VAE, combien de km ? approximatif et honnête

LA question que se pose le futur acquéreur d'un vélo à pédalage assisté (vélo à assistance électrique, VAE en langage courant) est : combien de kilomètres pourrai-je faire ?

La capacité d'une batterie (= la taille du réservoir) s'exprime en Watts-heure (Wh) ou en Ampères-heure (Ah). Le "heure" ne doit pas induire en erreur, ça n'a rien à voir avec la vitesse. C'est l'expression de la quantité d'énergie que la batterie peut transporter. Elle s'obtient en faisant une multiplication. Ainsi, une batterie de 36 volts et 10 Ah contient 26x10= 360 Wh, quand elle est neuve et bien chargée. Ne parlez pas de la puissance d'une batterie, ça fait cruche, mais de sa capacité. Voici une analogie : ma voiture a un moteur de 75 Cv (puissance) et son réservoir contient 48 litres d'essence (capacité). Elle consomme 7 litres aux cents en moyenne. Mon vélo électrique a un moteur de 250 W (puissance) et sa batterie contient 540 Wh (capacité), je calcule sa consommation en nombre de Wh au km. Il consomme 5,5 Wh au kilomètre en moyenne.

De manière louchométrique et très rapide, on pourrait considérer que 100 Wh permettent de faire environ 20 km avec un VAE. Donc 60 km avec 300 Wh, et 120 km avec 600 Wh.

Résolument approximatif, je vais quand même tenter de faire un peu plus précis à partir de mon expérience et de quelques informations glanées ici et là. Je ne suis pas un technicien de la technique, alors ma méthode approximative ne prend en compte que les évidences premières : la taille du réservoir et mes relevés qui, quelques règles de trois aidant, me permettent d'évaluer approximativement la consommation à partir des barrettes du tableau de bord, des diodes sur la batterie et de ce que dit le compteur sur l'autonomie restante avec un de mes vélos, et avec le barographe de console, la durée de fonctionnement, un voltmètre avec un autre, et aussi les relevés de température, dénivelé, vitesse...

La taille du réservoir se calcule en Watts/heure (Wh), on l'a dit plus haut. Ainsi, un VAE équipé d'une batterie Bosh de 36 V et 11 Ah a un réservoir de (36x11=) 396 Wh, la pub en annonce 400. On ne va pas chipoter. Le même Bosh en 36 V mais 8 Ah propose (36x8=) 288 Ah, la pub annonce 300. Elle charrie un peu mais à peine.

Le site Cyclurba dit qu'un VAE consomme en général 4 à 7 Wh au kilomètre. 4 Wh au kilomètre me paraît très plausible au vu de mes relevés. Les autonomies de quelques machines pourraient donc être sur une base de 4, 7 et 10 Wh de consommation par km. Cyclable propose l'approximation suivante : 396 Wh donne une autonomie de 70 km en moyenne pour une utilisation normalement exigeante. 418 Wh offre 80Km, 540 Wh offre 95km, 612 Wh offre 110km d'autonomie. Une "utilisation normalement exigeante" a, pour eux, une base de consommation d'environ 5,5 Wh par km. Ce n'est pas absurde pour une utilisation sur route.

En plus du tableau ci-dessous avec des modèles surrannés mais c'est pareil pour des engins plus récents, ou pour s'en faire un soi-même, on peut aller voir les calculettes proposées par

modèles 2014 nb d'Ah de la batterie nb de Wh de la batterie

autonomie pour 4Wh au km

autonomie pour 7 Wh au km autonomie pour 10Wh au km
diverses marques équipées de Bosh 36V 8 288 72 km 41 km 29 km
diverses marques équipées de Bosh 36V 11 396 99 km 57 km 40 km
Kalkhoff Impulse 10 G 36V 17 612 153 km 87 km 61 km
Giant Twist Freedom 2 GTS 36V 9 324 81 km 46 km 32 km
Neomouv LFB 37V 5.5 203.5 51 km 29 km 20 km
Cybien 25.9V 16 414,4 104 km 59 km 41 km

C'est une première approche un peu grossière (les techniciens de la technique me diront que je néglige des tas de trucs, auxquels je n'entends rien, et les calculettes citées prennent en compte bien plus de paramètres), mais qui permet déjà d'avoir une idée. Au prix où sont les batteries, il n'est pas nécessaire d'avoir plus de 600 Wh de réserve pour faire 10 km par jour aller-retour de chez soi au bureau, pour 10 km même à 10Wh par km en moyenne une batterie de 100 Wh suffit. En revanche, en voyage avec des sacoches dans les collines et le vent, pouvoir faire au moins 60-70 km par jour implique un plus gros réservoir. Je suis surpris de lire qu'avec une batterie de 400 Wh on peut faire 150 ou 175 km, sauf dans des conditions tellement particulières qu'elles ne se rencontrent pas dans la réalité et en étant jeune, en bonne santé et bien entrainé, ce qui est peu probablement le cas de la majorité des utilisateurs de VAE. De même, les utilisateurs de VAE font assez peu de camping sauvage loin des prises de courant. Je recharge ma batterie de VAE en même temps que celle de mon téléphone, de mon appareil-photo, et de mon GPS. 

