Pourquoi les vélos électriques ne bénéficient-ils pas tous de cet équipement courant sur les voitures électriques ?

Les voitures électriques rechargent leurs batteries au lever de pied et au freinage. Pourquoi pas les vélos et autres engins électriques individuels ? Explications.

Quand on a goûté au vélo à assistance électrique (VAE), on a vite compris qu’il pouvait se substituer à la voiture pour un grand nombre de cas d’usage et de déplacements, urbains et même péri-urbains de moins de 10 à 15 kilomètres. Généralement, le temps de trajet est le même, voire même inférieur à vélo de porte à porte, et les économies en argent et en stress se font très vite sentir, sans parler évidemment de la pollution en moins.

Et puis il y a les autres usages, de loisirs, comme les balades du week-end ou même les grands roadtrips de plusieurs jours et plusieurs centaines de kilomètres. Des cas d’usage où la gestion de l’énergie et de l’autonomie peuvent prendre davantage d’importance dans l’organisation d’un itinéraire. Une question d’autant plus cruciale que la recharge d’un VAE prend beaucoup plus de temps que celle d’une voiture, puisqu’on ne parle plus en minutes mais en heures, soit entre 5 et 7 heures pour une charge complète, selon la taille de la batterie. Pas question donc de partir la fleur au fusil en visant une petite recharge en route, car si vous comptez une halte de 30 minutes, vous récupérerez à peine de quoi faire 10 kilomètres, dans le meilleur des cas. La recharge c’est donc uniquement la nuit au bivouac.

C’est là que se pose la question de la gestion de l’énergie… et donc de sa récupération. Une question que la plupart des VAEistes se sont posée au moins une fois : pourquoi les vélos à assistance électrique ne sont-ils pas équipés d’un système de régénération permettant de recharger la batterie au lever de pied et au freinage, à l’image des voitures électriques ?

Comment les voitures électriques récupèrent de l’énergie

Tout d’abord, comment ça marche exactement ? Le principe du freinage régénératif sur une voiture électrique repose sur la capacité du moteur électrique à fonctionner comme un générateur. Pendant l’accélération, il consomme de l’électricité pour entraîner les roues. Lors d’un ralentissement, les roues peuvent à leur tour l’entraîner : il oppose alors une résistance au mouvement et transforme une partie de l’énergie du véhicule en électricité, renvoyée vers la batterie. Cette récupération ne nécessite pas forcément d’appuyer sur la pédale de frein, puisque, selon les voitures et le mode sélectionné, elle intervient dès que l’on relâche l’accélérateur, avec une intensité souvent réglable. Elle peut aussi être sollicitée par la pédale de frein, l’électronique répartissant alors le ralentissement entre le moteur et les freins mécaniques.

Le dispositif permet de récupérer de l’énergie qui aurait autrement été dissipée en chaleur dans les freins, et moins solliciter ces derniers, le tout avec un agrément de conduite auquel beaucoup d’électromobilistes s’habituent rapidement.

Un vélo électrique possédant lui aussi un moteur et une batterie, on pourrait donc s’attendre à retrouver cette fonction. Mais sa transmission change sensiblement la donne.

La roue libre, premier obstacle à la récupération

Sur un vélo classique, lorsque vous arrêtez de pédaler, la roue arrière continue de tourner sans entraîner la chaîne ni les pédales. C’est le rôle de la roue libre, qui permet de profiter de son élan sans devoir accompagner chaque tour de roue avec les jambes. Or, sur de nombreux vélos électriques, le moteur est installé au niveau du pédalier. Il transmet son effort à la roue arrière par la chaîne. Lorsque vous cessez de pédaler, la roue libre empêche la roue arrière d’entraîner cette transmission en retour. Le moteur ne tourne donc pas sous l’effet du déplacement du vélo et ne peut pas produire d’électricité.

C’est pourquoi les motorisations centrales courantes ne proposent pas de récupération d’énergie. Cette limite tient à leur architecture mécanique, et ne pourrait pas être levée par une simple mise à jour logicielle. Le constructeur Kalkhoff évoque d’ailleurs cette conception parmi les raisons expliquant la rareté du dispositif.

Installer le moteur directement au centre de la roue, dans le moyeu, peut permettre de contourner le problème. Encore faut-il que la roue puisse effectivement entraîner le moteur. Or, certains moteurs de roue possèdent eux aussi un mécanisme de roue libre qui les découple lorsque l’assistance ne fonctionne pas. Donc impossible là aussi de récupérer de l’énergie.

Certains vélos électriques le font pourtant déjà

Cela étant, le freinage régénératif existe bien sur des vélos électriques, même s’il reste peu répandu.

Avec le système Zehus, notamment utilisé par REF Bikes, le cycliste peut activer la récupération en pédalant en arrière : le moteur ralentit alors le vélo tout en renvoyant de l’électricité vers la batterie. Ce rétropédalage sert à commander le dispositif, et ce sont bien le mouvement du vélo et la rotation de la roue qui fournissent l’énergie récupérée. Mais bon, continuer à pédaler, même à l’envers, ne constitue pas vraiment selon mon humble avis un véritable système de récupération d’énergie “passif”.

Chez Stromer, dans la catégorie des speed pedelecs (les VAE avec assistance jusqu’à 45 km/h classés dans la catégorie Cyclomoteurs), la récupération peut également servir de frein moteur en descente. La marque propose différents réglages et une fonction qui adapte la résistance du moteur pour maintenir une vitesse de descente choisie. Elle annonce jusqu’à 20 % d’autonomie supplémentaire grâce à la récupération. Dans ce cas, il faut prendre en compte le fait que ces vélos sont un peu plus lourds, et bénéficient donc d’une inertie plus importante, favorable à une meilleure régénération. Si l’on fait le parallèle avec la voiture c’est un vrai paradoxe : on a tendance à blâmer — souvent à raison — le poids souvent excessif de certains modèles, mais ce sont aussi ceux qui bénéficient de la meilleure régénération. Cela dit, pour être tout à fait précis, la régénération atténue le handicap du poids, mais ne le transforme pas en avantage énergétique.

