Résumé :
Ni ingénieur ni cycliste professionnel, le Britannique Sean Ryan voulait simplement comprendre jusqu'où un vélo à assistance électrique pouvait aller lorsque le soleil était son seul réservoir de carburant. Les faits ont prouvé que ce vélo électrique à énergie solaire auto-construit peut parcourir plus de 1 000 kilomètres sur les routes françaises et traverser plusieurs cols alpins.
Ruian reconstruit les véhicules à partir de zéro. Il a installé des panneaux solaires sur un vélo cargo, les a associés à un moteur central et a conçu son propre système de gestion de batterie. Après des semaines de tests à Nottingham, en Angleterre, il a emmené le vélo à l'événement international de cyclisme solaire Sun Trip de cette année.
Journey to the Sun a été fondée en 2013 par l'explorateur français Florian Bailly. En 2010, Bailly a parcouru seul un vélo électrique à énergie solaire de la France au Japon. Cette expédition personnelle est depuis devenue une organisation dédiée à la promotion des énergies renouvelables, des transports durables et des technologies de génie civil, et à la réalisation de ses objectifs grâce à des expéditions à vélo longue distance.
Cet événement est différent des événements cyclistes professionnels traditionnels dans la mesure où les participants ne disposent pas de véhicules garantis et il n'y a pas de filet de sécurité logistique. Les usagers doivent planifier leurs propres itinéraires, camper, entretenir leur véhicule et gérer un budget énergétique limité. Ils peuvent choisir leur propre itinéraire entre les points de contrôle obligatoires ou suivre les zones désignées pour l'événement. Depuis sa création, des épreuves ont eu lieu dans toute l'Europe, en Asie centrale, en Chine et en Afrique du Nord, ainsi que des courses de courte distance limitées à la France ou aux Alpes.
L'étape alpine de cette année se déroule dans la région Auvergne-Rhône-Alpes en France. Les participants doivent gravir de nombreuses montagnes, dont le col du Galibier. Le col du Galibier culmine à 2 642 mètres d'altitude, tandis que le col de l'Iseran, à environ 2 770 mètres d'altitude, est le plus haut col routier pavé des Alpes. La course finale se termine à Albertville.
Le concours calcule les points en fonction de la distance parcourue et des points de contrôle franchis, mais il y a une règle partout : toute personne utilisant l'énergie du réseau sera disqualifiée de l'équipe solaire. Ruian a déclaré qu'après vous être connecté au secteur, vous pouvez toujours continuer à participer à l'ensemble de l'événement, mais vous n'êtes plus éligible pour concourir pour les points de groupe solaire.
Ruian a choisi le vélo cargo Omnium produit par Paradise Cycles comme modèle de base. Le support situé à l'avant du véhicule fournit une plate-forme de montage stable pour les panneaux solaires et, une fois les panneaux retirés, le vélo peut toujours être utilisé comme véhicule de transport quotidien.
Le système d'alimentation utilise un moteur central Tongsheng TSDZ2B de 250 watts fourni par Varstrom et est équipé de deux batteries de 36 volts, une d'EM3-EV et une d'Infinit. Le système solaire connecte les panneaux directement à un contrôleur de charge de suivi du point de puissance maximale Genasun GVB-8 boost, qui alimente ensuite la batterie. Cet appareil peut convertir la tension de sortie changeante du panneau solaire en une tension stable adaptée au chargement de la batterie. Le chemin énergétique de l’ensemble du système est « panneau solaire – contrôleur de charge – batterie », et seule une petite quantité de perte sera générée au cours du processus.
Ryan avait initialement prévu d'installer trois panneaux de 100 watts pour couvrir l'intégralité de la plate-forme de chargement avant. Même si cela aboutissait à une puissance plus élevée, les tests ont révélé que le véhicule deviendrait trop long, trop large et rigide dans la circulation et dans les espaces restreints. Il a donc finalement réduit la puissance du panneau solaire à 200 watts, décidant que cela était probablement proche du minimum nécessaire pour gérer de longues distances et des ascensions de montagne.