Le constructeur des moteurs Bosh parait honnête dans la documentation qu'il met à disposition du public. Pour chaque type de moteur et de batterie, il donne une indication de kilométrage pour quatre types de conditions. Pour les "conditions favorables", à 20 km/h, entre 10 et 20° de température, avec des pneus bien gonflés, une cadence de pédalage adaptée, un cycliste de 70 à 80 kg et en mode "sport" il promet 80 km, et 95 km en mode "tour" pour la batterie de 400 Wh et le moteur le plus performant limité à 25 km/h. Chaque assembleur (marque de VAE) ou revendeur choisit le mode et les conditions qu'il veut afficher. Des revendeurs sont plus sérieux ou plus prudents que d'autres. Ainsi, sur le site d'un distributeur disposant de 3 points de vente à Paris et un à Lyon, ils annoncent des « autonomies moyennes » sur la base d'une consommation au km comprise entre 5,8 et 6,2 Wh. Pour eux, 36V 8Ah donnent 50 km d'autonomie moyenne et 36V 10Ah 55 km. Du côté de Brest, on annonce sensiblement les mêmes valeurs. Il est vrai qu'à Brest, c'est côteux et venteux, mais c'est ça qu'est beau.

D'après mes constats personnels, avec un moteur pédalier et un Dual Drive faisant office de triple plateau et permettant l'usage de petits développements, le vélo consomme environ de 4 Wh à 5 Wh pour une batterie de 15 Ah en 36V, soit une autonomie de l'ordre de 108 à 135 km, dans des conditions favorables pour reprendre la terminologie ci-dessus. Ma petite arithmétique autorise ce genre de graphe avec l'un et l'autre de mes vélos actuels (attention, j'ai multiplié ou divisé certaines données pour rendre les courbes comparables entre elles) :

Consol kk

Les images peuvent être agrandies en cliquant dessus.

Auto ff

Le wh/km est l'évaluation du nombre de watts-heure consommés au kilomètre en moyenne, c'est une mesure usuelle pour les VAE (comme les litres aux cents pour les voitures). Le dénivelé par km est une unité de mesure personnelle, qui me permet de comparer des parcours. Le dénivelé positif (définition déniveléest le nombre de mètres d'élévation d'un parcours, ramené à un km pour avoir une moyenne. La vitesse et la température moyenne n'appellent pas de commentaires, sinon que la première est divisée par quatre et la deuxième par deux, pour rentrer dans le graphe.

Avec un moteur roue avant, un de mes vélos consommait environ 7 à 9 Wh, voire 10 Wh, avec une petite batterie de 26V 8 Ah, soit une autonomie approximative de 20 à 30 km, bien suffisante pour aller au boulot et faire des courses de proximité même en faisant beaucoup d'arrêts-démarrages imposés par un circuit exclusivement urbain.

Avec les moteurs à friction sur la roue arrière du Cybien, le plus léger, réactif et rapide des quatre, le vélo consommait entre 3,8 et 5 Wh, soit une autonomie de 83 à 110 km environ sur des parcours en continu avec peu d'arrêts, de ralentissements et de relances.

Avec un moteur Bafang 36 volts 500 Watts et une batterie de 630 Watts-heure, je constate consommer en moyenne 4,5 Wh par kilomètre (deuxième des graphes ci-dessus). Je roule lentement. L'autonomie théorique est donc de l'ordre de 140 km. En ajoutant une autre batterie plus petite en réserve dans un fond de sacoche, de 313 Wh, l'autonomie théorique dépasse les 200 km.

Je voyage aux temps chauds, relativement chauds. Quant il fait frais, sous les 7 ou 8°, et plus encore par froidure autour du point de solidification de l'eau et en-dessous, la consommation d'électricité augmente nettement à vitesse égale, une partie de l'énergie étant avalée pour le réchauffement de la batterie, et le rendement est moins bon. On ne sera donc pas surpris de manger 25% de courant supplémentaires, ce qui limite d'autant l'autonomie. Pour limiter la perte, on rechargera dans la plage de températures indiquée par le constructeur, et on emportera la batterie au tiède le temps d'un arrêt long en extérieur.

La réponse honnête.

