Vélo à assistance électrique

Pour les articles homonymes, voir VAE.

Vélo urbain électrique de marque Moustache (2012).

Le vélo à assistance électrique ou VAE est une bicyclette équipée d'un moteur électrique auxiliaire et d'une batterie rechargeable.

Les VAE existent depuis les années 1930 avec le premier modèle de série : le EMI/Philips de 1936/38. Ils sont réapparus vers la fin des années 1970 pour connaître depuis l'an 2000 un regain d'intérêt avec l'évolution des performances suivant celles des batteries (voir plus bas).

Contrairement aux cyclomoteurs ou aux trottinettes électriques qui possèdent rarement des pédales, la batterie du vélo à assistance électrique n'envoie son énergie au moteur que pour amplifier le mouvement du pédalier. Il s'agit donc d'une assistance discrète et limitée ne dénaturant pas la fonction première du vélo, ni son maniement.

Un vélo électrique dont l'assistance se déclencherait sans que l'on pédale est considéré en Europe comme un scooter et est soumis à des contraintes réglementaires plus importantes : en France, un tel véhicule doit être assuré et nécessite le port du casque.

En 2007, 250 000 VAE auraient été vendus en Europe et 20 millions en Chine ; en 2010, la Chine seule compte 120 millions de VAE (e-bike)^[1].

Vélos à assistance électrique en Chine (2008).

Historique

Plusieurs brevets déposés aux États-Unis dans les années 1890 portent sur des vélos électriques. Le 31 décembre 1895, Ogden Bolton Jr. s'est vu attribuer le brevet n^o 552 271^[2] pour un vélo équipé d'une batterie pouvant délivrer 100 A à une tension de 10 V et d'un moteur monté dans la roue arrière.

Deux ans plus tard, Hosea W. Libbey, à Boston, inventa un vélo propulsé par un double moteur électrique (brevet n^o 596 272^[3]) logé dans l'axe du pédalier.

L'inventeur allemand Egon Gelhard inventa et breveta ce qui peut être considéré comme le principe du vélo électrique en 1982. Il fallut attendre près de dix ans pour que le fabricant japonais de motos Yamaha développe le premier vélo électrique et le lance sur le marché en 1993. Étant difficile de convaincre les consommateurs avec un unique produit sur le marché, Yamaha persuada ses concurrents Sanyo, Panasonic, Mitsubishi, Honda, Suzuki et de nombreux autres de se positionner sur le nouveau marché^[4].

Un modèle sur la base du brevet de Hosea W. Libbey fut par la suite réinventé et imité à la fin des années 1990 par Giant.

La même période vit l'apparition de couplemètres et de contrôleurs de puissance. Une cinquantaine de modèles de vélos électriques furent développés entre 1992 et 1998. Les plus anciens et les plus abordables embarquaient des batteries au plomb tandis que les modèles plus évolués étaient dotés de batteries au nickel ou au lithium, plus légères.

En 2004, les ventes sur le marché intérieur étaient de 7,5 millions d'unités, soit pratiquement le double de l'année précédente, et atteignirent 16 millions en 2006. En 2007, les vélos électriques constituaient jusqu'à 10 à 20 % de l'ensemble des deux-roues en circulation dans plusieurs grands centres urbains. Parallèlement, les exportations pour l'année 2006 se montèrent à trois millions d'unités^[5],[6]. En 2010, la Chine est le premier producteur mondial de vélos électriques.

En 2015, apparaît Alpha, le premier VAE fonctionnant à l'hydrogène et fabriqué en série. Ce vélo français se recharge en cinq minutes ; son autonomie vaut environ 80 kilomètres.

Fonctionnement

Modèle en vente à Berlin (novembre 2009).

Le VAE est un vélo qui comporte une assistance électrique. Cette assistance a pour objectif de fournir un complément au pédalage. Elle est constituée d'un moteur, de batteries, d'un contrôleur et de capteurs.

Des capteurs détectent la présence de pédalage, sa fréquence, l'effort exercé sur les pédales, la position d'un éventuel accélérateur, le freinage.

