Velobus

From Communauté de la Fabrique des Mobilités


Velobus-rendu-3d-vf.png Analyse besoin.jpg

Fiche Contact :

Model: Vélobus ou Pédalobus


Equipe Vélobus to know the needs and help Velobus. The skills the team is looking for for this vehicle are Energie/Electrique, Energie/musculaire, Pratique de mobilité/Mobilité active, Pratique de mobilité/Mobilité durable, Pratique de mobilité/collective, Réglementation/Sécurité des transports, Réglementation/véhicule - Les personnes ayant les compétences recherchées par l'Equipe :Adam Mercier, Alain Dubois, Alexandrelagrange, Alexgrandremy, Andreaslivet... further results

Tags: XD1

Related challenge(s): L'extrême défi ADEME

Common produced:

Community(ies) of interest: Communauté de l'extrême défi

Country: France

On the map:
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Level of project development: concept


Technical Elements of the Vehicle[edit source]

Vehicle type: VAE, velobus

Vehicle category: VAE, quadricycle lourd

Number of people: 4

Number of rear wheel: 2

Number of front wheel: 2

Trunk/load volume: C'est un véhicule qui doit pouvoir transporter des enfants avec leurs sacs d'école.

Il est prévu également un accès handicapé à l'arrière du véhicule.

D'ailleurs, nous n'avons pas la possibilité d'incrémenter le nombre de passagers et avons donc indiqué 4, alors que le chiffre visé s'approcherait plutôt de 10 (8 ou 9 pour être précis).Property "Volumecoffre" (as page type) with input value "C'est un véhicule qui doit pouvoir transporter des enfants avec leurs sacs d'école.</br></br>Il est prévu également un accès handicapé à l'arrière du véhicule.</br></br>D'ailleurs, nous n'avons pas la possibilité d'incrémenter le nombre de passagers et avons donc indiqué 4, alors que le chiffre visé s'approcherait plutôt de 10 (8 ou 9 pour être précis)." contains invalid characters or is incomplete and therefore can cause unexpected results during a query or annotation process.

Drive type: electrique avec pedalier, electrique et assistance electrique

Transmission type: chaine, non renseigne

Steering type: non renseigne

Type of braking: disque

Chassis materials: acier, non renseigne

Type of assembly: soude, boulonne, non renseigne


Response file to the eXtreme Challenge[edit source]

Describe here your answer on 2 of the 6 parts: Vehicle, Energetics.
The 4 other parts (Narrative, ecosystem, economic and feedback) are to be detailed in your Team sheet: Equipe Vélobus

[[dossier_veh::=Dossier véhicule=

Analyse de l'existant - Formulation du besoin

Analyse des véhicules existants ou en projet
Analyse des véhicules existants ou en projet

Inventaire des véhicules/objets existants et leurs fonctions

il s’agit d’un véhicule de type quadricycle à pédales et à assistance électrique assigné au transport de passagers (une dizaine d'écoliers, chauffeur compris).

Les véhicules recensés existants similaires sont :

  1. Le woodybus (https://www.humbird.fr/) - pas encore commercialisé
  2. La rosalie-bus (http://www.rosalie-france.fr/) - non adapté aux dénivelés ou non conforme
  3. Le véhicule autrefois utilisé par la structure S’coolbus (https://www.facebook.com/scoolbus.org/) - non conforme – l’exploitation s’est terminée en 2020.


Comme décrit par ailleurs, il y a donc très peu de possibilités pour une collectivité de mettre en œuvre le service associé, étant donné que le véhicule lui-même est difficilement trouvable – ou trop cher – ou est fourni « sec », c’est à dire sans accompagnement à la mise en œuvre du projet (ce que proposait d’ailleurs l’entreprise S’coolbus à l’époque).

D'autre part aujourd'hui, en l'état actuel de la normalisation, en dehors d'autorisations dérogatoires qui pour l'instant n'arrivent pas à se pérenniser, nous nous trouvons face à un impasse alors que les demandes des collectivités pour ce type de moyen de transport scolaire se multiplient...

