Si nous relancions la recherche sur les équipements alimentés par le pédalage - pour tenter de rattraper 70 ans d’opportunités manquées - et si nous oeuvrions dans la bonne direction, les pédales et les manivelles pourraient apporter une contribution importante au fonctionnement d’une société post-carbone qui maintiendrait bien des facilités de la vie moderne. Les possibilités de l’énergie du pédalage dépassent largement l’usage de la bicyclette.

Une manière de s’affranchir des importantes pertes d’énergie des générateurs à pédales est de ne pas produire d’électricité du tout, mais d’entraîner les équipements mécaniquement, aussi souvent que possible. Une autre possibilité - la seule pour les équipements qui ne peuvent être entraînés par une transmission mécanique directe, parce qu’ils ne reposent pas sur le mouvement rotatif - est de rendre plus efficace la production d’électricité.

C’est possible en construisant de toutes pièces un générateur à pédales, plutôt qu’en utilisant une bicyclette, ou bien en se débarrassant d’un ou plusieurs composants électroniques dans la chaîne de transmission de l’énergie. Toutes ces approches peuvent être combinées, ce qui mènerait à une unité de production d’énergie à pédales capable d’alimenter une multitude d’équipements mécaniques et de produire de l’électricité efficacement.

La transmission mécanique directe

Beaucoup de machines peuvent être entraînées par une transmission mécanique, bien que cela implique généralement d’adapter l’équipement pour qu’il fonctionne sans avoir besoin d’électricité. Malgré cela, les machines stationnaires à pédales avec transmission mécanique directe - bien qu’elles aient été courantes autrefois - ne sont pas commercialisées dans le monde occidental.

La seule exception semble être le Fender Blender, une machine mue par le pédalage qui sert à produire des smoothies. Pourtant, de bonnes vielles machines à deux roues sont en cours de conception à la fois par des amateurs dans le monde occidental et des associations à but non lucratif dans les pays en développement.

Au Guatemala, depuis 2001 Mayapedal a construit plus de 2000 machines à pédales à partir de pièces de bicyclettes. A ce jour, cette ONG a construit des versions à pédales de pompes à eau, de moulins, de broyeurs, de machine à produire des carrelages, d’éplucheuses, de machines à laver et de mixeurs. Leur fabrication coûte de 40 à 250 $. Ces engins se sont faits plus sophistiqués et moins coûteux avec le temps, en évoluant de bicyclettes transformées vers des machines à pédales construites de toutes pièces qui incorporent un volant d’inertie et sont capables d’entraîner différents types d’équipements.

Le VitaGoat Cycle Grinder (Vélo Moulin VitaGoat) développé par l’ONG canadienne Malnutrition Matters en est un autre exemple. Ce moulin à pédales constitue un maillon d’une chaîne complète de traitement de la nourriture qui est livrée aux pays en développement d’Asie et d’Afrique. Chocosol enseigne aux habitants du Mexique comment construire leur propre moulin à pédales pour fèves de cacao et les Canadiens à l’initiative de ce projet utilisent aussi cette technologie dans leur magasin de Toronto. Le projet Full Belly (Ventre Plein) conçoit des éplucheuses à énergie humaine pour les paysans d’Afrique.

Mais il y a aussi beaucoup d’engins construits par des particuliers, comme la machine à laver à pédales d’Alex Gadsden et Homeless Dave, le mélangeur de savon à pédales de Frederick Breeden, ou le broyeur à pommes à pédales de Ben Polito. Des machines semblables ont aussi été construites en dehors des USA. Certains se sont concentrés sur la restauration et la remise en service de machines anciennes, comme Blue Ox Millworks.

Le grand besoin d’espace est un inconvénient évident de la conception d’une machine à pédales pour chaque activité d’un ménage, d’une ferme ou d’un atelier. Qui plus est, concevoir un groupe énergétique à pédales pour chaque outil peut demander beaucoup d’efforts, d’argent et d’énergie.

Ce n’est pas tant un problème dans le cas d’utilisations industrielles à petite échelle, où peu de machines sont nécessaires à la fabrication d’un produit. Le mélangeur de savon à pédales déjà mentionné en est un bon exemple. C’est pourquoi un mélangeur à pédales peut être une option réaliste pour de petites entreprises, comme un bar à smoothies.

La conception d’unités universelles de production d’énergie à pédales dotées d’une transmission mécanique directe été intensivement étudiée dans les années 1970

Cependant, quand davantage d’outils sont nécessaires et que l’espace est restreint, comme c’est souvent le cas, il faut trouver des moyens de contourner ce problème. Une solution est d’utiliser l’énergie du pédalage pour produire de l’électricité qui peut ensuite être utilisée pour alimenter différents équipements. Toutefois, cette approche est particulièrement inefficace, avec des pertes d’énergie qui peuvent atteindre 70 %, et elle doit être évitée à chaque fois qu’un équipement peut être entraîné mécaniquement.

Une autre solution est de concevoir une unité universelle de production d’énergie à pédales, avec une transmission mécanique directe qui puisse être utilisée pour faire fonctionner une grande variété d’outils et d’équipements différents (y compris un générateur électrique). Cette méthode, qui résout à la fois les problèmes de l’espace et du faible rendement, a été intensivement étudiée dans les années 1970.