Un contrôleur intègre les paramètres qui qualifient le comportement du vélo en fonction du profil utilisateur choisi par le constructeur. Il régule la consommation de courant et pilote le moteur dans ses différentes phases de fonctionnement : démarrage, régime continu, accélération, etc. à partir des informations transmises par les capteurs.

L'utilisateur dispose suivant les modèles de la possibilité de couper ou de doser le niveau d'assistance en roulant, par l'intermédiaire d'un sélecteur ou d'un « accélérateur ».

Sur certains vélos à moteur moyeux, la batterie se recharge automatiquement au freinage et en descente. La régénération apporte un confort au quotidien par l'apport d'un frein moteur.

Moteurs

Moteur moyeu.

• Moteur moyeu : simple à installer, il s'insère en lieu et place d'un axe de roue avant ou arrière.
• Moteur déporté : la transmission se fait par une courroie ou une chaîne agissant sur un plateau de transmission placé sur l'axe d'une roue. La position du moteur est libre.
• Moteur pédalier : il agit directement sur l'axe du pédalier du vélo. Il est constitué d’un bloc comprenant tous les composants de la traction électrique : le moteur, les capteurs et l’électronique de commande. Il ne peut être installé que sur un cadre spécifique.
• Moteur à friction : moteur à friction par galet sur la bande de roulement du pneumatique avant ou arrière. Il a été utilisé sur le cyclomoteur Solex.

Batteries

La batterie lithium est essentiellement utilisée pour les VAE ; les autres technologies, plomb ou nickel, ont été progressivement abandonnées sur les VAE commercialisées en Europe.

Le poids de la batterie, longtemps problématique, bénéficie aujourd'hui des améliorations importantes liées au Lithium Ion et Lithium polymère. Ainsi, une batterie au plomb pèse environ 13 kg, alors qu'une batterie au lithium pèse environ 3 kg pour une tension et une capacité équivalentes.

Le temps d'une charge complète de la batterie demande de 3 à 8 heures suivant la technologie de la batterie et du chargeur. Des recharges rapides sont possibles avec des chargeurs et des batteries appropriés. Ces types d'accumulateurs supportent mal les décharges profondes, il est donc conseillé de les recharger le plus souvent possible, voire de rester en charge lors des phases d'inutilisation, les chargeurs modernes étant particulièrement bien étudiés pour ces cas de figures.

Sous la dénomination « Lithium » existent plusieurs technologies aux caractéristiques sensiblement différentes. Aujourd'hui^[Quand ?], on trouve essentiellement sur les VAE du Li-Ion, du Lithium polymère (LIPO) et du LifePO4, les deux premières technologies sont typiques de batteries très légères mais sensibles au froid et aux fortes charges/décharges. Le LiFePO4 est considéré comme plus sûr (feu), il accepte des courants de charge plus importants (temps de recharge plus réduit) et surtout il a une durée de vie plus importante (mille cycles et plus).

La batterie reste un des points faibles du vélo électrique comme on pense qu'elle le sera pour les automobiles électriques. En dehors même de sa durée de vie théorique, il est facile, pour toutes les raisons imaginables, de ne pas gérer convenablement cet élément, et le prix de rechange est très important, plusieurs centaines d'euros pour une batterie au lithium.

Utilisation

Station de recharge pour des vélos à assistance électrique à Nordwalde, Allemagne.

Le comportement d'un vélo électrique dépend des caractéristiques qui lui ont été données lors de sa conception. En fonction de la population cible, les constructeurs définissent des critères d'utilisation qui servent à définir le comportement de l'assistance suivant le relief rencontré.

Il est donc possible d'avoir des vélos à assistance électrique plus appropriés pour l'usage urbain, l'usage loisirs, le VTT ou l'usage routier. Les performances et les ressentis au guidon dépendent également du type de cadre de l'équipement du vélo, donc de sa partie cycle.

En général, ni le moteur électrique ni les batteries ne réclament d'entretien particulier. Seule la partie cycle doit être entretenue comme un vélo classique.