Expression fonctionnelle du besoin

Pour répondre aux demandes de plus en plus croissantes des collectivités locales et territoriales qui cherchent à trouver des solutions plus vertueuses pour notre environnement en matière de transport scolaire de proximité notre équipe a imaginé :

Un "Vélobus à pédale" circulant dans un rayon de quelques km autour des écoles et capable d'acheminer une petite dizaine d'écoliers qui participeront physiquement au déplacement.
Analyse fonctionnelle globale
Spécifications fonctionnelles / environnement extérieur

Principales fonctions d’inter-action

FP1 : Transporter les élèves entre leur domicile et l’école

FP2 : Effectuer le trajet domicile/école en minimisant l’impact environnemental

FP3 : Protéger les enfants de l’environnement extérieur (intempéries, collisions, etc)

Principales fonctions d’adaptation

FC1 : Permettre aux écoliers en fauteuil roulant de l’utiliser sans transfert et en totale autonomie

FC2 : Se conformer aux normes et/ou faire évoluer la réglementation

FC3 : Respecter un budget acceptable pour les collectivités et les usagers

FC4 : Optimiser la consommation énergétique

FC5 : Utiliser des énergies exclusivement renouvelables (musculaire/solaire)

FC6 : Respecter l’environnement tant au niveau de l’utilisation que de l’industrialisation

FC7 : Partager et mettre à disposition de tous les documents de conception et de réalisation

FC8 : Résister aux agressions du milieu ambiant

FC9 : Être agréable à l’œil

FC10 : Résister aux perturbations de la routes et/ou du parcours

FC11 : Être facilement réparable

FC12 : Privilégier les ressources de proximité et le ré-emploi

FC13 : Être confortable et  ergonomique pour des enfants

Philosophie générale du projet

Vélobus - spécificités techniques générales
Vélobus - Principales spécificités techniques
Nous faisons le choix du "low-tech" et de la réduction des déchets et de l’emprunte carbone à chaque fois que cela sera pertinent.

Typiquement, on peut considérer que pour rouler à 25 km/h maximum, nous allons privilégier le réparable, le durable et le "peu cher". En effet, nous considérons que le véhicule final doit rester dans la philosophie du vélo, c'est à dire un véhicule permettant de se déplacer de façon autonome et indépendante. Or, les "améliorations" que l'on trouve de plus en plus sur les vélos en général (et donc sur les vélos utilitaires) conduisent à une dépendance tant individuelle (vis à vis des outils et techniques incorporées qui sont non accessibles au commun de mortels : pas démontable, pas réparable et nécessitant des compétences lourdes) que sociale (en terme de dépendance vis à vis des autres pays, qu'ils soient producteurs ou fournisseurs).

D'autre part, nous tenions à rappeler que le ré-emploi et la lutte pour la réduction des déchets et la diminution de l'emprunte carbone liée à notre mode de vie est dans l'ADN des structures faisant partie de l'équipe (l'élec-lab, l'atelier vélo participatif et solidaire, écosunriders et les entreprises partenaires la plupart sous statut de coopératives): chacune d'elle œuvrant au quotidien pour la réduction des déchets dans les domaines qui sont les leurs, et qui considèrent que l'humain constitue leur préoccupation prioritaire.

Il suffit de voir leurs sites respectifs pour plus d'information les concernant :

https://eleclab-org.jimdofree.com/

https://ateliervelopau.fr

https://www.ecosunriders.com/

https://milc-industry.com/

Créer et innover : le fil rouge de notre démarche pour réaliser le prototype de notre Vélobus

Lignée des Véhicules Solaires conçus par Bernard Cauquil
Lignée des Véhicules Solaires conçus par Bernard Cauquil

L'analyse critique des expériences accumulées par Bernard Cauquil (membre de notre équipe eXtrême Défi) avec les véhicules solaires qu’il a construit depuis 2014 (tant au travers des aventures SunTrip auxquelles il a participé (2015, 2018, 2020, 2021) que dans leur utilisation au quotidien) ainsi qu'une veille technologique sur les derniers articles de R&D en matière de mobilité durable et d’énergie renouvelable nous ont conduit a imaginer un Vélobus à la fois innovant tout en choisissant des solutions le plus « Low-Tech » possible.

Nous nous sommes beaucoup inspirés des solutions expérimentées sur plusieurs dizaines de milliers de km sur les 2 véhicules intermédiaires suivants:

  • Le tandem solaire « TwinDragonfly »

http://bernardcauquil.fr/video/FR3_twindragonfly.mp4

Tandem solaire "Twindragonfly" : + de 7000 km parcourus entre France et Kazakhstan
Tandem solaire "Twindragonfly" : + de 7000 km parcourus entre France et Kazakhstan
  • Le trike solaire pendulaire « TiltDragonfly

http://bernardcauquil.fr/video/FR3_tiltdragonfly.mp4

  • Le BENUR imaginé par Joseph Mignozzi : le premier tricyle électrique, sans transfert, pour personne à mobilité réduite

https://benur.net/

"TiltDragonfly" : le premier trike à transmission hybride série : un tour d'Europe de + de 11.000 km à une moyenne de 300 km/jours
"TiltDragonfly" : le premier trike à transmission hybride série : un tour d'Europe de + de 11.000 km à une moyenne de 300 km/jour


Il sera doté d'un Système d'entraînement hybride/série 100 % électrique.

