Moyeux dynamos et convertisseurs : générez votre électricité en voyage !

Cet article vient en complément du dossier “Énergie nomade” paru dans CA#67.
Pour ceux qui l'ont déjà lu : les résultats de nos tests sont en fin d'article

Vous vous souvenez des bonnes vieilles dynamos bouteille dont le galet qui roulait contre le pneu faisait un bruit infernal pour un rendement limité ? Eh bien, rien à voir avec ce qu’il se fait désormais : les moyeux-dynamos sont parfaitement silencieux, efficaces, et ne servent pas uniquement à l’éclairage. Voyons d’abord leurs avantages et inconvénients.

Avantages et inconvénients

De fait, on parle plutôt d’un système à dynamo, composé d’un moyeu-dynamo et d’un convertisseur AC-DC : le moyeu délivre un courant alternatif, le convertisseur le transforme en courant continu. En bref, voici quelques avantages et inconvénients de ce système :

• Éclairage : pour quelques grammes supplémentaires, on peut ainsi alimenter un éclairage (avant et arrière) sur son vélo, qui fonctionnera en toutes circonstances. C’est un aspect de sécurité intéressant.
• Puissance de sortie : selon les cyclistes et le kilométrage envisagé, elle peut suffire... ou non ! Cela dépend de nombreux facteurs... On en reparle plus loin.
• Fonctionnement : dès qu’on roule, on produit de l’électricité. Dès qu’on s’arrête, on n’en produit plus, évidemment ! C’est à la fois son atout et son talon d’Achille, notamment si on le compare aux panneaux solaires.
• Exclusivité : si vous aimez pratiquer plusieurs activités en extérieur, cette solution se cantonne malheureusement au vélo. De plus, ce système est assez spécifique à une monture : une fois installé (roue, câblage et convertisseur) sur son vélo, on ne le change pas tous les quatre matins !
• Entretien : il peut être rendu plus compliqué, car un moyeu défaillant ne se change pas si facilement. On pourrait mentionner le fait que l’ensemble ajoute un peu de complexité au vélo : câblerie, prise à brancher/débrancher lorsqu’on installe/enlève la roue… Autant de petits détails qui peuvent tomber en panne, car constamment soumis aux contraintes extérieures (pluie, poussières, chaleur…).

Le protocole de test

Pour se donner une idée de la production réelle possible d’électricité pour un voyageur à vélo, nous avons entrepris un protocole simple : mesurer la production d'électricité en direct, en surveillant la vitesse. On cherche ici à avoir une idée approximative, mais plus précise que ce que fournissent les constructeurs, qui se limitent souvent à dire à partir de quelle vitesse leur système fonctionne correctement.

Le protocole lui-même était limité par différents facteurs :

• Nous avons mesuré les performances d’un couple moyeu-dynamo + convertisseur, tandis que, idéalement, il faudrait tester chacun individuellement.
• Avec un banc de test très sophistiqué, nous pourrions mesurer la friction de chaque moyeu-dynamo, avec et sans charge. En effet, un moyeu-dynamo induit quelques pertes, même lorsqu’il ne produit pas d’électricité. Ceci étant dit, les quelques watts perdus, que ce soit par friction ou par déperditions via le convertisseur, sont négligeables pour le voyageur lambda peu chagriné d’avoir roulé 0,8 km/h moins rapidement .

Pour résumer :

Le matériel testé

Pour ce test, nous nous sommes limités à 2 moyeux-dynamo et 2 convertisseurs. D’une part, tester de nombreux moyeux-dynamo est compliqué : il faudrait rayonner beaucoup de roues pour les essayer les uns après les autres. D’autre part, comme évoqué ci-dessus, le projet était surtout de mesurer les possibilités concrètes offertes par ces systèmes, dans le cas d’un voyage à vélo.

Les convertisseurs testés :

• Busch+Muller USB-Werk (86g, environ 90€)
• Sinewave Cycles Revolution (37g, environ 130€)

Ces 2 modèles affichent 5W maximum en sortie.

Les moyeux dynamo testés :

• Shimano DH-3N72 (560g, environ 90€)
• Shimano DH-3D37 (650g, environ 60€)

Ces 2 modèles affichent les mêmes caractéristiques de sortie : 6V/3W maximum.

