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 Le post des ordres de grandeur énergétiques

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laurent49
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MessageSujet: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Mar 20 Jan 2009, 18:23

Salut,

Je voudrais faire un post-it sur les ordres de grandeur de l'energie deployee pour deplacer un velo avec les pertes dans les differents composants. Il me semble que c'est important a la fois pour celui qui veut ameliorer son velo et qui ne souhaite pas investir trop d'argent pour une amelioration non significative, et pour l'autoconstructeur qui souhaite comprendre quels points sont a surveiller particulierement.

Je souhaite que dans ce fil, on se donne des moyens simples pour evaluer les pertes de rendement sur les differents composants du velo, c'est a dire avec grosso modo des outils de base (metre, montre-chrono) ou des outils plus specialises mais pas chers ( cardio-frequencemetre, dynamometre...) afin que ces tests soient accessibles a tous.

Je commence par faire une liste de toutes les pertes que je cerne. J'editerai cette liste et completerai en fonction de vos remarques. Au fil des mois, j'espere qu'on arrivera a trouver des moyens simples pour evaluer toutes ces pertes et donner des ordres de grandeur pour voir si elle sont significatives ou anecdotiques.

Liste des pertes:

Pertes biomecaniques:
- inadaptation du mecanisme de propulsion au mouvement humain ( la puissance developpee sur un velo est inferieure a la puissance developpee sur d'autres appareils ). Ca se divise entre pertes mecaniques (pedalage non rond) et pertes biologiques ( utilisation de muscles au rendement non optimal, position inadaptee qui ne permet pas un bon rendement des muscles)

Pertes materielles:
- roulements a bille (moyeu, pedalier, tube de direction, roue libre)
- roulement (roue et pneu)
- travail vertical du cadre et des roues (sur route cabossee)
- travail lateral du cadre et des roues (en virage)
- transmission ( torsion des pedales et du pedalier, elasticite de la chaine, derailleur, torsion du cadre autour du pedalier, roulettes eventuelles)
- assise (selle sur vd et siege sur vc)
- guidon
- amortisseur le cas echeant
- frottements de l'air (le plus important, sans doute a decomposer plus finement par ceux qui connaissent le sujet).

Autres pertes:
- Trajectoire non rectiligne a petite vitesse
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cavallo pazzo
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MessageSujet: Re: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Mer 21 Jan 2009, 10:22

Très bonne initiative, et qui va se compliquer une fois en équations: en effet, certaines sont linéaires à la vitesse, d'autres pas, et certaines dépendent du poids, d'autres de la surface....

Savoir qui est plus important que qui dépend de la situation. Poids, vitesse, surface, revêtement, qualité du pilotage (équilibre p.ex.), entretien et tant d'autres choses...

Je crois qu'un tableur est une bonne solution pour rendre le tout utilisable, une fois le travail de recherche et de définition fini, bien sûr.

Pour ma part j'en ai fait un qui calcule la vitesse en fonction de la puissance, de la variation d'énergie potentielle, de l'aéro et des frottements pris globalement. Ces derniers sont calibrés en comparant la réalité aux calculs, permettant de peaufiner le coefficent global de frottements. C'est bien, mais loin d'être parfait.
Si je pouvais détailler un peu cela, j'en serais ravi.
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laurent49
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MessageSujet: Transmission   Sam 24 Jan 2009, 21:52

Quelques ordres de grandeur sur la transmission. On teste ici le tout, c'est a dire pignon+roue libre + derailleur. Je me base sur les resultats exposés dans : http://www.ihpva.org/HParchive/PDF/hp50-2000.pdf

Les rendements vont de 80 a 98%. Les points clés sont:

- le rendement est d'autant meilleur que les organes de transmission sont grands ( mieux vaut un grand plateau et un grand pignon). Par exemple: 95% en 52/21 et 91.4% en 52/11, toutes choses egales par ailleurs. On ne devrait jamais passer sous les quinze dents a l'arriere.
- le rendement ne depend pas de la lubrification de la chaine (n'hesitez pas a employer des produits ecolos, y'aura pas de perte de puissance)
- le rendement ne depend que tres marginalement du decalage pignon-plateau: au plus 0.5% de pertes.
- le rendement est d'autant meilleur que la tension de la chaine est grande: de 76 a 300 Newton, on passe grosso mode de 80 a 95+% de rendement ( 10 Newtons correspondent approximativement a la force permettant de soulever 1 kilo contre la pesanteur). Les pertes sont lineairement correlees a l'inverse de la tension, avec un tres bon coefficient de correlation (0.996).
- Une partie des pertes est frictionnelle, mais pas entierement (les augementations de chaleur dans la chaine ne sont pas completement correlees a la perte de puissance). J'imagine que l'autre partie vient de l'elasticite de la chaine.
- J'avais lu dans un autre article (cité par Jejon, je ne sais plus ou) que le rendement se degrade avec le nombre de pignons (sans doute parce que les pertes frictionnelles sont plus grandes j'imagine, les pignons étant plus resserrés).

Conclusion:
- On pourrait sans doute ameliorer la transmission avec un tres gros plateau et un seul jeu de 7 pignons a l'arriere, bien étagés. Ca devrait nous suffire dans la plupart des situations (hors montagne). Le poids d'un plateau et de pignons plus gros et plus lourds est tres largement compensé par les gains de rendement.
- Quand vous tendez votre chaine, assurez vous toujours que la tension corresponde a plus de 20 kilos (idealement 30). Ensuite, ce n'est plus guere significatif et tendre davantage peut sans doute abimer les composants.
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Sparv
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MessageSujet: Re: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Sam 24 Jan 2009, 22:11

I love you

C'est tout simplement fascinant. Un article de très grande qualité, qui combine la théorie (permettant d'extrapoler les résultats) et l'expérimental, pour valider la théorie.

C'est partit! je récupère tous les numéros d'human powered. Ça me fera de la lecture pour le soir.
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Jéjon
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MessageSujet: Re: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Mer 28 Jan 2009, 10:48

laurent49 a écrit:
J'avais lu dans un autre article (cité par Jejon, je ne sais plus ou) que le rendement se degrade avec le nombre de pignons.
Ah ? Je ne m'en souviens pas. Par contre, j'ai déjà cité, dans le sujet sur le Rohloff, un autre numéro de Human Power au sujet du rendement des transmissions. Peut-être était-ce là ? Il faudrait relire l'article.
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laurent49
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MessageSujet: Re: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Jeu 29 Jan 2009, 10:27

Jéjon a écrit:
laurent49 a écrit:
J'avais lu dans un autre article (cité par Jejon, je ne sais plus ou) que le rendement se degrade avec le nombre de pignons.
Ah ? Je ne m'en souviens pas. un autre numéro de Human Power au sujet du rendement des transmissions. Peut-être était-ce là ?
Oui, sans doute la. On voit que le Browning automatic perd environ 1.6% de rendement quand il passe de 4 a 12 vitesses. Les transmissions a hub type Rolhoff perdent aussi 1 ou 2% avec l'augmentation du nombre de vitesse. Malheureusement, une seule transmission vraiment classique testee avec 27 vitesses. Donc perte de rendement a confirmer pour les transmissions classiques.
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laurent49
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MessageSujet: Re: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Jeu 29 Jan 2009, 10:44

Est-ce que ca vaut le coup d'alourdir son velo pour le rigidifier et ameliorer le rendement ?

Je pense que, oui, tres souvent. Il faut accepter sans hesiter le surpoids sur la chaine de transmission ( pedalier, rigidite du cadre, roues...) mais continuer a gagner du poids les elements annexes qui ne participent pas a la transmission (freins, manettes de derailleur...)

Quelques calculs de coin de table pour s'en convaincre.

Si on alourdit son velo de 1kg dans une pente a 10%, le poids supplementaire exerce contre nous une force de 1 Newton environ (compte tenu de la pente).

Si on fait une flexion sur une jambe, on developpe environ 800 Newtons si on fait 80 kilos. En admettant que la poussee sur la pedale represente environ 1/3 du poids d'une flexion, et en ajoutant une perte de 50% du a un pedalage non rond, on applique au velo une force utile de 150 Newtons environ. Donc si on ameliore le rendement de 1% seulement, on gagne 1,5 Newton.

Conclusion: meme dans une pente severe de 10%, on est gagnant si on ajoute 1kg de poids pour rigidifier le velo avec un gain en rendement de 1%.

