CADENCE de pédalage

Cadence de pédalage et économie de la batterie 

La cadence de pédalage, c’est le nombre de tours complets de pédalier que vous faites en 1 mn : par exemple une cadence de 100 tours/minute veux dire que vous faites 100 tours de pédalier en 1 mn, c’est une cadence élevée !

Les moteurs sont faits pour délivrer la meilleure assistance entre 75 et 85 tr/mn et donc à cette cadence-là, la batterie sera sollicitée juste ce qu’il faut pour bien vous assister.

Il faut comprendre comment utiliser le bon braquet pour avoir la bonne cadence.

Une étude intéressante (du 14/08/2018) décrit l'influence de la cadence de pédalage sur l'autonomie de la batterie (et sur la santé).

Quelques extraits (traduction) :

A la cadence basse de 50 tr/min et avec une assistance moyenne (puissance : 150 W), les déperditions thermiques sont trois fois plus importantes qu'à 85 tr/min. A cette cadence de 50 tr/mn, le rendement du moteur est de 24,5 % de moins qu'à 85 tr/min !

En pratique, ce sont sur des tronçons plats, de légères pentes ou sur des parcours avec vent de face que vous pilotez ainsi. Ces tronçons vous incitent à conduire "paresseusement", à pédaler plus lentement. Par exemple, si le pédalier du vélo électrique est assez souvent en mouvement avec une efficacité sous-optimale, on peut s'étonner d'une autonomie qui est 30 % inférieure à celle spécifiée…

Un calcul avec 250 W (la puissance moyenne pour un moteur Pedelec = 25 km/h) aboutit toujours à une différence d'efficacité de 82 % à 93 %. En pratique : sur les tronçons où le mode haut ou turbo est utilisé, si la cadence est trop basse, dix pour cent de la puissance est gaspillée en production de chaleur.

Aussi bien sur les lignes droites que sur les pentes, dans les vents contraires, sur les montées plus longues (où la batterie est particulièrement sollicitée) j'obtiens en fait une autonomie un peu meilleure en fin de sortie avec une cadence plus élevée en raison de la meilleure utilisation de la puissance par le moteur.

Une dernière remarque sur la technologie du moteur : une limite supérieure s'applique non seulement à la vitesse (max. 25 km/h), mais aussi à la cadence à partir de laquelle le moteur ne fournit plus de puissance : le moteur Yamaha PW prend en charge une cadence allant jusqu'à 100 tr/min, le moteur PW-X (et le Bosch Gen4) jusqu'à 120 tr/min. Les moteurs des S-Pedelecs (=45 km/h) offrent une assistance supplémentaire.

En plus de la technologie du moteur et de l'autonomie de la batterie, n'oubliez pas : La contrainte matérielle sur les chaînes, pignons, engrenages, etc. est également plus élevée à cadence basse.

Outre la technologie, une cadence légèrement plus élevée présente d'autres avantages :

Meilleure circulation sanguine et plus de protection pour les articulations du genou.

A cadence élevée, les phases de tension sont plus courtes, de sorte que le flux sanguin dans un muscle n'est que brièvement perturbé. Lors d'une contraction, les vaisseaux sanguins sont comprimés et la circulation du sang est entravée. Mais cela est important pour le transport de l'oxygène et des nutriments. Les intermédiaires métaboliques tels que le lactate sont mieux éliminés grâce à une bonne circulation sanguine.

Une cadence plus élevée est meilleure pour les articulations (les pics sont plus courts et souvent plus bas). Une cadence > 75 tours par minute est recommandée par la médecine du sport. Incidemment, en tant que patient en rééducation, vous serez entraîné à 75 tr/min (c'est la limite inférieure afin de maintenir les charges au genou aussi basses que possible).

La cadence optimale des vélos électriques

pour les loisirs, les randonnées, la montagne et les sentiers

Il y a vraiment, comme déjà décrit dans l'introduction, une cadence optimale : La cadence à laquelle vous devez utiliser le moins de force pour la même performance.

Exprimée en chiffres et vue du moteur, elle semble osciller entre 70 et 90 tours par minute. D'un point de vue humain, et à partir de 75 tr/min, je retiens la recommandation des médecins de réadaptation pour un entraînement le plus doux possible pour les articulations.