Il faut néanmoins faire attention aux chocs sur les batteries, elles sont très fragiles de ce côté-là, les produits chimiques sont contenus dans des enveloppes fragiles qui peuvent se percer et, au pire, s'enflammer.

En montée

L'assistance électrique est très efficace dans les montées, pour des pentes faibles et moyennes faisant jusqu'à 5 %. Au-delà, au vu de la relative faible puissance de l'assistance, on préfèrera un VAE à moteur pédalier. En effet les VAE dont le moteur est intégré au pédalier profitent du changement de vitesses pour garder une aptitude à monter des pentes plus raides (à faible vitesse) avec un développement adéquat.

Au quotidien

Le VAE est intéressant pour des trajets quotidiens courts ou moyens (de 5 à 20 km), avec un dénivelé limité. Il est idéal en particulier pour des personnes se déplaçant beaucoup en ville et souhaitant se déplacer rapidement sans trop d'efforts, ou simplement pour rapporter en centre-ville ses provisions d'un supermarché de proche banlieue.

Il est de plus en plus prisé pour des déplacements domicile-travail par toutes les couches sociales, et particulièrement par les cadres et catégories socio-professionnelles supérieures : car il permet d'arriver sur son lieu de travail sans traces d'efforts (sueur...) et de rejoindre son domicile après sa journée de travail. Le fait d'emprunter les aménagements cyclables permet en effet d'éviter les bouchons aux heures de pointe.

Il est aussi utilisé en randonnée, dans ce cas l'autonomie est un facteur primordial, la faible consommation, une batterie à grosse capacité sont les critères importants pour bénéficier d'un rayon d'action correct.

Législation

Union européenne

Le vélo à assistance électrique est considéré légalement comme une bicyclette classique, entrant dans la catégorie cycle si, et seulement si, il répond à la directive ci-dessous.

La Directive européenne 92/61/EEC indique qu'un VAE doit notamment respecter les caractéristiques suivantes :

• assistance uniquement au pédalage ;
• l'assistance se coupe au-dessus de 25 km/h ;
• moteur d'une puissance inférieure à 250 W (puissance nominale continue).

Dans ce cas, nul besoin de permis, ni BSR, ni d'assurance (la responsabilité civile suffit, comme avec n'importe quelle bicyclette), ni d'un casque (bien que recommandé), pour la circulation sur la voie publique.

Comme un cyclomoteur, il est possible mais strictement interdit, de « trafiquer » un vélo électrique, notamment pour le faire rouler sans avoir besoin de pédaler, ou de rouler plus vite. Auquel cas, il deviendrait un véhicule terrestre à moteur, sans homologation, avec tous les risques que cela implique (amende, immobilisation, dédouanement de l'assurance en cas d'accident, etc.)

Les constructeurs aimeraient un assouplissement de cette norme afin de satisfaire les besoins non couvert par le VAE actuel : longues distances, forts dénivelés, réelle concurrence aux scooters, etc. Certains pays (Suisse, Allemagne, etc.) ont d'ailleurs mis en place des catégories complémentaires pour bénéficier d'un gain de puissance et de vitesse relativement modeste, sous réserve d'un équipement de protection adapté (casque).

En France, il est possible de commercialiser des vélos électriques « rapides » seulement en les homologuant comme cyclomoteur donc avec les contraintes inhérentes : port d'un casque moto homologué, interdiction d'emprunter les pistes cyclables, équipement de signalisation cyclomoteur, etc. Quelques marques étrangères ont homologué quelques rares VAE dans cette catégorie.

VAE rapide en France

Certains constructeurs commercialisent des vélos électriques pouvant assister au pédalage jusqu’à 45 km/h . Dans ce cas ils sont assimilés à des cyclomoteurs aux yeux du code de la route avec les contraintes qui y sont liées. On parle alors plutôt de « cyclo électrique » :

• ne pouvant être utilisé qu'à partir de 14 ans avec le permis AM (ex. : BSR), mais sans aucun permis pour les personnes nées avant le 1^er janvier 1988 ;
• port d'un casque moto homologué obligatoire ;
• muni des équipements obligatoires du cyclomoteur : feux avant et arrière, feux stop, totaliseur kilométrique et tachymètre, rétroviseur ;
• assurance obligatoire.