Quand on voit qu'un chaine qui travaille peu perd deja 1 ou 2%, on se dit que les torsions sur le pedalier par exemple doivent faire perdre plusieurs pourcents, et donc on aurait tout interet a les renforcer/alourdir.

Pourquoi est-ce que ce n'est pas fait sur les velos vendus dans le commerce ? Y'a au moins 2 raisons que je vois:
- le marketing: c'est plus facile de coller une affichette avec un poids du velo tres leger plutot que d'entrer dans des raisonnements d'ordre de grandeur sur les rendements !
- en competition, on doit souvent repondre a des demarrages changements de rythme. On se fout de gagner 1% ou 2 quand on est au chaud dans le peloton, mais on veut un velo leger pour repondre a une attaque. En revanche, en contre la montre, un velo lourd pourrait se justifier sur un parcours sans trop de changements de rythme (par exemple, Moser sur son velo du record de l'heure avait des roues de 800 au lieu de roues de 700, qui devaient peser environ 20% de plus que des roues de taille normale).

Bref, je dirai que pour ceux d'entre nous qui ne font pas des competitions ou ils doivent repondre a des changements de rythme, il vaut mieux plus de poids et plus rigide.

Dernier exemple: si on prend une cassette de pignons 15-34 plutot que 12-28 avec un plateau plus grand, on doit perdre quelques dizaines de grammes, soit peut etre 0,05 Newton. A comparer avec un gain de 1ou 2%, c'est a dire plus de 2 Newton.
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Sparv
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MessageSujet: Re: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Jeu 29 Jan 2009, 12:42

laurent49 a écrit:
Un calcul

C'est très très faux. Tu compares deux efforts qui n'ont rien à voir.

Reprenons: effort vertical de la pesanteur sur le vélo causé par 1kg supplémentaire: 10N (en gros) (tout le calcul suivant se fait bien sur en statique).

Composante parallèle à la route de cet effort dans une pente à 10%: 1N. Jusque là on est d'accord.

La roue du vélo devra donc exercer un effort de 1N sur la route parrallèlement à la route pour compenser ce poids.

Maintenant la chaine:

On applique 150N sur la pédale. Avec des manivelles de 170mm, ça fait 25,5N.m de couple exercé sur le pédalier. Disons qu'on est sur le petit plateau (34 dents) et le grand pignon (34 dents aussi, c'est plus simple Smile ).

Ça ferai aussi 25,5N.m au niveau de la roue, avec un rendement de 100%. C'est dans ce transfert qu'on a des pertes. Mettons 1% de pertes (ce sont des pertes de puissance, mais dans le cas d'une chaine donc non glissante, cela se traduit par une perte de couple): 0,255N.m de perdus. On a une roue de 700mm de diamètre, donc de rayon 35cm: 0,255/0,35 = 0,728N

J'ai aussi un gros doute sur l'effort sur la pédale: si je développe 200W à 100 tours/minutes, j'ai un couple moyen efficace d'environ 120N.m, ce qui donne un effort moyen au niveau des pédales pour un pédalier à manivelles de 170mm de... 705N. Dans ce cas la perte d'effort au niveau de la roue est de 3,42N.

EDIT: Ça me travaillait depuis le début de la journée ces 700N. Il y avait un 2Pi manquant qui trainait. En fait je trouve 400N. Mieux! D'où une perte d'effort d'environ 1.90N au niveau du contact roue-sol.

Re-EDIT: la muscu ça tue le cerveau. Chiffres définitif: 112N sur la pédale, 0,55N de pertes d'effort au niveau du contact avec la roue.

Un dernier mot sur les flexions: c'est pas plus rigoureux que le reste. Prenons un bonhomme de 80kg. Il va faire pas loin d'une flexion par seconde. Si il fait 1m80, il va déplacer son centre de gravité d'environ 50cm (je le confond avec le nombril: c'est idiot puisque son corps se déforme. Ses jambes mar exemple ne se déplacent pas comme sa tête, son CG change). Nouvelle hypothèse douteuse: il prend 0,6s pour la montée et 0,4s pour la descente. Un facteur 2, dans un sens comme dans l'autre, peut facilement se glisser ici. Ça fait un accélérationlors de la montée, si elle est constante bien sur (ce qui peut là aussi être complètement faux) de 2,78 m/s², d'où un effort de 220N en plus de la pesanteur. On est à plus de 1000N lors d'une flexion. Avec une confiance strictement nulle dans ce calcul.