L'ensemble du système humain/moteur pourrait donc fonctionner le plus efficacement autour de 75 tr/min.

Que ce soit sur une route droite, par vent de face, sur des pentes... selon ce qui précède, cela s'applique non seulement aux très sportifs sur le terrain, mais aussi à tous les cyclistes de vélo électrique, des débutants aux cyclistes récréatifs et de randonnée, les navetteurs et de nombreux autres cyclistes E-MTB de tous les engagements.

Pour maintenir la cadence idéale, il faut changer de braquet (il faut jouer sur l'ensemble des pignons de la cassette pour toujours être proche de cette cadence idéale !). Cependant, le choix de l'équipement le plus approprié est une autre histoire avec les nombreuses options qui sont désormais disponibles. Tout comme la réaction et le caractère de la puissance délivrée par les moteurs. 

Le lien sur l'étude de la cadence de pédalage et le couple.

Nota : Pour confirmer cet échauffement quand la vitesse de pédalage est trop faible, c'est aussi vrai pour le moteur ; voici ce que Bosch dit dans la notice du moteur : Dans certaines circonstances extrêmes, notamment en cas de roulage prolongé à faible vitesse avec charge élevée (dans des côtes en montagne notamment), certaines parties de l’entraînement risquent de s’échauffer jusqu’à des températures > 60 °C.

Rapport entre puissance de pédalage et consommation

C'est la force de pédalage qui influe sur les performances (rouler "paresseusement" coûte de l'énergie à la batterie).

La particularité du VAE est que la puissance du moteur n'est pas contrôlée par une pédale d'accélérateur (ou une poignée de gaz) comme dans une voiture (ou une moto), mais par la puissance de pédalage du pilote.

Les capteurs mesurent la cadence et la puissance de pédalage (capteurs internes au moteur). Selon le niveau d'assistance sélectionné, la puissance que le moteur doit apporter est calculée à partir de ces informations.

Alors que les voitures consomment le moins à basse vitesse (mais avec un régime moteur optimal), vous pouvez augmenter l'autonomie d'un VAE à des vitesses plus élevées, généralement à une fréquence de pédalage de 75 à 90 tours/mn.

Dans le cas d'une cadence de pédalage faible, le moteur doit travailler plus fort que le pilote (cela coûte de l'énergie à la batterie). En revanche, si la cadence est trop élevée, le moteur n'est utilisé que très faiblement et vous commencez à transpirer (cela coûte de l'énergie au pilote). Les moteurs actuels sont plus efficaces à des cadences de 70 à 110 tr/min (voir ci-dessous pour le moteur Gen4 Line CX).

En résumé, en dessous de 70 tr/mn, vous consommez de la batterie et le moteur souffre, au-delà de 110 tr/mn, le moteur ne fournit plus beaucoup d'assistance (la consommation de batterie est réduite) et vous consommez vos propres calories !

Pour aller plus loin

Voir la page MOTEUR ET MANIVELLE 

Exemple d'informations en fonction de la cadence et de la puissance de pédalage (ci-dessous) :

On remarque que le moteur Line CX de Génération 2 délivre le couple et la puissance maxi à 80 tr/mn en mode Turbo (données Bosch)

Les questions/réponses Bosch (faq Bosch)

Que signifie la cadence de pédalage dans le contexte des motorisations ?

La cadence de pédalage se mesure en tours par minute (tr/min) et indique à quelle vitesse vous tournez les manivelles de votre VAE en pédalant, c'est-à-dire la vitesse à laquelle vous pédalez. Les cadences de pédalage typiques se situent entre 60 (cadence détendue) et 90 (cadence sportive) tr/min.

Qu'indique le couple dans le contexte des motorisations ?

Le couple est mesuré et indiqué en newton-mètre (Nm). Il décrit la puissance avec laquelle vous pédalez (puissance de pédalage), ou encore la force que produit votre moteur. Il est responsable de la vitesse à laquelle vous pouvez accélérer. Le couple maximal est généralement sollicité lorsque vous accélérez ou que vous montez des côtes raides et il n'est pas disponible en permanence. Un couple plus élevé entraîne une accélération plus puissante ou permet de transporter ou de déplacer des charges plus importantes. 