J'ai tenté ci-dessus de donner des éléments de réponse, mais la réponse la plus honnête est que la consommation est très variable, dans des proportions considérables. Ainsi, un cycliste au long cours n'hésite pas à écrire que son autonomie avec la même batterie et le même moteur varie de 20 à 200 km. Il a complètement vidé sa batterie en grimpant le Tourmalet rapidement. Il a également pu rouler tranquillement sur le plat pendant 200 bornes avec la même batterie. Seuls les tests propres à chacun, à condition de rouler ensuite des conditions proches des tests (vitesse, charge, pente, température, etc.), peuvent permettre d'évaluer l'autonomie possible d'une batterie sur un VAE, pendant un certain temps.

Des solutions pratiques pour aller jusqu'à l'arrivée prévue 

Il existe trois solutions au moins, et toutes celles auxquelles je n'ai pas pensé :

  • avoir le chargeur dans une sacoche, et ravitailler la batterie dans un bar tout en prenant le temps de déguster une bonne bière en rédigeant les cartes postales pour les copains; encore faut-il trouver le bar adéquat au bon endroit du parcours, 
  • trimbaler une deuxième batterie dans la sacoche ou la remorque est sécurisant ; encore faut-il embarquer du poids supplémentaire, ce qui impose de consommer davantage d'énergie pour faire la même chose, mais peut doubler l'autonomie,
  • appeler un taxi ; encore faut-il disposer d'un réseau, d'un taxi disponible le 15 août dans une contrée peu fréquentée qui puisse embarquer le vélo (et qu'il trouve le cycliste lui-même en capacité de se situer précisément); "à l'heure des technologies nouvelles", on ne peut pas tout résoudre avec. 

Ces solutions pratiques, surtout les deux premières, dépannent la plupart du temps. La première peut être difficile à mettre en pratique au milieu du Kalahari ou même du Larzac... On déconseillera donc, en l'état actuel de la technique, de s'aventurer dans des contrées insuffisamment branchées avec un VAE. Que font les scientifiques ? À quand un VAE avec pile à hydrogène permettant 500 km d'autonomie ?

Bon, alors, l'autonomie ? 

Au bout du bout, quel que soit le niveau du savoir, il est plus que probable que la réponse concernant l'autonomie sera "ça dépend". Dans un autre domaine, tout l'arsenal des mesures physiques en haute-fidélité ne peut remplacer les oreilles de l'auditeur pour juger de la qualité du résultat. Pour ce qui est du VAE, quand même plus objectivable, les paramètres sont néanmoins plutôt nombreux et variables : poids, pentes, vent, vitesse, force du pédaleur...

Les vélos électriques proposent des écrans de contrôle de plus en plus sophistiqués, un peu comme les voitures à pétrole, en indiquant au pédaleur la consommation en cours, la réserve restante, voire le nombre de kilomètres encore possibles avec cette réserve, et bientôt, si ce n'est déjà fait, une estimation de l'autonomie restante en fonction de l'objectif grâce à une analyse via un GPS intégré. Merci l'électronique.

Le tableau individuel et les tests successifs demeurent quand même utiles, même si on peut vivre sans.

J'ai demandé à plus savant que moi en énigmatique physique pour tenter d'avancer un peu en compréhension. C'est l'objet de la partie technique sur le même sujet. autonomie VAE technique

Des limites à connaitre, car une batterie au lithium vieillit plutôt vite.

En règle générale, une batterie lithium neuve a une capacité (une quantité d'énergie transportée) plus importante qu'une vieille batterie. Le plus souvent, que l'on s'en serve ou non, une batterie perd environ de 5 à 10% de sa capacité par an, plus si on l'entretient mal (décharges profondes, exposition à des températures trop élevées ou trop basses, etc.). Quand elle descend à 80% de sa capacité d'origine, cette capacité chute encore plus rapidement. Toutes choses égales par ailleurs (poids total roulant, pentes, vent, température...), une batterie qui permet de faire 100 km quand elle est neuve en fera environ de 70 à 85 au bout de 4 ans, et probablement guère plus de 50 ou 60 après cinq ans. Le nombre de cycles (1 cycle = 100% de recharge, ce qui peut se faire en plusieurs charges) influe bien moins que le temps qui passe. Il semble bien difficile au non spécialiste de discerner la qualité des batteries et leur durabilité. Si toutes connaissent une diminution progressive de leur capacité, certaines diminueraient moins que d'autres.

Les batteries lithium n'apprécient pas d'être utilisées au-delà de 80% de leur capacité. Une batterie qui autorise 100 km d'autonomie théorique sera prudemment limitée à des tournées de 80 km réels, en sachant bien que 80 km de plat ne sont pas équivalents à des montées sévères et répétées ou un VAE consomme beaucoup.

