8/19/2020

Trottinettes électriques: Autonomie versus poids

Les progrès technologiques des batteries ont conduit à un marché rempli de trottinettes électriques de haute qualité pour tous types d’usage, de la balade dans le quartier aux courses de compétition. C’est une période passionnante pour acheter une trottinette, mais aussi une période déroutante, compte tenu de l'étendue des marques et modèles disponibles. Même parmi les trottinettes conçues principalement pour les déplacements réguliers, les spécifications peuvent varier considérablement et il est difficile de savoir exactement ce que signifient les chiffres, en particulier en ce qui concerne les distances que vous pourrez parcourir.

Les acheteurs potentiels ont seulement besoin de prêter attention aux spécifications liées à un usage quotidien, telles que la vitesse maximale, le poids, le temps de charge et l'autonomie. Ce dernier chiffre représente une estimation de la durée pendant laquelle la trottinette peut voyager avec une seule charge. L'Unagi Model One, par exemple, affiche une autonomie de 25 km pour son E250, à un seul moteur, et son E500, à deux moteurs. Certaines trottinettes présenteront une autonomie légèrement inférieure, d'autres une plus élevée. Il est cependant important de comprendre que ce n’est qu’une estimation, qui ne reflète pas nécessairement les conditions réelles.

Atteindre une autonomie optimale dépend d'un certain nombre de variables. Notamment le poids de la trottinette, le poids de l’utilisateur, le terrain, la vitesse moyenne, la taille de la batterie, la taille et l'efficacité du moteur. Les fabricants de trottinettes électriques calculent l'autonomie en utilisant des hypothèses de base qui peuvent ne pas s'appliquer à tous les utilisateurs, incluant un poids d'environ 75 kg, une vitesse de croisière d'environ 19 kilomètres par heure, peu ou pas de vent et un terrain sec et plat .

Étant donné que les conditions varient si largement, les autonomies annoncées ne peuvent servir que d’indication. Ci-dessous, nous examinerons certains aspects de la physique et de l'ingénierie des trottinettes électriques pour vous aider à mieux comprendre les capacités d'autonomie et à tirer le meilleur parti de votre trottinette électrique.


Autonomie et poids: les forces de déplacement de la trottinette

Lorsque nous nous déplaçons sur n'importe quel véhicule à roues, nous combattons des forces physiques qui veulent nous ralentir. Sur une trottinette électrique, la batterie, le moteur et les roues combattent ces forces pour nous, entraînant le poids combiné de l’utilisateur et de la trottinette avec le couple produit par le moteur. Le poids est un facteur important pour déterminer la distance qui peut être parcourue par une trottinette avant la décharge de la batterie, car le véhicule pousse dans deux directions contre la traînée, la résistance au roulement et la gravité.



La force de traînée

Même par un temps sans nuages, la traînée, ou la résistance au vent, imposeront plus d’effort au moteur d'une trottinette électrique et videront sa batterie plus rapidement. Un certain nombre de facteurs différents déterminent la traînée. La compagnie de micromobilité Spring fournit une explication pertinente de la formule ci-après:

Cx est le coefficient de traînée (qui détermine à quel point vous êtes aérodynamique). Malheureusement, votre corps n'est pas conçu pour fendre l'air. Alors qu'une Tesla a un coefficient de traînée de 0,24, un humain a un coefficient de traînée de ~ 1.

S est la surface de référence (plus vous êtes imposant, plus vous ressentez de traînée). Si vous mesurez 1,80 mètre, vous avez plus de surface face au vent que quelqu'un de plus petit. Accroupissez-vous et vous accélérerez.


v est la vitesse. Le facteur de vitesse est au carré. Cela signifie que si vous allez deux fois plus vite, votre traînée sera quatre fois plus forte. Pour tirer la meilleure autonomie de votre trottinette, vous attaquerez la piste cyclable à une vitesse de 5 à 6 kilomètres par heure.


ρ est la densité de l'air. C’est un facteur constant partout sur la planète. Si vous parveniez à conduire une trottinette au fond de l'océan, il y aurait beaucoup de traînée. En revanche, vous ne ressentiriez aucune traînée sur la surface de la lune.


L'augmentation de la traînée due à une combinaison de ces variables entraîne une diminution de l’autonomie de la batterie, car elle nécessite plus de puissance de la part de la trottinette pour compenser. Bien que nous ne puissions pas modifier certains de ces facteurs, des vitesses moyennes plus basses entraîneront une diminution de la traînée et une autonomie plus longue.


Résistance au roulement

Lorsque vous êtes sur une trottinette, les roues se compressent légèrement, ce qui augmente la quantité de couple nécessaire pour les faire bouger. C’est ce que l’on appelle la résistance au roulement. Vos roues ne peuvent pas vraiment avancer sous la force de la gravité. Vous, ou plutôt le moteur de votre trottinette, devez les faire bouger (sauf si vous roulez en descente). La résistance au roulement d'une roue augmente avec la force de gravité, de sorte que plus une trottinette et son utilisateur sont lourds, plus les roues résisteront à un mouvement fluide. Des pneus sous-gonflés, des roues mal conçues ou des roulements de roue usés peuvent également augmenter la résistance au roulement. Cela signifie moins d'autonomie, puisque le moteur de la trottinette doit faire plus d’effort et donc, utiliser plus de batterie.