Pour obtenir le couple maximal du moteur, une puissance de pédalage ou un couple correspondants est également nécessaire de votre part. Cela dépend du mode de pédalage et de son facteur d'assistance.

Quelle est la relation entre la cadence de pédalage et le couple ?

Pour les utilisatrices et les utilisateurs de VAE, la règle générale est la suivante : à de faibles cadences de pédalage, vous générez des couples élevés, c'est-à-dire une puissance de pédalage importante. C'est pourquoi votre puissance de pédalage est généralement la plus élevée lorsque vous démarrez et que vous accélérez votre VAE. Plus votre cadence de pédalage augmente, plus il est difficile de fournir simultanément une puissance de pédalage importante. Ainsi, plus vous pédalez vite, plus le couple diminue, et vice-versa.

Quel est le rapport entre le couple et la cadence de pédalage d'une part et la puissance d'autre part ?

Le couple est, avec la cadence de pédalage, un élément de la puissance. Si vous comparez deux motorisations avec la même puissance maximale et un couple maximal différent, cela signifie que vous obtiendrez la puissance maximale avec le moteur présentant le couple le plus élevé à une cadence de pédalage plus faible. Inversement, cela signifie que vous devez pédaler plus vite pour atteindre la puissance maximale du moteur au couple plus faible.

Que signifie la puissance maximale dans le contexte des motorisations ?

La puissance mécanique maximale (également appelée puissance maximale) décrit la puissance que le moteur peut fournir au maximum et pendant une courte période dans des conditions optimales (une batterie suffisamment chargée par ex.), notamment dans les montées.
La durée dépend de certains facteurs, comme le refroidissement des composants du VAE, le niveau de charge de la batterie, ainsi que la température extérieure. Lorsque l'on fait appel à la puissance maximale, les composants du VAE continuent de s'échauffer, il n'est donc pas possible d'utiliser la puissance maximale durablement afin de protéger les composants.

Nota : la puissance maxi pour un moteur Bosch peut aller jusqu'à 6-700W (voir les courbes dans les graphiques ci-dessus). A ne pas confondre avec la vitesse moyenne de 250W qui est la valeur réglementaire retenue en Europe. Voir la différence en puissance moyenne et puissance crête sur cette page Glisse Alpine.

Quelle est la relation entre la puissance et la vitesse ?

Plus vous roulez vite, plus les résistances à l'avancement augmentent (de manière disproportionnée). Cela signifie qu'à une vitesse plus élevée, il faut plus de puissance pour maintenir cette vitesse. Si vous roulez à 15 km/h à une cadence de pédalage de 70 tr/min, vous avez donc besoin de moins de puissance de pédalage que si vous rouliez à 25 km/h à une cadence de 70 tr/min.

Que signifie l'indication de la puissance en fonction du poids pour les motorisations ?

La puissance en fonction du poids désigne le rapport entre la puissance maximale et le poids de la motorisation. Elle indique la puissance maximale fournie par kilogramme et sert de valeur comparative entre différentes motorisations. Une puissance en fonction du poids plus élevée peut se traduire par une vitesse plus élevée, car le poids joue un rôle dans ce domaine. Le poids est un élément déterminant de la résistance à l'avancement, ce qui permet d'atteindre une vitesse finale plus élevée avec la même puissance et un poids plus faible. Les utilisateurs et utilisatrices de VAE le remarquent principalement dans les montées raides et en montagne, car le poids joue un rôle de plus en plus important dans la résistance à l'avancement au fur et à mesure que la pente augmente. Mais il faut toujours tenir compte du poids total (VAE et utilisateur) pour cela.

Qu'indique le facteur d'assistance ?

Le facteur d'assistance indique le pourcentage de votre propre puissance que la motorisation vous donne en plus.
En mode Turbo, cela représente jusqu'à 340 %, ce qui signifie que si vous pédalez avec 100 watts, la motorisation vous fournit 340 watts supplémentaires pendant une courte période. En mode Eco, vous bénéficiez de 60 % d'assistance, ce qui signifie que si vous pédalez à nouveau avec 100 watts, vous obtenez 60 watts supplémentaires du moteur. 

Note : pour le moteur Race et son mode d'assistance Race, c'est 400%.