Il est donc préférable de surdimensionner sa batterie par rapport au kilométrages que l'on envisage de faire, en ayant à l'esprit que la batterie est le morceau le plus coûteux du VAE. Rien n'est gratuit. Tout ce qui sert s'use, et même ce qui ne sert pas. Le coût du VAE reste très largement inférieur à celui d'une voiture ou d'un scooter et apporte bonheur, santé et prospérité. C'est ça, comme le sirop Typhon chanté par Richard Anthony en 1969 (année érotique) dont le refrain dit tout le bien qu'il faut en attendre "Buvons buvons buvons le sirop typhon typhon typhon / L'universelle panacée / À la cuillère ou bien dans un verre / Rien ne pourra nous résister". Le VAE, c'est pareil.

Des solutions encore un peu utopiques pour le commun des mortels

Pile à hydrogène et panneau solaire, voir là : De l'électricité sans batterie ?

Des progrès espérés du côté des batteries

Il est aussi possible (probable?) que les progrès sont à attendre des batteries elles-mêmes. Associées aux progrès de l'électronique, elles ont été les principaux vecteurs d'amélioration des VAE ces dernières années. L'énergie embarquée coûte néanmoins plutôt cher. Il est à prévoir que les innovations ne seront pas données. L'idée que se font les constructeurs de l'autonomie souhaitée par les clients est également un facteur majeur. Si beaucoup de VAE proposés par les fabricants plafonnent encore aux alentours de 400 Wh, les batterie de 500 Wh et plus deviennent de plus en plus courantes : Impulse 610 Wh (Kalkhoff), Samsung 540 Wh, Panasonic 560 Wh, et aussi Yamaha à 500 Wh ainsi que Bosh, ce dernier proposant maintenant un branchement en Y autorisant d'emporter et d'utiliser deux batteries de 500 Wh chacune, soit 1000 Wh embarqués, avec les kilogrammes correspondants.

Des artisans peuvent assembler des batteries avec des capacités supérieures, 21Ah en 36V soit 750Wh est devenu courant. Elles ne sont pas plus chères que celles de "grandes" marques à capacité équivalente. Une batterie PVC ou "soft" (sans coque, à porter dans un sac à dos ou une sacoche) de 17,5 Ah (630 Wh) coûte environ 600€ et pèse 2.6 kg. Une batterie avec coque et serrure antivol coûte à peu près le même prix pour la même capacité, mais pèse 3.4 kg. Comme beaucoup de choses, cette histoire de poids est à relativiser. La coque pèse, mais la sacoche et la protection pour protéger la batterie "toute nue" pèsent aussi. Les constructeurs de VAE vendent souvent des solutions intégrées (comme Apple en téléphonie ou informatique) avec lesquelles il n'est possible d'utiliser le moteur qu'avec la batterie de la même marque conçue pour un modèle particulier de système moteur-batterie.

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Quant à l'impact écologique des batteries, j'éprouve quelques difficultés à trancher. Voici des opinions à propos des voitures électriques, dont les batteries sont énormes par rapport à celles de nos modestes VAE :

Un des gros progrès attendu, par moi, porte sur la durée de vie des batteries, car la perte de capacité au fil du temps représente un coût important si on souhaite maintenir l'autonomie.

Et pour avoir une autonomie monstrueuse, on peut trouver des VAE monstrueux, que je trouve ressembler à des hybrides entre VTT à assistance électrique et moto. Un ebike de chez Delfast (Ukraine) pourait avoir jusqu'à 500 km d'autonomie en étant bridé à 25 km/h, pour autant que ça marche vraiment comme ils le prétendent. 

DelfastLe modèle présenté ici, le Prime Model, a un moteur roue arrière de 1000W, une batterie de 64Ah en 48V (3000Wh), atteint 55 km/h en mode débridé, pèse 43 kg (très grosse batterie donc très gros poids) et vaut 3700€ environ. Delfast ebike Sont-ce des vélos, même s'ils ont des pédales ? "(...) Je suis Oiseau : voyez mes ailes ; Vive la gent qui fend les airs ! (...) Qui fait l'oiseau ? C'est le plumage. Je suis Souris : vivent les Rats ; (...)" in la fable : La chauve-souris et les deux belettes de Jean de la Fontaine.

Ce bidule n'a peut-être aucun autre intérêt que de faire voir une grosse batterie. Si on veut une autonomie monstrueuse (mais pour quoi faire?), il est possible de s'en faire fabriquer une imposante par un artisan spécialisé sans se balader pour autant sur une espèce de moto de cross, ou d'en acheter plusieurs que l'on mettra dans les sacoches.