Cette décision est devenue la clé de toute la conception. Après avoir chargé tous les bagages tels que le matériel de camping et le matériel photographique, le poids total du vélo atteint 61 kilogrammes. Lors de tests au Royaume-Uni, Ryan a constaté que le véhicule consommait entre 10 et 12 wattheures par mile, ce qui équivaut à environ 6 à 7,5 wattheures par kilomètre. Bien que les panneaux solaires aient une puissance nominale de 200 watts, la puissance réelle n'est généralement que de 70 à 100 watts, selon la météo et l'angle du soleil.
Lors de la journée la plus difficile du Sun Tour, il a parcouru 130 kilomètres à travers un grand nombre de zones montagneuses. Le contrôleur de charge a enregistré 985 wattheures d'énergie solaire disponible dans le système électrique du véhicule ce jour-là, ce qui équivaut à environ 7,58 wattheures par kilomètre, ou environ 12,2 wattheures par mile, à une vitesse moyenne de 21 à 22 kilomètres par heure.
La plus grosse crise du voyage est survenue pendant la canicule. À cette époque, la température en France atteignait 41 degrés Celsius et des incendies de forêt éclataient près de Lyon. Les températures élevées ont causé des problèmes avec l'une des batteries modulaires Infinit de Ruian, le système de gestion de la batterie refusant d'accepter la charge solaire en raison d'une surchauffe.
Ryan a expliqué que le système de gestion de la batterie remplissait en réalité une fonction de protection, mais que cela signifiait que pendant une période de la journée, il était incapable de stocker toute l'énergie générée par les panneaux solaires. Avec le recul, il estime que le moyen le plus direct de l’améliorer est d’installer la batterie dans un endroit complètement ombragé et isolé des températures élevées.
Il soupçonne également que la structure des batteries d'Infinit pourrait aggraver le problème. Contrairement aux batteries traditionnelles où les cellules sont fixées de manière permanente par soudage par points, cette batterie reconstructible utilise des moyens mécaniques pour sécuriser les cellules. Ryan a déclaré que lors de la décharge et de la réception d'une charge solaire en même temps, la résistance de contact au niveau de la connexion de la cellule peut générer de la chaleur supplémentaire. Cependant, il a souligné qu'il est actuellement impossible de déterminer si c'est la source de l'échec, mais il peut seulement dire que cela a pu contribuer à la situation.
Les panneaux solaires ont généralement résisté à l'épreuve de la concurrence, mais les problèmes thermiques des batteries combinés au budget énergétique déjà serré ont finalement forcé Ruian à se connecter au secteur deux fois pendant le voyage, reconstituant un total d'environ 1 kilowattheure d'électricité, et a donc perdu la qualification pour concourir pour le panneau solaire.
Ryan a admis avoir réduit la puissance du panneau solaire de 300 watts à 200 watts afin d'améliorer la maniabilité du véhicule. Avec le recul, cette puissance était probablement juste à la limite de la gestion de la distance et du terrain de l'événement. L'efficacité du vélo lui-même est plutôt bonne, le panneau solaire de 200 watts fournissant presque toute l'énergie nécessaire dans une bonne journée, mais le système ne laisse pas beaucoup de marge en cas d'urgence.
Quant à savoir si le véhicule peut terminer la course à l'énergie solaire si la batterie fonctionne toujours normalement, Ryan ne peut pas donner de réponse définitive. Il pense que le résultat sera très serré : 200 watts suffisent certains jours, mais face aux itinéraires alpins aux changements climatiques fréquents et aux ascensions intenses, la réserve d'énergie est vraiment limitée.