J'ai deux conseil:
- il faut identifier impérativement où se font les approximations dans ce genre de calcul dont on prétend tirer des conclusions. Et si possible les estimer.
- Je préfère de loin parler en puissance quand il y a des rendements en jeux plutôt qu'en effort.

Dernier point: j'attends avec impatience que quelqu'un me chiffre le gain en rendement apporté par 1kg de cadre en rab.


Dernière édition par Sparv le Jeu 29 Jan 2009, 16:11, édité 1 fois
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Samural
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MessageSujet: Re: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Jeu 29 Jan 2009, 16:03

Sparv a écrit:
Dernier point: j'attends avec impatience que quelqu'un me chiffre le gain en rendement apporté par 1kg de cadre en rab.

Sur cette page très intéressante on y démontre que la souplesse d'un cadre n'influe aucunement sur le rendement. Bien entendu un cadre rigide est plus rassurant puisque son comportement est prévisible, lors d'un sprint par exemple. Tandis qu'un cadre souple préservera le confort et donc les performances dans la durée du cycliste!
Je pense également qu'un cadre trop rigide nuit à l'adhérence sur mauvais revêtement.
Ainsi, sur les motos de compétition, après avoir cherché à rendre les cadres toujours plus rigides, les ingénieurs tendent à diminuer un peu la rigidité latérale afin de garantir une meilleur adhérence en virage. Les motos prennent en effet des angles de dingue de sorte que les ondulations du revêtement ne sont donc qu'en partie absorbées par la suspension, le reste étant "absorbé" par le cadre.

Samural
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laurent49
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MessageSujet: Re: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Jeu 29 Jan 2009, 17:29

Sparv a écrit:

"C'est très très faux". ..."c'est pas plus rigoureux que le reste".... et a Normandie Bent, tu dis ici que son velo est "a vomir": http://velorizontal.bbfr.net/forum-du-matos-f7/prise-en-main-du-vkhi-t3220-60.htm
Je commence par te demander de t'exprimer de facon un peu plus conviviale. On peut exprimer des desaccords, mais si on le fait en essayant de penser a celui a qui on repond en face, et si on y met un peu les formes, c'est plus humain et plus sympa.

Sur le fond, je reponds a tes objections. C'est effectivement difficile a comparer le poids d'un velo et les pertes de puissance, parce que le poids a trainer est un travail et les pertes s'expriment plutot comme une perte de puissance. Mais il faut bien faire des choix et essayer de comparer, parce que si on construit un velo en autoconstruction (c'est mon cas), on doit bien choisir si on va ajouter des renforts de rigidite et a quels endroits.

Les ordres de grandeur des erreurs sont effectivement d'un facteur 2 ou 3. Mais comme on le voit pour l'exemple des pignons, si a la fin on gagne un facteur 10 ou 20, ca permet de conclure. Quand on concoit un velo et qu'on hesite a ajouter un renfort a un endroit, c'est de l'ordre de quelques dizaines de grammes, au plus quelques centaines. Donc que les ordres de grandeur en jeu sont completement differents entre la perte par le poids et le gain en rendement.

Pour le passage au couple, je m'en suis passé. Je perds un peu de précision du modele en supposant que je pourrai faire un raisonnement sur le velo comme celui que je ferai sur une flexion au niveau de la perte de rendement, ce que j'ai fait implicitement. Mais je prefere ce choix a celui que tu proposes, car il me semble difficile justement de reflechir au niveau des forces si on compare un mouvement lineaire et un mouvement circulaire.


Dernière édition par laurent49 le Jeu 29 Jan 2009, 18:52, édité 1 fois
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MessageSujet: Re: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Jeu 29 Jan 2009, 17:40

Samural a écrit:

Sur cette page très intéressante on y démontre que la souplesse d'un cadre n'influe aucunement sur le rendement.

Salut,

Tout a fait d'accord pour le compromis confort/rigidite dont tu parles. Si le velo est trop rigide, on fatigue et le bilan n'est pas bon.

