cependant un avantage sur les tissus synthétiques en terme de respirabilité.
Tissus à base de fibres synthétiques
PVC, Acrylique, HDPE ne sont pratiquement pas disponibles à de faibles grammages. Nous allons donc nous concentrer sur les textiles techniques haut de gamme à base de nylon, polyester ainsi que sur les matériaux composites.
- Le polyamide (nylon) est la fibre la plus résistante. Elle présente cependant plusieurs désavantages : sa résistance aux UV est assez moyenne, et elle a tendance à se détendre de quelques % lorsqu'elle absorbe de l'eau : cela pourrait déformer la structure et détériorer l'aérodynamisme. Les mesures sur 15 tissus légers en polyamide (entre 30 et 60g/m2) montrent une élongation allant de 0,8 à 3,9% (moyenne 1,5%) en présence d'eau. Le poids augmente d'environ 10 à 20% (Mesures réalisées par Tipik-tentes). Certains additifs permettent d'améliorer la résistance aux UVs.
- La fibre de polyester reste suffisamment résistante pour la fabrication de tissus légers et durable. Elle présente une très bonne résistance aux UVs et n'absorbe pas l'eau. Après mesures sur plusieurs échantillons de tissus (entre 30 et 60g/m2) aucune élongation ni gain de poids significatif n'a été mesurée en présence d'eau (Mesures réalisées par Tipik-tentes).
Les différents types d'imprégnations et enductions
On utilise les imprégnations et les enductions pour améliorer les propriétés des tissus. Ces produits peuvent représenter une part très importante du poids final du tissu. Pour les tissus techniques légers, l'objectif est généralement de couper du vent ou de bloquer l'humidité par imperméabilisation.
La capacité du tissu à bloquer l'eau est généralement mesurée en mm de colonne d'eau (hydrostatic head).
- Les enductions polyurethane (PU) permettent d'obtenir une haute imperméabilité en appliquant l'enduction sur une des deux faces du tissu (jusqu'à 10.000mm) Sa rigidité rend le tissu très résistant au percement, mais va avoir tendance à fragiliser le tissu en cas de déchirure : la rigidité du tissu fait que les forces restent concentrées au point de déchirure et se propagent ainsi plus facilement.
- Les enductions/imprégnations silicone sont généralement réalisées sur les deux faces. L'imperméabilité obtenue est généralement un peu plus faible que les meilleurs enductions PU, mais reste largement suffisante (de 1500 à 3500mm). Les enductions silicone rendent le tissu très élastique : cela a pour conséquence une faible résistance au percement, mais une excellente résilience et une forte résistance à la déchirure (de 4 à 5 fois supérieure aux tissus enduits PU).
Les membranes imper-respirantes
Les membranes imper-respirantes (type gore-tex, sympatex, mp+ ...) cherchent à laisser passer l'eau dans un seul sens : le but est de laisser passer l'eau issue de la perspiration / transpiration sans pour autant laisser entrer l'eau venant de l'extérieur.
Pour cela, il faut deux conditions : que la surface extérieure ne soit pas saturée (donc avec un traitement déperlant), et que la surface intérieure ne condense pas : il faut donc que cette dernière garde une température suffisamment élevée par rapport à l'humidité intérieure.
Ces membranes fonctionne relativement bien avec les vêtements lorsqu'elles sont neuves : elles sont proches du corps et donc normalement suffisamment chaudes pour éviter la formation de condensation.
Dans le cas d'une tente ou d'une vélomobile, la membrane est bien plus éloignée du corps et sa température est donc beaucoup plus faible : les risques de condensation sont donc élevés.
De plus, dans le cas d'une vélomobile, il est possible de créer un mouvement d'air dans le véhicule qui chasserait facilement l'air humide : c'est probablement une solution beaucoup plus efficace.
Enfin, à résistance équivalente, ces membranes sont beaucoup plus lourdes que des tissus classiques.
Les matériaux composites
Il existe également toute une gamme de matériaux composites constitués de fibres ultra-résistantes (UHMWPE, etc...) encollées sur un ou deux films de polyester (mylar). Une grande partie de ces matériaux ont initialement été développés pour la fabrication de voiles à hautes performances.