Système de transmission hybride-série

Il s'agit de changer complet de paradigme :

On oublie la classique transmission mécanique (Plateau - Chaîne - Pignon - dérailleur) qui entraîne la roue arrière et on la remplace par un générateur à pédale qui permet soit de compléter l'énergie fournie par la batterie lorsque les moteurs du vélobus fonctionnent, soit de recharger la batterie.
Le Fameux "Benur", et son ingénieuse solution d'accès sans transfert
Le Fameux "Benur" de Joseph Mignozzi, et son ingénieuse solution d'accès sans transfert
Quelques explications plus détaillées :

Les pédaliers ne sont plus liés mécaniquement à la roue arrière. L’énergie musculaire sert à entraîner une génératrice qui selon les besoins alimente directement le moteur ou permet de recharger les batteries. L'utilisateur adapte la puissance produite à ses capacités physiques en tournant tout simplement un potentiomètre. L'effort fournit devient indépendant du profil de la route et reste constant ce qui procure un confort incomparable à celui d'une transmission mécanique. On s'habitue très vite à ce nouveau mode de pédalage.

Sur le plan physiologique, l'effort est constant et toujours dans une plage dite "d'endurance fondamentale". A niveau de fatigue équivalent, le pédaleur produit davantage d'énergie qu'avec une transmission classique.

Cf : lien vers l'article de Daniel Couque sur ce sujet

Ce principe n'a rien de novateur, il est utilisé dans la traction ferroviaire et maritime depuis de très nombreuses années ainsi que sur certaines voitures hybrides, mais n'en est encore qu'au stade expérimental sur les vélos. Il permet d'optimiser le rendement énergétique car il permet de travailler constamment dans la plage de fonctionnement optimal.

Autre raison et non des moindres, La transmission mécanique classique impose trop de contraintes, en matière de conception de châssis notamment, et limite ainsi le champ des possibles sur le plan de l'innovation.

D'autre part une génératrice brushless ne demande quasiment aucun entretien sur des milliers d'heures d'utilisation. C'est loin d'être le cas des ensembles plateaux - chaînes - pignons... qui nécessitent des remplacements fréquents.

Cf : Lien vers des ressources sur le système de transmission hybride/série - résultats d'expérimentations

Génératrices :

Elles seront réalisées autant que possible avec de petits moteurs électriques recyclés :

  • soit à partir de moteurs de petit matériel électroménager ou de bricolage
  • soit à partir de la récupération de moteurs-moyeu ou de moteur pédalier de VAE

Ces moteurs seront récupérés chez un partenaire du projet, l’association Envie Pau qui récupère tout type d’électroménager pour le remettre sur le circuit – contact : https://www.envie.org

Les cartes électroniques de pilotage et d'asservissement seront basées sur le projet opensource de Benjamin Veder : https://vesc-project.com/

(Voir section ci-dessous consacrée au Contrôleurs)

Elles seront configurées, mises au point et fabriquées soit par :

Châssis et structure

Conception 3D tandem 4 roues : des solutions techniques pour le vélobus
Conception 3D tandem 4 roues : des solutions techniques pour le vélobus

Nous sommes des inconditionnels de l'acier pour réaliser les châssis tubulaires de véhicules ultralégers urbains. Ce matériau dispose de propriétés mécaniques intéressantes et depuis 2 années maintenant, OsbornMétals, un fondeur Français a relocalisé la production de profilés tubulaires pour l'industrie du cycle.

  • tubes en acier spécial (CrMo) pour tous les éléments structurels de sécurité
  • pièces de récupération de vélos (selles, guidons, potences, tige de selle, etc)

Nous opterons vraisemblablement pour une structure de châssis "en H" (façon 2CV Citroën) et bras tirés.

Il s'agira d'une extrapolation des solutions retenues sur le tandem solaire "TwinDragonfly" qui ont fait leur preuves sur plusieurs dizaines de milliers de km.