Pour la page que tu cites, je n'ai pas lu en detail. Mais ca me parait bizarre, il dit que toute l'energie est rendue apres la torsion. Or toute l'energie n'est pas rendue : penser a une scie dont on fait onduler la lame, au bout d'un moment, les mouvements de la lame s'arrete, l'energie s'est dissipee sous forme de chaleur (tres faible) notamment.

Ensuite meme si l'energie est rendue, il faut que son action soit positive. On peut pousser un velo une fois dans un sens et une fois dans l'autre, pour un resultat nul. Si l'energie est stockee dans le cadre, ensuite elle se propage et il n'y a aucune raison qu'elle soit restituée au bon moment au bon endroit pour participer au mouvement du cycliste.
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MessageSujet: Re: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Jeu 29 Jan 2009, 18:21

laurent49 a écrit:
c'est pas plus rigoureux que le reste

Je prétends que si, et surtout, je dis où sont mes approximation et pointe une partie des erreurs. En tout cas, c'est moins pire que ce que tu as écris. Ton passage à l'arrache d'un effort sur une pédale à un effort au niveau de la roue m'a fait mal aux yeux. Si je change le rapport pour par exemple un 30/34 ou un 34/27, ou pire encore un 53/11, mes résultats sont à des kilomètres des tiens.


Pour la remarque sur le VKHI, je l'ai mal écrite et me suis mal exprimé.

A propos de la page sur la rigidité d'un cadre qui ne consomme pas d'énergie: il est courant en calcul de structure de négliger la dissipation mécanique. Ça permet de tout rendre linéaire et d'éviter de devenir dingue. Mais voilà... On néglige toujours par rapport à quelquechose. La perte d'énergie dans un cadre de VC (et non de VD) est-elle négligeable devant celle perdue par la chaine? On parle de quelques % de par et d'autre. C'est à creuser.


Dernière édition par Sparv le Jeu 29 Jan 2009, 19:00, édité 1 fois
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MessageSujet: Re: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Jeu 29 Jan 2009, 18:41

Sparv a écrit:
laurent49 a écrit:
c'est pas plus rigoureux que le reste
Hum, hum. Je ne faisais que te citer, je n'ai pas dit ca. Mais bon, pour moi, la discussion s'arrete ici. Le ton de la conversation ne me plait pas.
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MessageSujet: Re: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Jeu 29 Jan 2009, 18:59

laurent49 a écrit:

Hum, hum. Je ne faisais que te citer, je n'ai pas dit ca.

Désolé. Moi y en a m'être trompé. Embarassed
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MessageSujet: Re: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Jeu 29 Jan 2009, 21:31

Finalement, je refais un calcul en termes de puissance pour eviter toute ambiguité.

Si mes calculs sont exacts , un surpoids de 1kilo sur le velo est avantageux si ce surpoids apporte un gain de rendement de 0.1% sur nos parcours usuels (non montagneux) et a un gain de 1% en montagne. N'hesitez pas a commenter gentiment et a traquer les erreurs.

On monte un col de longueur 10km a 5% de pente a 10km/h. On roule donc 1 heure et la variation d'altitude est de 500 m. Si on prend un velo lourd faisant 1 kilo de plus qu'un velo leger, il faut depenser une energie suppelementaire correspondant a l'energie potentielle P du deplacement du kilo supplementaire. A savoir P=1.10.500=5 mille kg.m2.s-2=5 kJ.

Puisque la montee dure une heure, la puissance depensee pour le deplacement du kilo supplementaire=5 kj/3600sec=1.4 Watts.

Si on developpe 150 watts, cela veut dire qu'un poids de un kilo supplementaire est compensé dans une pente a 5% par un gain de rendement moins de 1%.

En réalité, ce calcul defavorise le velo lourd, puisqu'on ne tient pas compte de la descente. Dans la descente, les frottements de l'air ralentissent moins le velo plus lourd qui a davantage d'inertie. De plus, dans nos parcours usuels, les pentes moyennes sont beaucoup plus faibles, souvent 10 fois plus faibles, et pour de faibles denivelés, le désavantage en montée tend a etre compensé par le gain en descente.