Les résultats

Déjà, les deux convertisseurs fonctionnent assez différemment : l’un intègre une batterie tampon (Busch+Muller), l’autre non (Sinewave). Ceci induit deux comportements distincts :

• Busch+Muller : au-delà d’une certaine vitesse (environ 12-15 km/h), le convertisseur délivre une puissance de 2.5W. Le surplus est utilisé pour charger la batterie tampon : donc au début, on a beau accélérer mais on ne produit toujours que 2.5W ! Ce n’est que quand la batterie tampon devient assez chargée que le Busch+Muller délivre davantage que 2.5W. Grâce à ce système, lorsque la vitesse diminue (petite côte, voire même lors d’un arrêt), c’est la batterie tampon qui prend le relai, jusqu’à épuisement, pour fournir les 2.5W nécessaires. Pas d’à-coup, la sortie est ainsi régulière.
• Sinewave : avec lui, on est en direct ! Il sort la puissance produite par la dynamo en temps réel. Plus on roule vite, plus la puissance est élevée. Et dès qu’on ralentit, elle chute. Logique Il faut rouler au-delà de 20 km/h pour espérer atteindre une puissance de 4W en sortie.

Il n’est pas possible de trancher catégoriquement entre l’un ou l’autre tout dépend de l’utilisation souhaitée. Voici quelques pistes de réflexion :

• Facilité d’installation : RAS pour les deux modèles, ils s’installent très facilement l’un comme l’autre. Le Busch+Muller est davantage prévu pour s’installer directement sur un tube de cadre.
• Poids et compacité : petit avantage pour le Sinewave qui est un peu plus petit et léger. Il se glisse partout, même au fond d’une petite sacoche de cadre ou de potence.
• Étanchéité : les deux modèles sont étanches. Le Sinewave Revolution utilise de la résine époxy pour protéger son circuit interne, ce qui lui permet d’être utilisé même parfaitement immergé !
• Batterie tampon : là, c’est un choix à géométrie variable ! Si l’on souhaite brancher directement un téléphone ou un GPS à sa sortie, il me semble plus sûr d’avoir une batterie tampon intégrée dans le convertisseur, afin d’avoir une charge continue de l’appareil électronique. Mais si, comme recommandé dans l’article du CA#67, c’est pour charger une batterie amovible, mieux vaut utiliser la puissance directement (sinon ça revient à charger 2 batteries tampon successivement, ce qui génère obligatoirement un rendement moindre).
• Longévité : un modèle avec batterie tampon intégré peut s’avérer moins durable, car la batterie est la première pièce d’usure. Elle peut perdre en capacité, dysfonctionner, craindre la chaleur… Busch+Muller recommande d'ailleurs de charger la batterie tampon avant d'entreposer son vélo pour une longue période (en roulant "à vide", c'est-à-dire sans appareil branché, pendant une dizaine de minutes à 15km/h ou +)
• Puissance et efficacité : en raison de la batterie tampon, les rendements sont difficilement comparables d’un modèle à l’autre. Toutefois, on peut affirmer qu’ils sont sensiblement proches (en faisant le même trajet à la même vitesse, l’énergie récupérée est comparable).

Tout va donc dépendre surtout de la vitesse de progression. Pour atteindre les 5W promis, il faudra plutôt rouler autour de 25-30 km/h. Et globalement, dès qu’on chute sous les 15 km/h, ce ne sont pas plus de 2.5W qui sont récupérables. D’ailleurs, si l’un comme l’autre affirme qu’à 15-20km/h, la charge est aussi rapide qu’un chargeur mural… C’est un peu exagéré ! Depuis plus de 10 ans les chargeurs muraux sortent 5W… minimum !

Côté moyeu dynamo, il n'y a pas grand chose à dire. Les convertisseurs ont été intervertis pour s’assurer que leurs performances n’étaient pas liées au modèle de moyeu dynamo utilisé : comme espéré, ils ont fonctionné de la même manière après inversion.

À savoir : les différents modèles de moyeux-dynamo proposent des caractéristiques très similaires, tandis que leur prix peut varier du simple au sextuple (50€ à 300€ disons). Pourtant, à vitesse égale, ils délivrent sensiblement la même puissance. Alors pourquoi investir dans des systèmes plus chers me direz-vous ? Deux raisons principales :

• Le poids : plus on monte en gamme, plus le moyeu s’allège. Un moyeu SON passe sous la barre des 400g, tandis qu’un moyeu “simple” (sans dynamo) pèse environ 200g. C'est un surpoids très modéré donc !
• Une meilleure protection contre les éléments.
• La fiabilité : les moyeux SON sont réputés pour leur longévité, confirmée par les personnes qui m’ont accompagné dans ce dossier (cf. dernier paragraphe).