Un véhicule "inclusif" pour les écoliers à mobilité réduite

Imaginé dès sa conception pour permettre aux enfants à mobilité de réduite de pouvoir l'utiliser en totale autonomie.

Comme sur le BENUR, Accès sans transfert pour les écoliers à mobilité réduite
Comme sur le BENUR, Accès sans transfert pour les écoliers à mobilité réduite


Nous nous sommes inspiré de la solution imaginé par Joseph Mignozzi sur "Le BENUR" :

"Le premier vélo à assistance électrique pour personnes à mobilité réduite sans transfert. Comme dans un char romain, on monte et on descend du vélo Benur sans l’aide d’un tiers." (Joseph Mignozzi).

Un arrière de chassis surbaissé, doté d'une rampe d'accès rétractable ou relevable, la solution n'est pas encore totalement arrétée, pour permettre à un écolier en fauteuil roulant de monter et descendre en parfaite autonomie.

Suspension

Pour l'instant le choix n'est pas totalement arrêté, 2 options possibles :

  1. Pas de suspension autre que celle prodiguée par les pneus – d’où le choix des pneus (voir plus haut). Ce qui signifie qu’il n’y aura pas d'éléments suspendus.
  2. 4 bras tirés (cf châssis 2 CV Citroën) avec éléments de suspensions en élastomère pour minimiser les coûts et la maintenance. L'avantage de cette option c'est d'épargner les contraintes sur le reste de la structure du vélobus et ainsi d'augmenter la fiabilité.

Motorisation

Courbes de couple et de puissance pour un véhicule de 600 Kg
Courbes de couple et de puissance pour un véhicule de 600 Kg
Les contraintes spécifiques au vélobus dont la masse maxi en charge peut être de 600 Kg (véhicule + passagers + sacs et/ou cartables)
  • Démarrer en charge dans une pente à 15 % (certaines portions de rues ont ce profil là) => Un couple sur chacune des 2 roues motrices ≥ 220 Nm cf graphe ci-contre
  • Rouler au moins à la vitesse d'un piéton (5 km/h) sur ces mêmes portions de routes escarpées => Une puissance ≥ 2200 W
  • Calcul : P (puissance en W) = Fm (force motrice en N) x V (vitesse en m/s) => 1542 * 1,38 = 2120 W
  • Vitesse maximum en exploitation (avec les 8 passagers) : 15 km/h
  • Vitesse maximum en transition (à vide) : 25 km/h


Nous éviterons les systèmes de motorisation "propriétaires" avec des protocoles de communication fermés et nécessitant des consoles spécifiques à chaque marque.

  • Bosch
  • Shimano
  • Yamaha
  • Brose
  • Valéo
  • Etc

Ces solutions ne s'avèrent pas pérennes à long terme :

  • Elles obligent à utiliser exclusivement les périphériques de la marque souvent très onéreux (batteries notamment).
  • Les opérations de maintenance nécessitent l'intervention d'un professionnel de la marque.
  • Les caractéristiques (couple/puissance) ne correspondent pas à notre besoin (cf calculs plus haut)
  • Fermées aux sutuctures non-commerciales


Les 2 techniques de motorisation possibles pour le Vélobus (choix définitif non encore effectué) sont beaucoup plus "Low-Tech"

  1. moteur 1200W dans chaque roue – moteur "réducté" et sans roue-libre (pour avoir la marche arrière et le frein électrique) → vitesse maximum 25km/h avec puissance nominale 1200 et puissance crête 2500W ex : moteur G-mac ou Ezee ou grintech
  2. moteurs in-runner avec transmission par courroie et poulie → 25km h max (en adaptant les rapports de transmission – nombre de dents des poulies motrices et réceptrices) 1200W nominal et 3000W crête ex : LMX bike version moteur big block 1200W

Quelle que soit la solution retenue, ces moteurs sont très robustes (durée de vie constructeur : 100.000 km) et ne nécessitent que le remplacement des roulements de l'axe lorsqu'ils sont usés. L'entretien peut être facilement réalisé par n'importe quel vélociste sans un matériel particulier.

Contact fournisseur motorisation (moteur+contrôleur, etc.) :

Contrôleurs - cartes électroniques de pilotage

Ici aussi nous préviligirons l'open source. Toutes nos cartes électronques de pilotage et d'asservissement seront issues du grand projet Open-Source de Benjamin Veder : https://vesc-project.com/


Nous travaillons depuis 2015 avec ses cartes-là que nous connaissons bien et qui ont fait leurs preuves en matière de fiabilité et de durabilité. Une communauté internationale très active autour de se projet à laquelle nous particpons fait évoluer constamment ce matériel pour le rendre à la fois de plus en plus performant mais aussi facilement programmable et adaptable au besoin de chaque projet.