L'e-Solex, de la société Solex, vendu de 1 200 à 1 500 € selon le modèle, est l'un des pionniers dans ce secteur mais aussi l'un des plus abordables. Avec une vitesse maxi de « seulement » 35 km/h, il n'est pas tout à fait cyclomoteur, mais n'entre toutefois pas dans la catégorie des VAE.

Depuis 2013, de nombreux constructeurs allemands commercialisent le S-Pedelec (appellation allemande des VAE rapides) en France.

En raison des tarifs encore élevés (de 1 200 à plus de 4 000 €) et des contraintes décrites ci-dessus, le VAE rapide ne constitue pas, pour le moment, une réelle concurrence au traditionnel cyclomoteur.

Les constructeurs commercialisent également des VAE rapides de loisir, capable de dépasser les 45 km/h, mais leur usage est alors réservé aux terrains privés et fermés.

Canada

Au Canada, un vélo ou tricycle à assistance électrique doit, pour ne pas être considéré comme un scooter :

• posséder un pédalier ;
• être muni d'un dispositif qui alimente le moteur en électricité lorsque celui-ci atteint une vitesse de 3 km/h et cesse de l'alimenter lorsque celui-ci atteint une vitesse de plus de 32 km/h ;
• la puissance du moteur ne doit pas excéder 500 W.

Quoique le vélo à assistance soit considéré comme un véhicule à moteur électrique, les infractions au code de la sécurité routière sont appliquées de la même manière que pour les usagers à bicyclette. Cependant, si une personne se fait prendre en état d'ébriété éthylique de 0,8 g/l dans le sang sur un vélo à assistance électrique, le code criminel s'applique au même titre que dans le cas de circulation avec une automobile, une tondeuse à gazon auto-portée, un camion, etc. Il en va de même pour les personnes handicapées qui circulent en fauteuil motorisé sur la voie publique alors que la limite permise du taux d'alcool est dépassée.

Promotion du vélo à assistance électrique

En Suisse

À Genève, l'Association transports et environnement (ATE) s'est fortement engagée dans la promotion du vélo à assistance électrique, afin de contrer la progression de la voiture et - surtout - du scooter dans l'agglomération. L'association a reçu la Bourse cantonale du développement durable en 2007, afin de développer une offre de VAE à l'intention des entreprises de la région.

Certaines villes suisses versent quelques centaines de francs suisses aux citoyens qui acquièrent un VAE dans un commerce local.

En France

Des associations professionnelles, telles que l'AVERE France, agissent sur le territoire français. Il existe des magazines et documentation^[7]. Il existe aussi de nombreuses associations régionales qui agissent pour la promotion et le développement des vélos à assistance électrique, telles que l'AVEM, l'espace mobilités électriques de Paris^[8].

En 2014, il n'existe pas de subvention nationale à l'achat de vélo à assistance électrique. Cependant, les subventions locales (au niveau de la commune ou de la région) sont de plus en plus nombreuses^[9]. Ainsi, après Paris en 2009^[10], des villes comme Lyon, Nice^[11] ou Nantes proposent également de telles aides, pouvant atteindre 400 €.

En Belgique

Depuis octobre 2011, la ville de Bruxelles propose — sous conditions — une prime à l'achat d'un vélo à assistance électrique. Le montant de cette prime peut atteindre 300 €^[12].

Depuis mai 2012, la ville de Namur propose — sous conditions — une prime à l'achat d'un vélo à assistance électrique. Le montant de cette prime peut atteindre 150 €^[13].

Le marché du vélo électrique

Boutique de VAE à New York (mai 2009).

En 2013, selon l'Electric Bikes Worldwide Report, 32 millions de vélos électriques ont été vendus en Chine et 1,2 million en Europe selon le quotidien allemand Die Zeit (contre 200 000 en 2007), dont 410 000 en Allemagne et 56 000 en France (+17 %)^[14].