La gravité

Vous avez probablement remarqué qu’il est plus difficile de gravir les pentes que de les descendre. Nous connaissons tous intimement la fameuse force de gravité. Une masse plus importante (un poids plus important du conducteur et de la trottinette) rend plus difficile les montées, augmentant la force de gravité à laquelle le moteur de la trottinette doit faire face. Ainsi, si vous vivez et roulez dans un endroit qui a beaucoup de collines, l'autonomie globale de votre trottinette sera réduite. Cela signifie également qu'en terrain vallonné, une trottinette plus légère sera généralement dotée d’une plus grande autonomie et qu'une trottinette plus lourde en aura moins.


Autonomie et poids: Ingénierie de la trottinette électrique

Poids de la trottinette

Le poids de la trottinette électrique sera déterminé par un certain nombre de facteurs, notamment les matériaux de construction, la taille de la batterie et celle du moteur. Comme nous l’avons dit, une trottinette plus légère n’est pas uniquement plus facile à transporter. Le poids est aussi un facteur d'augmentation d'autonomie. Certaines trottinettes haut de gamme, comme Unagi, utilisent des matériaux plus légers, qui ne sacrifient pas sa durabilité ou sa qualité de fabrication, tels que l'aluminium, le magnésium et la fibre carbone. Ces mêmes matériaux qui sont utilisés pour construire des vélos de course professionnels.


D'autres fabricants compte sur des matériaux plus lourds, réduisant vitesse et autonomie de la trottinette. Les trottinettes conçues pour une utilisation tout-terrain ou pour des conducteurs plus lourds utilisent souvent des matériaux de construction pesants ainsi que des batteries et des moteurs imposants pour compenser. Certaines trottinettes électriques de ce type indiquent une autonomie de 48 kilomètres ou plus. Ils pèsent également beaucoup plus que la plupart des trottinettes de ville. Une trottinette tout-terrain, par exemple, pèse 29,5 kilogrammes («l'une des plus légères de sa catégorie») contre les 10,5 et 12 kilos d'Unagi pour ses versions à un et deux moteurs.


Taille et durée de vie de la batterie

Une batterie plus grande contiendra plus de charge, ce qui se traduit théoriquement par une plus grande autonomie. Ajoutant un poids supplémentaire, des batteries plus imposantes feront cependant l'effet inverse. Les fabricants doivent équilibrer ces deux facteurs, et trouver une taille optimale pour la batterie de leur trottinette.

La capacité de la batterie «est l'un des facteurs importants qui déterminent l'autonomie de la trottinette électrique», souligne le Electric Scooter Guide. La capacité est mesurée en Watt-heure (Wh), calculés en multipliant la tension par les ampères heures (Ah). Des nombres qui doivent être indiqués dans les spécifications de la trottinette (ou sur la batterie elle-même). Une trottinette typique aura  «une capacité d'environ 250 Watt-heures tandis qu’une trottinette Monster peut avoir des capacités de près de 3 000 heures».

De plus, au fil du temps, les batteries lithium-ion seront moins efficaces. «Une trottinette d'un an stockera moins d'énergie qu'une nouvelle trottinette, toutes deux entièrement chargées», note Spring, ce qui signifie que l'autonomie devrait diminuer avec le temps. La durée de vie et l'autonomie de la batterie seront également affectées par l'utilisation de phares et autres accessoires.


Taille et efficacité du moteur

La plupart des trottinettes électriques ont des moteurs de moyeu intégrés dans une ou deux roues. Ces moteurs, habituellement de 250 à 500 watts chacun, offrent un très bon équilibre entre puissance et poids. Les moteurs électriques sont généralement extrêmement efficaces et utilisent un pourcentage élevé de la puissance qu'ils produisent, bien qu'un moteur inefficace puisse être la cause d'une autonomie réduite.

En revanche, les trottinettes haute performance peuvent avoir des moteurs beaucoup plus puissants. L’ultra-résistant Wolf Warrior possède deux moteurs de 1200 watts pour une vitesse maximale de 80 kilomètres par heure et une autonomie de plus de 64 kilomètres. Pourquoi toutes les trottinettes ne sont-elles pas conçues avec le type de puissance que l'on trouve dans les trottinettes tout-terrain ou ultra-résistantes? Tout simplement car le Wolf Warrior pèse plus de 45 kilogrammes, se pliera difficilement et ne rentrera pas dans un placard ou sous un bureau.

La plupart des gens qui achètent des trottinettes électriques recherchent l'équilibre optimal entre loisir et simplicité pour aller au travail, faire rapidement les courses ou se balader avec des amis. Ainsi, la plupart des utilisateurs désirent une trottinette aussi facile à transporter qu'à conduire. Cependant, une diminution du poids peut entraîner une diminution de l'autonomie si la capacité de la batterie et la taille du moteur sont compromises. La meilleure trottinette pour vous est celle qui atteint l'équilibre idéal entre toutes ces variables, en fonction de votre destination, de la nature du terrain et du temps qu'il faudra pour arriver.