On les utilise aussi dans les activités de montagne et de randonnée, pour la fabrication de tentes, abris et sacs.
Le cuben / DCF fabriqué par Dyneema est particulièrement intéressant de par son faible poids (de 18 à 50g/m2), sa rigidité et sa haute étanchéité. Mais il présente une durabilité nettement plus faible que les tissus classiques, ainsi que des déformations importantes avec le temps (https://backpackinglight.com/forums/topic/how-did-your-dcf-shelter-age-and-expire/). De plus, son prix est très élevé (>40€/m) et les techniques de fabrication sont complexes à mettre en oeuvre (orientation du tissu notamment)
Les "tissus" X-Pac, Ecopak, Ultra et Liteskin sont également très étanches et rigides, mais également un plus lourd (de 100 à 400g/m2).
Quelques tests sur l'étanchéité, la résistance et la durabilité de différents tissus légers
Tipik-tentes a réalisé des expérimentions pour mesurer la durabilité de tissus légers et étanches. Pour cela, des bandes de tissu ont été exposées à l'extérieur de septembre à mai, avec une mesure de leur résistance à la déchirure et de leur imperméabilité à 0, 1, 2, 4 et 8 mois. Les tissus retenus sont surtout orienté vers la fabrication de tentes de randonnée.
Fichier:Tissus exposition aux elements.jpg
Figure 1: Les différents tissus exposés aux éléments
Les différents tissus expérimentés :
| Fibre | Enduction (face 1 / face 2) | Poids g/m2 | Imperméabilité (neuf) mmH20 | Résistance à la déchirure (neuf) DaN | Utilisation du tissu | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Silnylon 20D | Polyamide | Silicone / Silicone | 36 | 3780 | 7,1 | Tente légère (toile extérieure) | ||
| Silnylon 40D | Polyamide | Silicone / Silicone | 55 | >4000 | 18,5 | Tente légère (toile extérieure) | ||
| Silpoly 15D | Polyester | Silicone / Silicone | 33 | 3330 | 3,2 | Tente légère (toile extérieure) | ||
| Silpoly 20D | Polyester | Silicone / Silicone | 42 | 2690 | 4,8 | Tente légère (toile extérieure) | ||
| Silpoly 40D | Polyester | Silicone / Silicone | 60 | >4000 | 5,0 | Tente légère (toile extérieure) | ||
| Silpoly 20D PU | Polyester | Silicone / Silicone | 49 | >4000 | 0,9 | Tente légère (toile extérieure ou sol) | ||
| HyperD 40D PU | Polyamide | Silicone / PU | 70 | >4000 | 1,9 | Tente légère (sol) | ||
| Nylon 70D PU | Polyamide | PU | 95 | >4000 | 3,0 | Tente (sol) | ||
| Skytex 38 | Polyamide | Imprégnation PU | 38 | 770 | 5,5 | Parapente, kite, cerf-volant | ||
| Silnylon 110D | Polyamide | Silicone / Silicone | 90 | 2300 | 39,5 | Montgolfière | ||
Évolution de la résistance à la déchirure :
Évolution de l'imperméabilité :
Fichier:Evolution impermeabilite.png
Commentaires:
Résistance à la déchirure : les tissus baissent rapidement en résistance avant de se stabiliser. Dans l'ensemble les tissus enduit d'une double enduction silicone restent nettement plus résistants que les enductions PU. Les tissus polyamide (nylon) restent plus résistants que les polyester dans l'ensemble.
Imperméabilité : Elle diminue dans l'ensemble beaucoup avec le temps. Certains tissus PU n'ont plus aucune résistance à l'eau au bout de 8 mois (silpoly 20D PU et skytex 38). Dans l'ensemble, les tissus à double enduction silicone résistent mieux et ont encore une imperméabilité correcte (environ 400mm) à la fin. Il n'y a pas de différence significative entre les tissus nylon et polyester.
Dans l'ensemble, le silnylon 110D s'est nettement mieux comporté que les autres. destiné aux montgolfières, il est traité contre les UV ce qui est peut-être une explication. Il est également bien plus lourd.
Le skytex 38 est destiné aux parapentes, sa faible imperméabilité était connue d'avance. Il reste cependant bien plus résistant que les autres tissus PU et que plusieurs tissus siliconés. Le type d'enduction (imprégnation) et la haute qualité du fil en sont peut-être la cause.