Schéma fonctionnel de la partie électro-solaire

Schéma fonctionnel du vélobus
Schéma fonctionnel du vélobus (sous-ensemble électro-solaire)


Production de l'énergie dite secondaire (pour l'utilisation)

La recharge électrique se fera exclusivement de façon solaire

Préalable : calcul de la consommation annuelle du Vélobus en phase d'utilisation

Le vélobus circulera 180 jours/an (nb de jours de classe en France) pour le ramassage scolaire. Il pourrait être également utilisé les mercredi et samedi par les collectivités pour transporter les enfants des quartiers vers les centres de loisirs, les MJC, la piscine, le conservatoire etc. Nous estimons qu'en moyenne le vélobus parcourra 30 km/jour.

A raison de 250 jours/an d'exploitation, sa consommation annuelle sera de (0,025*30*250) ≈ 200 kWh

Concernant la disposition des panneaux nous hésitons encore entre un toit solaire embarqué sur le vélobus et une installation fixe sur l'emplacement parking du Vélobus.

  • La solution du toit solaire embarqué présente l'avantage d'accroître l'autonomie mais elle a l'inconvénient d'alourdir et de complexifier le véhicule. Cette masse supplémentaire sollicite davantage la batterie et toute la chaine cinématique de la transmission.
  • La solution de panneaux fixes installés sur le lieu de parking ou sur la toiture du garage dans lequel serait stocké le véhicule permet d'optimiser au mieux l'orientation des panneaux d'où un gain de production non-négligeable.


Nous choisirons très vraisemblablement cette deuxième solution :

  • Le Vélobus effectuera de courtes distances dans la journée, et sur des périodes relativement courtes (environ 1h de trajet le matin et 1h l'après-midi). En ajoutant les retours au garage ou à l'aire de parking ceci correspond à une trentaine de km/jour scindés en 2.
  • L'énergie électrique produite par les 3 m2 de panneaux photovoltaïques (≈ 700 kWh/an) et les génératrices à pédales (≈ 45 kWh/an) compense largement celle consommée par le véhicule (≈ 200 kWh/an). L'excédent de la production (≈ 500 kWh kWh/an), pourra être ré-injectée sur le réseau pour compléter l'alimentation électrique de l'atelier ou des bureaux : éclairages, matériel informatique, etc

Il faudra prévoir une borne de recharge dédiée avec l'ensemble de la connectique permettant de recharger le véhicule.

A priori nous nous arrêterons sur le choix suivant :

  1. Panneaux photovoltaïques : 3 m2
  2. Chargeur solaire MPPT 48 V nominal 20 A
  3. Onduleur hybride pour convertir l'excédent de production en 240V alternatif

Stockage de l'énergie

Pour stocker l'énergie nous faisons le choix d'une batterie lipofer LiFePo4 (48V, 50 Ah) car sa durée de vie est de 10 ans contrairement aux batteries LiMn certes plus légères mais beaucoup plus fragiles et moins durables.

En raison du couple nécessaire pour démarrer dans les rues pentues, les appels de courant seront parfois importants, c'est la raison pour laquelle nous avons opté pour une capacité de 50 Ah. Sinon, au regard des distances journalières parcourues (≈ 30 km) une capacité d'1 kWh aurait été suffisante.

Autre avantage et non des moindres de la technologie (LiFePo4) c'est la réparabilité par le remplacement aisé d'éventuels éléments défectueux.

Freinage

Le freinage sera réalisé sur le même principe que celui utilisé sur les derniers voitures électriques autour de 3 dispositifs indépenfdants :

  • Freinage électrique à commande progressive : dispositif de régénération d'énergie au freinage avec inversion du fonctionnement des moteurs => passage en générateurs
  • Freinage mécanique : 4 systèmes de freins à disques homologués pour les cyclomoteurs
  • Frein de stationnement : Système de frein à disque mécanique agissant sur 2 roues (avants ou arrières)


Protection

Concernant le toit, c'est un peu la même logique qui nous fait pencher pour un toit amovible : il sera ou non installé sur le véhicule facilement avant chaque départ en fonction de la météo du jour. Cela permettra d'alléger encore le véhicule lorsque cela sera possible. Ce toit sera équipé de bâches enroulées sur les côtés et qui pourront se dérouler au besoin pour protéger les passagers de pluies latérales.