Bref, sur nos parcours quotidiens pour la majorite d'entre nous, un surpoids de 1kilo vaut moins de 0.1% de puissance (tant qu'on reste dans des limites raisonnables et que les relances pour repartir des stops restent faciles )
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Samural
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MessageSujet: Re: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Ven 30 Jan 2009, 09:20

laurent49 a écrit:

Pour la page que tu cites, je n'ai pas lu en detail. (...) Or toute l'energie n'est pas rendue : penser a une scie dont on fait onduler la lame, au bout d'un moment, les mouvements de la lame s'arrete, l'energie s'est dissipee sous forme de chaleur (tres faible) notamment.
L'exemple est mal choisi, la lame de scie en oscillant va faire office d'évantail et brasser de l'air et donc forcément dissiper une grande partie d'énergie en chaleur. Si tu prend un système masse ressort par contre l'oscillation peut durer pendant longtemps.

laurent49 a écrit:
Ensuite meme si l'energie est rendue, il faut que son action soit positive. On peut pousser un velo une fois dans un sens et une fois dans l'autre, pour un resultat nul. Si l'energie est stockee dans le cadre, ensuite elle se propage et il n'y a aucune raison qu'elle soit restituée au bon moment au bon endroit pour participer au mouvement du cycliste.
Ben justement, dans son étude, le gars démontre que sur un VD, l'énergie est restituée au bon moment. Je ne sais pas par contre si il en est de même pour un VC. Pour le savoir il suffit de faire l'expérience qu'il propose: mets ton VC sur un rouleau d'entrainement, serre très fort le frein arrière, les pédales se trouvant à la verticale. Pousse de toute tes forces sur une des pédales jusqu'à ce qu'elle atteigne le point mort bas (horizontal pour un VC), à ce moment relache le frein en maintenant la pédale à la même position. Si la roue arrière se met à tourner, c'est que l'énergie (ou une partie de celle-ci) stockée par le cadre est bien restituée à la roue.
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MessageSujet: Re: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Ven 30 Jan 2009, 20:25

Samural a écrit:

L'exemple est mal choisi, la lame de scie en oscillant va faire office d'évantail et brasser de l'air et donc forcément dissiper une grande partie d'énergie en chaleur. Si tu prend un système masse ressort par contre l'oscillation peut durer pendant longtemps.
Salut,
Je viens de faire l'experience avec un tube de velo qui traine dans mon garage. Je l'ai coincé d'un côté dans l'étau et je l'ai déformé de l'autre avant de relacher. Le temps d'oscillation est tres inferieur a la seconde. A vue d'oeil, on a l'impression que ca n'oscille pas du tout. Mais si on se depeche de mettre la main sur le tube rapidement apres avoir relaché, on sent quelques vibrations dans le tube.



Citation :

Ben justement, dans son étude, le gars démontre que sur un VD, l'énergie est restituée au bon moment. Je ne sais pas par contre si il en est de même pour un VC. Pour le savoir il suffit de faire l'expérience qu'il propose: mets ton VC sur un rouleau d'entrainement, serre très fort le frein arrière, les pédales se trouvant à la verticale. Pousse de toute tes forces sur une des pédales jusqu'à ce qu'elle atteigne le point mort bas (horizontal pour un VC), à ce moment relache le frein en maintenant la pédale à la même position. Si la roue arrière se met à tourner, c'est que l'énergie (ou une partie de celle-ci) stockée par le cadre est bien restituée à la roue.
Oui, une partie de l'energie stockée dans le cadre et les freins est rendue. J'ai fait l'experience pour essayer de savoir combien d'energie est rendue. Je trouve a peine plus de 1%

Je suis monté sur une seule pedale de tout mon poids en sautant sur la pedale pour bien deformer le velo, freins bloqués, et stocker le maximum d'energie dans le cadre. La pedale bouge de plus d'un centimetre, absorbant l'energie potentielle de pesanteur. 80+kg*1,25cm*constante de gravitation en ms-2=10 Joules.

Ensuite, je suis descendu et j'ai relaché les freins. Le vélo a bougé de 2 centimètres environ. Il faut evaluer combien d'energie correspondent ces 2 centimetres.

J'ai mis un poids de 2 kilos sur la pedale, qui est descendu d'environ 20 centimetres et le velo a bouge de 60 centimetres. Donc pour 4 joules, j'ai parcouru 60 centimetres. Si l'ensemble de l'énergie stockee dans le velo m'était restituée, j'aurais du parcourir 1m50.