Faire son choix parmi les tissus légers disponibles :
| Tissu | Poids (g/m2) | Rigidité (=aéro) | Imperméabilité | Résistance UV | Résistance déchirure | Disponibilité | Prix
(€/m) |
Facilité coupe et couture | Réparabilité |
| siliconés (Tentes ultra légères) | 35-60 | -- | ++ | - | ++ | ++ | 6-13 | -- | + |
| siliconé (montgolfière) | 90 | - | ++ | ++ | +++ | + | 5-10 | + | + |
| polyamide forte enduction PU (tentes, sol...) | 50-200 | + | ++ | -- | - | +++ | 4-10 | ++ | ++ |
| polyester forte enduction PU (tentes, sol...) | 50-200 | + | ++ | ++ | -- | ++ | 4-10 | ++ | ++ |
| polyamide impregnation PU (toile de spi, parapente, etc...) | 27-70 | ++ | - | - | + | +++ | 9-15 | ++ | ++ |
| Polyester impregnation PU (toile de spi, parapente, etc...) | 50-90 | ++ | - | + | + | + | 12-18 | ++ | ++ |
| Tissu voile ("Dacron") | 170 | +++ | + | ++ | ? | + | 20 | + | ++ |
| Tissu voile / sacs laminés (Ultra, Ecopak, X pac, Liteskin ...) | 100-400 | ++ à +++ | +++ | ? | ++ | ++ | 35-80 | + | - |
| DCF / Cuben fiber | 18-50 | ++ | +++ | ? | + | - | 40-80 | - | -- |
Les unités + et - sont arbitraires ! Dans disponibilité, comprenez la facilité à se fournir, ainsi que le nombre de couleurs disponibles. La réparabilité est moins bonne pour les silicones (colle / patches spécifique) et aussi pour les laminés (en cas de délamination, on ne peut rien faire).
Choix de tissu pour le Mosquito OS :
Les tissus siliconés sont attractifs de par leur résistance et leur faible poids, mais ils sont très élastiques et risquent de nuire fortement à l'aérodynamisme. Ils sont de plus difficiles à coudre pour des débutants.
Malgré sont faible poids et sa résistance à la déchirure, le DCF n'est probablement pas une bonne solution : peu disponible, cher, craint les frottements et les impacts et nécessite de nombreux renforts pour réduire les risques de délamination.
Pour départager les tissus restants, on visera donc les tissus à base de polyester (meilleure résistance aux UVs, pas d'élongation à l'humidité) avec un bon rapport poids / résistance : ceux destinés à la fabrication de parapentes ou de toile de spi sont tout indiqués. L'imperméabilité est moins bonne (de l'ordre de 500 à 700mm seulement) : il faudra expérimenter pour voir si cela est suffisant. Le Dacron est une solution proche, mais un peu plus lourde et résistante.
Une possibilité annexe sont les tissus laminés : résistants, très étanche, très rigides, mais très chers et nettement plus lourds. Les tissus de type X-pac dotés de renforts fibres "X-ply" (donne plus de rigidité) pourraient également diminuer l'importance du support, ce qui pourrait compenser leur poids plus élevé.
Enfin, si l'aérodynamisme est moins important alors le tissu siliconé destiné aux montgolfières présente d'excellentes caractéristiques (poids très contenu, très bonne résistance et protection).
Perspectives pour mettre également à disposition la vélomobile Mosquito à assistance électrique et remorque.
Nous avons déjà pris quelques renseignements pour pouvoir proposer également une version V.A.E. de la vélomobile Mosquito. C'est pourquoi nous suivons le challenge seconde vie des trotinettes électriques car les roues arrière du Mosquito pourraient être équipé de moteurs moyeux.
Des solutions pour ajouter également une remorque sont dans notre radar (Nuwiel ou Towbe).
Vehicle File: fabrication_carénage_biomimétique_vélomobile_Mosquito_5p..pdf Fichier Véhicule (AAP Proto) : Fichier associé au guide de montage : Lien vers un espace de stockage des fichiers 3D : Partenaire impliqué (industriel, fablab, labo...) :
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