La Suisse compterait 250 000 vélos électriques en 2013 ; en Allemagne, le marché du vélo électrique a progressé de 8 % en 2013, alors que les ventes de vélos baissaient de 5,5 % ; la part de marché du vélo électrique atteint ainsi 11 % ; aux Pays-Bas, qui ont la plus forte densité de bicyclettes par habitant, le marché du vélo électrique a progressé de 9 % alors que celui des vélos ordinaires reculait légèrement^[15].

Il y avait déjà 120 millions de VAE en Chine dès 2008, année où 23 millions de VAE ont été vendus dans le monde, dont 90 % en Chine, où le principal fabriquant, Xinri, fabriquait 1,6 million de VAE par an.

Les ventes annuelles en 2008 étaient de l'ordre de 300 000 par an au Japon (où leur niveau est stable depuis plusieurs années), 200 000 aux États-Unis (pour un usage récréatif, principalement) et 100 000 aux Pays-Bas, pays passionné de vélo (où les ventes décollent), de l'ordre de 100 000 aussi en Allemagne et en Italie.

En France les VAE sont commercialisés depuis 1995. Les ventes sont passées de 15 300 en 2008 à 23 700 en 2009 (donc de 0,5 % à 0,76 % des ventes de vélos en France)^[16], pour atteindre 40 000 en 2011^[17], puis 46 100 en 2012 (1,6 % des ventes de vélos)^[18] tout en restant loin derrière les ventes en Allemagne, aux Pays-Bas et en Italie. En France, cet article reste un objet un peu luxueux, peu répandu dans les classes modestes, beaucoup plus dans les classes moyennes écologistes des grandes villes.

Il est prévu un fort développement des ventes de VAE en Asie du Sud-Est, où l'utilisation des deux-roues motorisés à essence est répandu, et en Inde, avec l'accroissement du niveau de vie.

En France

En 2014, le VAE a connu en France une croissance de 37 % pour atteindre 77 500 exemplaires^[19]. Le chiffre d'affaires global du marché du vélo (tous types de vélos) en France pour 2014 était de 1,616 milliard d'euros (918,8 millions d'euros pour les vélos et 697,3 millions pour les accessoires). Ce sont les ventes sur internet qui progressent le plus la même année (+15,5 %), pour atteindre 15 % du marché^[19].

Les chiffres de croissance sont comparables en Europe (+16 % en 2014), mais les valeurs sont bien différentes : 223 000 vélos électriques vendus aux Pays-Bas sur la seule année 2014, chiffre qui place les Pays-Bas aux premières loges des ventes de VAE en Europe avec près de 21,2 % des vélos en assistance électrique^[20].

En Chine

Le VAE typique en Chine peut faire jusqu'à 100 km avec une charge, a sa vitesse limitée à 20 km/h (mais beaucoup atteignent 45 km/h), et coûte en moyenne 2 000 yuans, soit plus de 200 €.

En 2006, il y avait 2 700 fabricants licenciés de VAE, sans compter les nombreuses petites boutiques non comptabilisées.

Depuis 2007, les ventes de VAE en Chine tournent autour des 20 millions d'exemplaires par an.

Les scooters électriques gagnent également en popularité dans les grandes villes comme Pékin et Shanghai, où les taxes se sont accrues sur les trop polluants scooters à essence.

Challenge national de vélo électrique

Depuis 2011, un challenge national de vélo électrique a lieu à Vierzon. Certains de ces vélos ont des puissances surdimensionnées 500 à 4 000 W^[21]. Ces prototypes sont des vélos droits, mais on peut y voir différents types de vélo couché ou de vélomobile électriques car ils consomment moins d’énergie. Certains de ces engins ont une autonomie de 200 km à une vitesse moyenne de 45 km/h.

Références

Annexes

Articles connexes

• Batterie d'accumulateurs
• Véhicule électrique
• Véhicule propre

Liens externes

• Dossier technologique (Sciences de l'ingénieur ; ENS Cachan ; Éducation nationale France)

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