Conception d'un système mécanique permettant larécupération de l'énergie cinétique d'un vélo lors du freinage et sa restitution pour assister le cycliste lors du redémarrage

Abstract

La récente conscientisation collective des impacts négatifs des gaz à effets de serre sur la santé humaine et l’environnement a sensibilisé les gouvernements et les citoyens à la mobilité douce. La forte augmentation des ventes de vélo à assistance électrique (VAE), des vélos en libre service en ville et des trottinettes électriques en est le reflet. Le but du présent travail est de favoriser l’utilisation du vélo en créant un système d’assistance de courte durée pendant les phases les plus énergivores du pédalage. Le système est purement mécanique et se base sur le principe de récupération d’énergie cinétique lors du freinage. En d’autres termes, il récupère l’énergie cinétique qui, sur un vélo conventionnel, est perdue sous forme de chaleur dans les freins. Le travail se base sur une approche prescriptive qui consiste à subdiviser le design conceptuel en différentes étapes pour structurer le processus de création. En comparant les méthodes de stockage d’énergie sous forme cinétique, élastique, pneumatique et potentielle en fonction de la capacité de stockage d’énergie, du rendement total, du poids, de la sécurité, de la facilité de mise en place et d’utilisation, un système de récupération d’énergie cinétique (SREC) à base d’un ressort en spirale est retenu. Un prédimensionnement du ressort est effectué et un dessin schématique illustre le système imaginé. La création d’une maquette permet de valider le fonctionnement d’un SREC basé sur un moyen de stockage par ressort linéaire. Les observations lors des étapes d’enclenchement, de stockage et de restitution mettent en lumière certains points faibles à prendre en compte lors d’un éventuel prototypage. Les mesures sur la maquette déterminent des courbes de puissances et un rendement approximatif du système de 51%. Celui-ci est nettement inférieur au rendement théorique calculé de 68%. Finalement, des solutions sont proposées pour rendre le SREC à base du ressort en spirale le plus performant possible, notamment en réduisant le poids et en augmentant l’énergie stockée grâce à l’utilisation de matériaux composites.