Le véhicule sera équipé d'un pare-brise réalisé par thermoformage ou procédé équivalent.

Liste des pièces (entrants, composants, accessoires etc)

Nomenclature globale - exemplaires petites série => Année 4 et suivantes
Nomenclature globale - exemplaires petites série => Année 4 et suivantes
Les pièces et les matériaux n’ont pas été encore tous choisis : les choix finaux seront réalisés ultérieurement, les possibilités techniques de réalisation du véhicule ci dessous étant nombreuses.

Actuellement nous en sommes à l’étude fonctionnelle, certains choix concernant les matériaux, etc... se feront ultérieurement (en fonction des solutions techniques retenues).

Sera toujours privilégié lorsque plusieurs choix seront possibles pour les éléments et matériaux :

  • l’occasion sur le neuf (le réemploi est un de nos chevaux de bataille) ;
  • leur réparabilité (capacité à être démonté le cas échéant, capacité à trouver les pièces détachées de rechange, etc...) ;
  • leur durabilité ;
  • leur provenance (attachement au local) ;
  • le low-tech : nous ne cherchons pas à faire du high-tech pour faire du high-tech, ou parce que c’est la mode , ou encore parce que cela « répondrait aux besoins ou à la demande » du public. Le low-tech c’est la garantie de rester maître de sa machine, indépendant et autonome, sans besoin de connaissances techniques spécifiques et pointues ;
  • l’accessibilité (libre-accès ou open source) - inscrivant nous même notre projet dans cette démarche et cette philosophie ;
  • le standard, autrement dit la pièce produite en grande série, donc à haute économie d’échelle et à faible coût, et facilement trouvable à l’achat, que ce soit pour de la fabrication ou de la réparation ;

autrement dit, tout ce qui concourt à réduire au maximum l’emprunte carbone du véhicule sur l'ensemble de son cycle de vie.

Cependant, nous avons également une autre contrainte venant peser sur le choix des matériaux, outre celle d’éco-conception vue plus haut, et liée au caractère reproductible à l’identique du prototype, souhaité pour le projet.

Il faut en effet, pour rappel, que le prototype puisse servir d’exemple, de modèle pour la réalisation d’autres véhicules identiques , mais réalisés par d’autres équipes que celle qui a réalisé le prototype.

En conséquence de quoi, même s’il eut été possible de réaliser la structure en tubes récupérés sur des cadres de vélo de récupération – si ç’avait été pour réaliser un et un seul prototype -, dans certains cas nous préférerons avoir recours au neuf (dans cet exemple là, à des tubes neufs), pour des questions de standard et pour pouvoir avoir des tubes qui soient tous du même diamètre, de la même épaisseur, de la même longueur, de la même résistance mécanique, de la même provenance, etc...

Les matériaux et pièces choisies devront donc se trouver placées au mieux au regard de ces deux critères : reproductibilité à l’identique et faiblesse de l’emprunte carbone.]]

Vehicle File: 2022_10_21_velobus_dossier_vehicule_pdf.pdf

[[dossier_nrj::=Empreinte énergétique=

Nous nous sommes attachés à minimiser l'empreinte énergétique du projet Vélobus
  • Energie grise (analyse du cycle de vie du produit depuis la formulation du besoin jusqu'à sa disparition)

Les choix que nous privilégions visent à réduire les énergies primaires :

  1. Choisir les matières premières acier (52 MWh/m3) plutôt qu'aluminium(190 MWh/m3) ou matériaux composites
  2. Jouer la solution du ré-emploi autant que faire ce peut
  3. Produire, transformer, sous-traiter localement et régionalement
  4. Mettre en oeuvre un maximum de solutions "low-tech" pour simplifier les opérations de maintenace et la réparabilité
  5. Penser en amont à la recyclabilité des constituants : ré-emploi plutôt que recyclage
  • Energie active liée à l'utilisation du vélobus : Electricité 100% renouvelable
  1. Panneaux photovoltaïques
  2. Génératrices à pédales
  3. Freinage régénératif

Energie grise nécessaire à la réalisation du 1er prototype

Energie grise consommée pour la fabrication du prototype
Energie grise consommée pour la fabrication du prototype

Ressources :

https://bilans-ges.ademe.fr/documentation/UPLOAD_DOC_FR/index.htm?moyenne_par_pays.htm

https://www.ecologie.gouv.fr/sites/default/files/Info%20GES_Guide%20m%C3%A9thodo.pdf

Le schéma ci-dessus expose uniquement la quantité d'énergie grise consommée depuis la naissance de l'idée et jusqu'à la réalisation du premier prototype

Il ne s'agit que d'une estimation globale mais la somme des énergies grises relatives à la réalisation d'un exemplaire de vélobus se situera dans une fourchette comprise en 2 et 3 MWh.

