Dernière modification le 01/06/2023
Difficulté
Moyen
Durée
1 jour(s)
Coût
150 EUR (€)
Description
Vélo qui permet de produire de l'électricité afin de recharger des appareils du quotidien, comme les smartphones et les tablettes. Le projet a vocation à évoluer pour intégrer du stockage d’énergie sur batterie. Le projet a été réalisé par les éco-délégués du Low-tech ISM (lycée Institution Saint-Malo la Providence) en partenariat avec le Low-tech Lab Brest, Explore, Elemen'terre Project et Milwaukee.
Introduction
L’usage du numérique est omniprésent dans notre quotidien. Loin d’être verte, la “révolution numérique” représenterait 12% de la consommation électrique en France (soit 56 TWh).
On distingue trois grandes catégories d’équipements :
- Les ordinateurs, smartphones, écrans ou autres objets connectés ;
- Les datacenters, qui hébergent les équipements fournissant les services numériques (site web, réseaux sociaux, etc.)
- les infrastructures du réseau comme les antennes (3G, 4G, etc.), fibres optiques ou autres composants techniques qui relient les datacenters aux usagers;
Les services proposés ne sont donc pas “dématérialisés” tels que nous avons l’habitude de le concevoir. De plus, ils sont en constante augmentation. L’enjeu est donc de sensibiliser les usagers sur la représentation physique de cet usage, afin de permettre une meilleure appropriation du sujet. Une sensibilisation aux fondamentaux physiques peuvent en effet favoriser les choix collectifs en accord avec les enjeux sociétaux actuels.
Le pédalier est un outil intéressant puisqu’il permet de représenter physiquement la notion de puissance produite instantanément (exprimée en W) et le concept d’énergie (exprimé en Wh). En outre, c’est une solution idéale pour recharger ses appareils et il peut facilement être déployé au sein de structures d’enseignement ou dans des lieux publics.
Il se base en grande partie sur des objets récupérés (vélo, roues rollers, chutes de bois, etc.) mais nécessite néanmoins certaines connaissances en électronique : fonctionnement d’un moteur électrique, transformation de l’énergie mécanique en énergie électrique, seuils de tension etc.
Le design du pédalier représenté ici est brute et s’inscrit dans le cadre d’un projet pédagogique réalisé par plusieurs groupes de lycéens. Il est librement inspiré du pédalier suivant : https://www.lowtechmagazine.com/2022/03/how-to-build-bike-generator.html
L’assemblage peut aisément s’adapter aux besoins d'un public différent.
Matériaux
1x Vélo avec une transmission en état
1x Support de roue type home trainer
1x Adaptateur d’axe moteur
1x Roue pour adapter le diamètre de l’arbre moteur
1x Moteur électrique
1x Ampèremètre analogique
1x Voltmètre analogique
1x Diode Schottky
1x Fusible
1x Abaisseur de tension (step down) 12-32V vers 5V
1x Répartiteur USB (optionnel)
1x Ampèremètre/voltmètre USB
5m de câble électrique, section 1mm² (rouge)
5m de câble électrique, section 1mm² (noir)
Bornes automatiques types Wago 2x 3x et 5x fils
Colson
Etain (pour soudure électriques)
Outils
Électricité
Fer à souder
Éponge pour nettoyer la panne du fer à souder
Pince multiple
Pince à dénuder
Pince coupante
Autres
Tournevis
Perceuse
Embouts visseuse (en kit)
Foret à bois (en kit)
Foret à métaux (en kit)
Clé à cliquet
Douilles (en kit)
Serre-joints
Scie à bois
Scie à métaux
Marteau
Clés Allen (en kit)
Clés plates (en kit)
EPI
Casque antibruit ou bouchons d’oreille
Lunettes de protection
Gants multi-usages
Chaussures de sécurité
Étape 1 - Principe de fonctionnement
Lorsque l’utilisateur pédale, la roue du vélo entraine l’arbre moteur dans un mouvement de rotation. Le moteur génère alors une tension proportionnelle à la vitesse de rotation du pédalier. Et lorsque les conducteur + et - du moteur sont reliés à un appareil électrique, ce dernier est alors alimenté.
A noter que plus le courant consommé par l'appareil est important, plus la résistance mécanique ressentie par l’utilisateur est importante.
La tension qui varie en fonction de la vitesse de rotation de la roue pose problème pour des appareils électriques type tablettes et smartphones, qui nécessitent une tension de 5V stable pour fonctionner. Ainsi un convertisseur de tension est intégré au système afin de stabiliser la tension à 5V.
La protection du système est réalisée par une diode Schottky en série, afin de protéger le circuit en cas d’inversion de la polarité. Cette diode permet également d’éviter que le montage électrique ne fasse tourner le moteur (et les pédales !), notamment en cas de branchement d’une batterie par exemple.
Enfin, des appareils de mesures sont installés pour monitorer la production électrique instantanée aux bornes du moteur : un voltmètre, ainsi qu'un ampèremètre entre la diode et l’abaisseur de tension (step-down). La relation P (W) = U (V) * I (A) permet d'en déduire la puissance instantanée.
Pour mesurer la charge effective de l’appareil branché sur le connecteur USB, un multimètre (qui intègre un voltmètre et un ampèremètre) est intégré en sortie de l’abaisseur de tension (step-down).
Étape 2 - Dimensionnement du vélo
La première étape consiste à déterminer le diamètre de la roue à fixer sur l'arbre moteur. Il est confortable de pédaler à 60 tour/min.
Pour ce faire il faut connaître les dimensions de plusieurs éléments du vélo :
- Diamètre du pédalier ;
-Diamètre de la roue de vélo ;
- Diamètre du pignon ;
- Diamètre de l'arbre moteur (en prenant en compte l'adaptation de ce dernier par une roue de roller ou de skate par exemple).
Il est également nécessaire de connaître les données constructeur du moteur, à savoir l'équivalent en tension (exprimé en V) en fonction de la vitesse de rotation du moteur (exprimé en tour/min). On rappelle ici que la tension produite par le moteur est proportionnelle à la vitesse de rotation.
Ensuite il faut appliquer l'équation suivante :
Diamètre arbre moteur = (Diamètre pédalier
Diamètre roue arbre moteur = (Diamètre pédalier * Diamètre roue * Vitesse rotation pédalier) / (Diamètre pignons * Vitesse rotation du moteur)
Voici un exemple avec un moteur P40-250 de AmpFlow :
Umoteur = 12V @ 1700 tour/min
Diamètre roue arbre moteur = (X
Diamètre roue arbre moteur =
Étape 3 - Intégration du moteur
/!\ Pour dévisser l'écrou qui est sur l'axe moteur, il faut procéder dans le sens des aiguilles d'une montre.
Étape 4 - Câblage de l'électronique
Étape 5 - Réalisation du dashboard
Draft
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