Et si l’on réinventait la bonne vieille dynamo ?

Les cyclistes qui ont connu les éclairages alimentés par une dynamo se souviennent probablement de ce petit galet à roulette que l’on venait appliquer contre le flanc du pneu. La roue l’entraînait, ce qui produisait de l’électricité pour alimenter et donc éclairer les ampoules des phares. Avec, au passage, une résistance au roulement qui pouvait faire un peu transpirer (et oui le besoin d’énergie supplémentaire se transférait au cycliste, la physique est impitoyable).

Pourquoi ne pas reprendre cette idée pour recharger une batterie ? Techniquement, le principe est valable. Un générateur indépendant, entraîné directement par une roue, pourrait produire de l’électricité même sur un vélo dont le moteur d’assistance se trouve au pédalier. Une électronique adaptée se chargerait de convertir et de réguler cette énergie pour l’envoyer à la batterie. Il faudrait toutefois aller au-delà d’une dynamo d’éclairage simplement raccordée à la batterie. Récupérer une puissance significative demande un générateur dimensionné en conséquence, une électronique compatible et une batterie capable d’accepter la recharge dans ces conditions.

Un galet contre le pneu présenterait aussi des contraintes de bruit et, surtout, d’usure. Intégrer le générateur au centre de la roue éviterait ce contact avec le pneu, mais ajouterait toujours du matériel, du poids et du coût. L’idée est donc réalisable, au prix d’une complexité supplémentaire.

On pourrait même pousser la logique jusqu’à reproduire le comportement d’une voiture électrique au lever de pied. Un capteur détecterait l’arrêt du pédalage, puis l’électronique commanderait le générateur selon un niveau choisi au guidon : roue libre, récupération légère, moyenne ou forte. Les leviers de frein pourraient également demander davantage de récupération. Ce fonctionnement aurait parfaitement sa place sur un vélo, à condition de laisser le cycliste choisir. Car arrêter de pédaler peut correspondre à plusieurs intentions : ralentir avant un carrefour, maîtriser sa vitesse dans une descente, ou simplement profiter de son élan sur une portion plate.

Dans les deux premiers cas, récupérer de l’énergie présente un intérêt évident. Dans le troisième, le générateur ferait perdre plus rapidement de la vitesse, qu’il faudrait ensuite retrouver en pédalant ou en sollicitant l’assistance. D’où l’avantage de la roue libre, que je ne cesse de prôner quand il s’agit d’éco-conduite en électrique.

Combien d’énergie pourrait-on réellement récupérer ?

Pour mesurer l’intérêt du système, il faut aussi regarder les quantités d’énergie en jeu. Prenons un ensemble vélo et cycliste de 100 kg roulant à 25 km/h. Son énergie cinétique de translation représente environ 0,67 Wh. Un arrêt complet permettrait donc de récupérer, dans un calcul idéal sans pertes, l’équivalent d’environ 0,13 % d’une batterie de 500 Wh. Dans la réalité, seule une partie de cette énergie rejoindrait la batterie. Le générateur et l’électronique ont leurs pertes, tandis que les résistances de l’air et du roulement participent aussi au ralentissement sans produire d’électricité. Chaque arrêt représente donc un apport assez modeste, même si les contributions peuvent s’additionner.

Le relief offre davantage de potentiel. Pour le même ensemble de 100 kg, une descente de 500 mètres de dénivelé correspond à environ 136 Wh d’énergie potentielle gravitationnelle. Ce chiffre constitue là encore une réserve théorique : une partie sert à vaincre la résistance de l’air et le roulement, et le système ne récupère qu’une fraction du reste. On comprend néanmoins pourquoi une longue descente peut rendre la récupération beaucoup plus pertinente. Mais, encore un fois, c’est la physique qui nous rappelle que les miracles énergétiques n’existent pas : le résultat dépendra toujours du parcours, de la masse transportée, de la vitesse, du freinage demandé et du rendement de l’équipement.

Et au fait, pour les trottinettes électriques ?

Le moteur des trottinettes étant généralement intégré directement dans une roue, sans passer par une chaîne et un pédalier, leur architecture se prête plus facilement à la récupération d’énergie. Sur les modèles conçus pour cela, la roue entraîne le moteur pendant le ralentissement, et celui-ci renvoie de l’électricité vers la batterie. La Xiaomi Electric Scooter 5 propose ainsi une récupération au relâchement de l’accélérateur ou à l’actionnement du frein, avec trois niveaux d’intensité réglables dans l’application. On retrouve donc assez précisément le fonctionnement auquel les automobilistes électriques sont habitués. 

Les limites physiques restent cependant les mêmes que sur un vélo : à vitesse et masse comparables, la quantité d’énergie disponible lors d’un ralentissement est similaire. L’exemple de la trottinette montre surtout que la récupération peut être intégrée à un engin léger et relativement simple, dès lors que sa motorisation a été conçue pour cet usage.

Le développement de cette fonction relève finalement d’un compromis. Sur un vélo léger destiné à des trajets plats, un équipement supplémentaire peut apporter peu de bénéfices au regard de son poids et de son coût. En revanche, pour un cycliste qui affronte quotidiennement de longues descentes, une récupération bien intégrée et réglable pourrait avoir davantage de sens. Reste à proposer un système dont le gain à l’usage justifie l’équipement, tout en laissant au cycliste le choix de retrouver, quand il le souhaite, cette fonction très simple et toujours efficace : la roue libre.