Donc en gros, l'energie restituée est 2/150, soit a peine plus de 1%.
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laurent49
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MessageSujet: Re: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Mar 10 Mar 2009, 10:33

Je viens de recevoir le livre Bicycle Science. Voici quelques chiffres recueillis.

Les forces de roulement R=mgC produisent le meme effet qu'une cote en ralentissant le cycliste. Pour un pneu haut de gamme en bonnes conditions (boyau de route a haute pression, temps chaud) , C=0.002, c'est a dire que le frottement des pneus correspondent a une pente de 2 pour mille.

Pour un pneu large, insuffisamment gonflé, les forces de frottement sont 4 fois plus grandes C=0.008, ce qui équivaut a une pente de 0.8 pour cent qui commence a se sentir nettement dans les jambes.

On a la confirmation que le frottement des roues est inversement proportionnel a la taille des roues. J'avais lu ca dans un test, et dans le livre, un calcul de coin de table montre que les skateurs ont des forces de roulement pres de 10 fois plus grandes que les cyclistes en raison des roues petites sous leur rollers. Donc le coeff de roulement de nos velos couchés doit souvent etre médiocre, ce qui explique pourquoi entre autres on galere en cote, ou les forces de roulement deviennent prédominantes.

Wilson dit que la formule mgC pour les forces de roulement manque de confirmations experimentales pour l'appuyer, mais qu'on n'a pas mieux en magasin en ce moment.

Les forces de frottement de l'air F=kV^2 sont en revanche mieux justifiees et verifiees. Elles deviennent predominantes entre 15 et 20 km/h approximativement. En dessous, de cette limite, ce sont les forces de roulement qui sont les plus importantes. Par exemple, si C=0.005 est un pneu moyen et K=0.25 (position cyclotouriste) pour un poids velo+cycliste=100 kilos, les forces de frottement de l'air sont egales aux forces de roulement pour une puissance de 50 watts et une vitesse de 4.8 m/s environ (17.3 km/h).

Pour nous velocouchistes, K est plus petit (0.22 par exemple est crédible) et le coeff de roulement plus grand, donc la resistance de l'air devient prédominante plus tard.

On notera que les lourds sont davantages freinés par les pneus et donc certaines pages peuvent annoncer des resultats differents mais corrects tout de meme si les hypotheses de poids sont differentes (exemple : cette excellente page sur les ordres de grandeur http://pagesperso-orange.fr/pic-petrole/transports.html ).

Pour un velo de course de competition, K peut descendre jusqu'a 0.18, et pour un velo couché caréné, K peut tomber jusqu'a 0.03. La page que je cite plus haut donne K=0.13 pour un velo couché optimisé (position tres horizontale et pres du sol).
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nostradamus
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MessageSujet: Re: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Mar 10 Mar 2009, 12:50

laurent49 a écrit:
Si on fait une flexion sur une jambe, on developpe environ 800 Newtons si on fait 80 kilos.

Je crois que dans l'esprit moyen 1 newton ne vaut rien dans la vie réelle. Donc 80 kilos = 800 newtons qui économise 1.5 newton ça ne parle pas... mais dire qu'on peut économiser 150 grammes de poussée sur une poussée de jambe capable de 80 kilos dont 15 kg seulement sont efficacement transmis à la pédale ça parle mieux.

A propos des pneus:

On peut constater un meilleur rendement avec un pneu large bien gonflé qu'avec un pneu fin bien gonflé sur le même diamètre de roue.

On peut aussi constater un meilleur rendement avec un pneu bien gonflé qu'avec un pneu mal gonflé.

Je ne maîtrise pas l'explication par coeur mais c'est lié à:

http://inter.action.free.fr/publications/auto-eco.pdf page 8

1. l'écrasement de la matière de la gomme en contact avec le sol. Il produit paradoxalement des pertes de plus en plus fortes à mesure que le pneu offre de moins en moins de surface de contact avec le sol. C'est du à la dégradation du rapport poids total / surface de contact avec le sol. Plus de poids sur une moindre surface de contact = plus de force.

2. la hauteur de flancs. C'est la déformation des flancs qui absorbe de l'énergie. Un pneu mal gonflé se déforme plus sur les côtés en absorbant de l'énergie.
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MessageSujet: Re: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Mar 10 Mar 2009, 13:05

nostradamus a écrit:
A propos des pneus:

On peut constater un meilleur rendement avec un pneu large bien gonflé qu'avec un pneu fin bien gonflé sur le même diamètre de roue.