NB : L'équivalence masse de CO2 / kWh varie considérablement en fonction la localisation et de l'énergie primaire utilisée : La production d’un kWh électrique en France produit 100 g eqCO2/kWh, 420 g EqCO2/kWh pour l’Europe, 520 g EqCO2/kWh pour les USA et 750 g EqCO2/kWh pour la Chine.

En raison de ces variations très importantes, la conversion en équivalent CO2 ne nous parait pas pertinente.

Remarque Importante :

L'énergie grise nécessaire au recyclage et à la destruction, difficile à estimer n'est pas prise en compte dans cette première estimation. Nous pensons qu'avec une maintenance régulière la durée de vie du vélobus sera de 25 ans.

Durée de vie

Avec une maintenance régulière nous prévoyons une durée de vie de 25 ans pour le vélobus

Châssis tubulaire en acier

Energie grise pour ≈ 100 kg d'acier ≈ 740 kWh

La partie mécanique sera le plus "low tech" possible :

  • utilisation d'un maximum de pièces standards de vélos et/ou de mécanique générale facile à approvisionner localement en neuf ou en ré-emploi.
  • tubes en acier spécial (CrMo) proviendront de chez OsbornMétals un fondeur Français qui a relocalisé depuis peu la production de profilés pour l'industrie du cycle.

Système de transmission hybride-série

Nous utiliserons un système de transmission hybride série (sans chaîne) constituée uniquement de générateurs à pédales.
Principe génération hybride/série
Principe génération hybride/série

Ils seront réalisés :

  • soit à partir de moteurs de petit matériel électroménager ou de bricolage recyclès
  • soit à partir de moteurs-moyeu de VAE

(les seules opérations d'entretien consistent au remplacement des roulements toutes les 10.000 heures d'utilisation environ)

Energie grise pour 3 génératrices brushless à partir de matériel de récupération reconditionnées ≈ 3 kg cuivre + aimants + aluminium => ≈ 35 kWh

Motorisation

La motorisation constituée à base de 2 (ou4) moteurs brushless pilotés par des contrôleurs FOC et d'un système de réduction poulies/courroies crantées assure une fiabilité sans entretien.

La seule opération de maintenance sur une configuration de ce type consiste à remplacer les courroies crantées si besoin toutes les 5.000 h d'utilisation. Quand aux roulements des moteurs, leur durée de vie avoisinne 100 000km (données constructeur).

Energie grise pour 2 moteurs brushless ≈ 10 kg cuivre + aimants + aluminium => ≈ 100 kWh

Stockage de l'énergie

Pour stocker l'énergie nous faisons le choix d'une batterie lipofer LiFePo4 (48V, 50 Ah) car sa durée de vie est de 10 ans contrairement aux batteries LiMn certes plus légères mais beaucoup plus fragiles et moins durables. Le choix de cette technologie (LiFePo4) facilite grandement la réparabilité par le remplacement d'éventuels éléments défectueux ce qui diminue d'autant l'empreinte carbone.

Energie grise pour produire ≈ 10 kg de batterie => ≈ 720 kWh

Important : Afin de limiter au maximum l'impact environnemental, les batteries seront exclusivement rechargées en énergie électrique par des panneaux photovoltaïques et les génératrices à pédales

Production photovoltaïque

Réalisée à partir de panneaux photovoltaqîques de 2,5 m2 installés sur une structure fixe.

Energie grise pour 2,5 m2 de panneaux solaires ≈ 5 kg => ≈ 50 kWh

En période d'exploitation, ce dispositif de recharge de notre vélobus produira davantage d'énergie que celle nécessaire au fonctionnement du Vélobus

(sources : PHOTOVOLTAIC GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEM (https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/fr/#PVP)

Production photovoltaïque annuelle du toit solaire
Production photovoltaïque annuelle du toit solaire
La production annuelle de notre toit solaire s'élèvera donc à 712 kWh si les panneaux sont fixes.