Le moteur a également été mis à l'épreuve. Avant la course, Ryan craignait que le moteur central Tongsheng de 250 watts ne devienne un maillon faible dans les ascensions longue distance à haute température, et les faits ont partiellement confirmé ses inquiétudes. Face aux montées longues et raides des Alpes, cette plus petite version de 250 watts doit remorquer un vélo cargo transportant de lourdes marchandises, et la charge thermique semble effectivement excessive.
Lorsque le moteur surchauffe, l'approche de Ruian est simple : arrêtez-vous et attendez qu'il refroidisse. À plusieurs reprises, il a même versé de l’eau directement sur le carter du moteur. Il a découvert que maintenir le moteur en rotation à haute vitesse était plus efficace que de le faire tourner à basse vitesse sous une charge importante. Lorsqu'il montait une colline, il sélectionnait un rapport très bas et laissait le moteur pousser lentement le véhicule vers le haut de la colline à une vitesse plus élevée. Bien qu’elle ne soit pas rapide, cette méthode peut réduire considérablement la charge thermique.
C'est également un avantage du moteur central par rapport au moteur de moyeu : il peut utiliser le propre système de transmission du vélo pour maintenir le moteur dans une plage de vitesse plus efficace sur les pentes raides. Ryan a déclaré qu'étant donné qu'il ne s'agit que d'un moteur d'une puissance nominale de 250 watts, ses performances sont déjà assez bonnes.
Ryan ne pense pas que les vélos solaires conviennent à tout le monde. Pour quelqu'un qui ne parcourt que quelques kilomètres chaque jour pour se rendre au travail et en revenir et peut recharger ses batteries une fois rentré chez lui, installer un système solaire sur sa voiture n'a peut-être pas beaucoup de sens. Mais dans le monde du cyclotourisme, le concept montre un potentiel encore plus grand. Il estime que même si cette route comporte de nombreuses montagnes, si elle est utilisée pour un voyage longue distance relativement plat, les avantages de l'énergie solaire seront plus évidents.
Pour Ryan, la voiture d'étape Alpine n'est qu'un prototype. Il a déjà commencé à repenser le système pour un objectif plus ambitieux : participer au French to Chinese Sun Tour prévu pour 2028.
L'itinéraire temporaire actuellement annoncé s'étend sur environ 15 000 kilomètres et traversera les Balkans, la Turquie, le Caucase, l'Asie centrale et l'ouest de la Chine, contournant la Russie et traversant la mer Caspienne. Une quarantaine de coureurs sont attendus. Cependant, les parcours et les règles de course sont encore susceptibles de changer.
Pour effectuer un si long voyage, le véhicule doit disposer d'une plus grande zone de collecte d'énergie solaire. Mais Ryan a exclu de simplement élargir le vélo vertical existant et de le recouvrir de plus de panneaux. Il pense que l'aérodynamisme et le confort du pilote deviendront de plus en plus importants à mesure que les distances parcourues chaque jour augmentent.
Actuellement, il envisage de convertir le vélo cargo en une structure semi-allongée à empattement long qui permettrait au cycliste de s'asseoir devant la plate-forme cargo d'origine et sous un auvent solaire plus large. Cette conception devrait améliorer l'aérodynamisme, augmenter la surface des panneaux solaires et, plus important encore, rendre la position de conduite plus confortable pour les longues distances sur plusieurs jours.
Ce serait un changement significatif par rapport à la simplicité de la première voiture. Ryan a déclaré que ce qui l'avait le plus attiré dans la version Alpine était qu'il s'agissait toujours essentiellement d'un vélo cargo ordinaire, équipé uniquement d'un moteur central de 250 watts, d'un contrôleur de charge solaire et de panneaux solaires de 200 watts. Cela prouve que pour réaliser les fonctions de base d’un vélo solaire, il n’est pas nécessaire de construire un véhicule spécial avec une structure complexe et une apparence étrange.
Cependant, les modèles expédiés de France vers la Chine seront forcément plus spécialisés. L'expérience acquise par Ryan grâce à ce premier prototype simple servira également de base à la conception du prochain vélo solaire à longue portée.
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