On peut aussi constater un meilleur rendement avec un pneu bien gonflé qu'avec un pneu mal gonflé.

Je ne maîtrise pas l'explication par coeur mais c'est lié à:

1. l'écrasement de la matière de la gomme en contact avec le sol. Il produit paradoxalement des pertes de plus en plus fortes à mesure que le pneu offre de moins en moins de surface de contact avec le sol. C'est du à la dégradation du rapport poids total / surface de contact avec le sol. Plus de poids sur une moindre surface de contact = plus de force.

2. la hauteur de flancs. C'est la déformation des flancs qui absorbe de l'énergie. Un pneu mal gonflé se déforme plus sur les côtés en absorbant de l'énergie.
Voir "Why do wide tires roll better than narrow ones?" sur le site de Schwalbe.

A pression égale et pour un même profil, un pneu plus large offre une moindre résistance au roulement qu'un plus fin.

Mais la taille a d'autres impacts sur : le poids (en rotation), l'aérodynamisme, la pression max, qui font que pour les coureurs, des pneus fins sont plus rapides.
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MessageSujet: Re: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Mar 10 Mar 2009, 13:13

A pression égale: je ne connais personne qui gonfle ses BA à 8 bars Wink .

Mais pourquoi pas ... j'aurais du essayer avec mes Marathon Supreme (en 42) avant de remettre mes Marathon Plus (en 28 ), dommage, je n'y ai pas pensé. En tout cas je préfère les Marathon Plus en 28.
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MessageSujet: Re: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Mar 10 Mar 2009, 17:09

Je trouve que vulgariser en disant que "plus l'ellipse en contact avec le sol a un profil allongé moins la roue est ronde" est efficace.
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MessageSujet: Re: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Mer 18 Mar 2009, 14:45

Pour les roulements a bille, le "bicycling science" dit que les frottements des roulements a bille de la roue sont negilgeables (de l'odre de 0.01 a 0.02 Newton contre 1 a 3 Newtons pour les frottements de la roue sur le sol ).

Conclusion:
- pour les rouelements a bille, il faut faire attention a leur solidite et a leur duree de vie, mais pas la peine de faire attention aux rendements, c'est pas significatif.
- ca sert a rien de mettre des roros dans une roue moyenne avec des roulements dura-ace tip top, c'est gacher ses sous. Ce qui compte pour le rendement, c'est la rigidite' de la roue, pas les roulements.
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MessageSujet: Re: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Mer 18 Mar 2009, 14:53

Pour la question de la rigidite du cadre, toujours issu du bicycling science, il est dit:
- qu'un cadre trop rigide n'est pas forcement meilleur car, et ca me semble un point important, des experiences ont montre' que la sensation d'inconfort correspond a de l'energie absorbee par le corps du cycliste. Bref, avec un cadre rigide et inconfortable, moins d'energie absorbe'e par le velo, mais davantage par le corps du cycliste.

Par contre pas de quantification. Il est dit qu'il y n'y a quasiment aucun test sur les deformations des differentes parties du cadre. C'est dommage, car ca veut dire qu'on n'a aucune idee des ordres de grandeur sur l'energie absorbee par le cadre aux differents endroits ou le cadre travaille. Bref, pour savoir si il faut ajouter du poids et rigidifier suivant les endroits quand on autoconstruit, on travaille completement en aveugle, sans references serieuses sur lesquelles s'appuyer Sad
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MessageSujet: Re: Le post des ordres de grandeur énergétiques   Mer 18 Mar 2009, 23:32

laurent49 a écrit:

Par contre pas de quantification. Il est dit qu'il y n'y a quasiment aucun test sur les deformations des differentes parties du cadre. C'est dommage, car ca veut dire qu'on n'a aucune idee des ordres de grandeur sur l'energie absorbee par le cadre aux differents endroits ou le cadre travaille. Bref, pour savoir si il faut ajouter du poids et rigidifier suivant les endroits quand on autoconstruit, on travaille completement en aveugle, sans references serieuses sur lesquelles s'appuyer Sad

Je pense aussi qu'une modélisation d'un cadre permettant la quantification
d'un rendement serait vraiment un plus et pas seulement pour les
autoconstructeurs!
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