Et la résistance au frottement alors ? D'après mes lectures sur le sujet, le haut de gamme n'améliore pas de manière significative ce point-là. Ou disons que pour une utilisation en mode voyage à vélo, la différence sera anecdotique.

D’autres modèles ?

Je ne vais pas m’attarder dessus, mais il existe d’autres modèles de moyeux dynamo et de convertisseurs. Certains sont grand public, tandis que d’autres demeurent plutôt confidentiels.

• Moyeux dynamo : le choix est vaste ! Shimano en propose une large gamme. On a évoqué le haut de gamme chez SON. Entre deux, il y a les modèles de chez Shutter Precision (souvent abrégé SP). À noter qu’on trouve aussi un modèle de dynamo bouteille encore peu répandu, chez Velogical, qui ont la particularité d’utiliser la jante (et non le pneu comme avant !). C’est plus silencieux que sur le pneu, mais plus bruyant qu’un moyeu-dynamo (inaudible lui !)
• Convertisseurs : Sinewave produit 2 autres modèles, notamment le Beacon, qui fait à la fois office de convertisseur et d’éclairage, pour seulement 115g. Sa réputation n’est plus à faire ! On peut aussi évoquer le modèle de chez Cinq (Plug5), qui a bonne presse. Enfin, mentionnons le “Forumslader” : un modèle créé par l’intelligence collective sur un forum en ligne allemand, par des passionnés ! Cette solution est un peu DIY, mais semble donner de très bons résultats. Avis aux pratiquants de la langue de Goethe !

Pour tenter de conclure

Que c’est délicat ! J’ai l’impression qu’il est difficile de vous retranscrire comment fonctionne chaque système en fonction de la vitesse, la batterie tampon, l’utilisation souhaitée… Mais s’il y a bien une chose à retenir, c’est que la puissance demeure limitée pour qui souhaite voyager sans avoir le nez dans le guidon (à vitesse raisonnable donc ). Sachant qu’une batterie de téléphone a souvent une capacité comprise entre 10 et 15 Wh, il faudra – à vitesse de voyageur, disons 15km/h de moyenne ! – rouler pendant 5 à 8 heures, sans passer sous les 10 km/h. Sans compter le fait qu’il y a toujours des déperditions électriques au chargement… Avouons que selon le terrain, selon le chargement du vélo, selon la forme du cycliste, cela peut être plus ou moins facile !

Notons d’ailleurs que je n’évoque volontairement pas :

• Le cas où l’on garde son GPS et/ou son écran de téléphone allumé. Ceci est bien plus consommateur d’énergie, donc nécessite une bonne vitesse moyenne pour fournir l’énergie suffisante.
• Le cas où l’on souhaite s’en servir pour éclairer. Cela dépend encore de nombreux éléments… mais personnellement, comme j’ai toujours une frontale avec moi pour le bivouac, je n’installe pas de lumière sur mon vélo qui ferait doublon !

On peut donc dire que pour une utilisation économe (charger son téléphone tous les 3-4 jours), en voyage, le système de moyeu-dynamo est une bonne solution d’appoint. En revanche, dès que sa consommation augmente, il faudra veiller à bien dimensionner ses besoins énergétiques, et peut-être envisager d’autres solutions, comme le panneau solaire.

Remerciements

Je tiens à les remercier pour leur aide précieuse :

• Julien Alexandre, gérant de la boutique Cyclo-Randonnée, sur laquelle on trouve des roues montées avec moyeu dynamo et des convertisseurs : c’est grâce à lui que j’ai pu tester l’ensemble Sinewave Cycles Revolution + Shimano DH-3N72.
• Guillaume Ringot, fabricant de roues sur mesure de La Roue Dynamo. Il a gentiment accepté de me rayonner rapidement une roue de test pour essayer l’ensemble Busch+Muller USB-Werk + Shimano DH-3D37.
• Julien Fritsch, artisan-cadreur des somptueux vélos Jolie Rouge. Avec un biclou cadré par ses soins, on peut imaginer de très beaux montages avec le câblage dissimulé dans le cadre, et une belle intégration des périphériques.

N’hésitez donc pas à les contacter pour vos projets