Si nous décidons de les disposer sur le toit du véhicule, l'expérience accumulée sur les parcours des Suntrip auxquels Bernard Cauquil a participé montre qu'elle sera diminuée d'un tiers environ soit 475 kWh/an

Récapitulons donc :

  • Installation statique sur le lieu de garage, production : 712 kWh/an
  • Installation en guise de toit solaire sur le vélobus, production : 475 kWh/an

Energie active liée à l'utilisation du vélobus : Electricité 100% renouvelable

Impact environnemental
Impact environnemental

Nous visons une consommation de 25Wh/km soit 6 fois moins qu'une Renault Zoé (extrapolation de données accumulées depuis des milliers de km sur mon tandem solaire)

https://www.ecosunriders.com/entrainement/tandem_tests_aout_2022/
Comparatif de l'énergie consommée par écolieer transporté
Comparatif de l'énergie consommée par écolieer transporté
Comparaison de l'impact environnemental (phase d'utilisation)

L'impact environnemental 'point de vue utilisation) sera à minima 50 fois inférieur à celui d'une citadine électrique et 180 fois plus faible que celui d'une citadine thermique

Hypothèses :

  • Taux d'occupation des voitures en usage pendulaire urbain : inférieur à 2 personnes/véhicule (sources Eurosat) => 1 seul enfant par véhicule
  • Taux d'occupation du vélobus : 8 enfants
  • Consommations des véhicules (données constructeurs)


Le vélobus consomme 5 fois moins qu'une Zoé électrique et transporte 8 fois plus d'écoliers => impact environnemental 50 fois plus faible tout en permettant aux enfants de pratiquer une activité physique. Si l'on étend la comparaison avec une citadine termique, type Clio essence on passe à un facteur de 180....

En considérant que le véhicule parcourt une distance journalière de 30 km, il consommera 750 Wh pour son utilisation au quotidien.

L'expérience nous montre que les panneaux solaires (600 Wp installés) arrivent à produire journalièrement :

  • 3 kWh par beau temps
  • 1,5 kWh par temps couvert
  • 250 Wh par temps pluvieux

De même, nous pouvons estimée l'energie produite par le pédalage du conducteur et des enfants :

Répartition des sources d'énergies renouvelables
Répartition des sources d'énergies renouvelables
  • 3 Wh/km par le conducteur (estimation basse)
  • 3 Wh/km par l'ensemble des écoliers (estimation basse)

Ce qui nous donne un complément de 180 Wh/jour (30 km parcourus)

Consommation annuelle

Notre vélobus circulera 180 jours/an (nb de jours de classe en France) pour le ramassage scolaire. Il pourrait être également utilisé les mercredi et samedi par les collectivités pour transporter les enfants des quartiers vers les centres de loisirs, les MJC, la piscine, le conservatoire etc.

A raison de 250 jours/an d'exploitation, sa consommation annuelle sera de (0,025*30*250) ≈ 200 kWh

Nous constatons donc que nous seront exédentaires en énergie produite/ à l'énergie consommée. voir plus haut section "Production photovoltaïque") sans inclure la production d'énergie liée aux génératrices à pédale

Notre objectif de concevoir un vélobus qui du point de vue du fonctionnement ne consomme que des énergies 100% renouvelables est largement atteint.

L'énergie électrique produite par des panneaux photovoltaïques (≈ 700 kWh/an) et les génératrices à pédales (≈ 45 kWh/an) compense largement celle consommée par le véhicule (≈ 200 kWh/an)

L'excédent de la production (≈ 500 kWh kWh/an), pour le choix de l'installation eixe des panneaux, sera ré-injectée sur le réseau pour alimenter les bureaux : éclairages, matériel informatique, etc

Notre vélobus, dans sa phase d'exploitation, sera un moyen de transport scolaire à Energie Positive :

Bilan énergétique annuel.
Bilan énergétique annuel.

Il produit davantage d'énergie qu'il n'en consomme, l'excédent participera à couvrir les dépenses en énergie électrique des différents services administratifs associés


Cf : article "Comparer l'incomparable" (blog ecosunriders.com) https://www.ecosunriders.com/tiltdragonfly/bilan-energetique-et-si-lon-comparait-lincomparable/

Compléter par bilan cycle de vie]]

Energetics File: dossier_vehicule_3p.pdf


Name of the pioneer to test the vehicle :

Retours des expérimentations :

Compléments :