Des machines à pédales polyvalentes

Les machines à pédales universelles n’existaient pas au tournant du XXème siècle, bien que certaines aient pu combiner quelques fonctions (le sciage et le perçage par exemple). Au moins cinq inventions intéressantes ont été conçues et construites dans les années 1970 : l’Energy Cycle (par Dirk Ott), le Dynapod (par Alex Weir), le moteur humain à volant d’inertie (Human Powered Flywheel Motor par JP Modak), l’unité de production énergétique à pédales (Pedal Power Unit par David Weightman) et la Bicyclette à Double Usage (Dual-Purpose Bicycle par Job Ebenezer). Tous ces modèles n’en sont pas moins intéressants pour la construction d’unités de production énergétique à pédales pour un usage particulier.

Le Dynapod

Après avoir expérimenté avec les machines à pédales dédiées à un usage dans différents pays d’Afrique, l’ingénieur britannique Alex Weir a construit un “Dynapod” polyvalent (le nom vient des mots grecs “puissance” et “pied”) en Tanzanie au début des années 1970. Le module de puissance, inspiré d’un prototype conçu par Stuart Wilson à l’université d’Oxford en 1968, était disponible en version une place et en version deux places. La version tandem doublait la puissance de sortie, tout en lissant le flux de puissance, puisque les paires de pédales étaient en opposition de phase.

Le Dynapod était fait d’un cadre sur-mesure. En dehors des pédales, des manivelles et des transmissions par chaîne, cette machine n’avait rien de commun avec une bicyclette. Les premiers prototypes avaient un cadre en bois, tandis que les versions ultérieures étaient dotées d’un cadre métallique. Pour le volant d’inertie, Weir utilisait une vieille roue de bicyclette remplie de ciment. Le coût d’une unité en bois était de 40 à 100 $ (1980), pièces et main d’oeuvre incluses.

Le Dynapod pouvait entraîner des pompes, des moulins à maïs, des vanneuses, des soufflets de forge, des moulins (grinding machines), des perceuses, des roues de potier, des pistolets à peinture, des pulvérisateurs, des rapes à manioc (cassave graters), des dépulpeurs à café, des décortiqueuses, des défibreuses (fibre decorticators), des broyeurs, des botteleuses, des scies à ruban, des gonfleurs de pneumatiques, des machines à coudre. Il pouvait aussi servir à produire de l’électricité.

En dehors des pédales, des manivelles et des transmissions par chaîne, ces machines à énergie humaine n’ont rien de commun avec une bicyclette

Pour permettre le fonctionnement d’une aussi grande variété d’équipements, le Dynapod était équipé de plusieurs transmissions. Il pouvait être actionné par un entraînement direct de rapport 1:1 (lorsqu’un couple élevé est nécessaire à basse vitesse), via une transmission par chaîne avec un rapport atteignant 3:1 (un compromis entre le couple et la vitesse pour faire fonctionner des moulins, broyeurs, etc. ) ou via une transmission par courroie avec un rapport atteignant 10:1 (pour la génération d’électricité, une vanneuse, ou d’autres usages nécessitant une grande vitesse). La machine permettait de passer facilement d’une transmission à l’autre. Les vitesses multiples sur les machines à pédales n’étaient pas une nouveauté - certaines machines plus anciennes en étaient déjà équipées.

L’Energy Cycle

Rodale Press, l’éditeur du livre “L’énergie des pédales pour le travail, les loisirs et le transport” (Pedal Power in Work, Leisure and Transportation) paru en 1977 disposait aussi d’une équipe de recherche - le Rodale’s Research and Development Department. En collaboration avec l’inventeur Dick Ott, cette équipe a conçu sa propre version d’une unité de production d’énergie universelle à pédales, l’“Energy Cycle” (Vélo Energie).

Tout comme le Dynapod, l’Energy Cycle était construit de toutes pièces et pouvait recevoir un grand nombre d’outils démontables. Parmi ceux-ci on trouvait des appareils ménagers (comme un fouet pour les oeufs, un décapsuleur, un hachoir à noix, un mixeur, une écailleuse à poissons, un trancheur de viande et de fromage, et un dénoyauteur de cerises), des machines agricoles (dont une pompe à eau pour l’irrigation, une machine à plumer, une arracheuse de pommes de terre, une égreneuse à maïs, une vanneuse, une polisseuse de riz, un aplatisseur à avoine) et des outils plus généraux (comme une meuleuse, une ponceuse, une perceuse, une machine à sculpter et un chargeur de batterie).

Plusieurs améliorations du prototype ont été construites, d’abord en fer, et ensuite en acier. A la première révision du modèle, une grande table de travail a été ajoutée à l’unité. Elle permet à l’opérateur de réaliser de nombreuses tâches sans quitter son siège. Les versions ultérieures ont été équipées d’un volant d’inertie. Des expériences ont montré que cette unité apportait des bénéfices considérables par comparaison à des outils à main ou bien des machines ou des moteurs de faible puissance. La difficulté principale réside dans l’invention d’un moyen universel de coupler chaque application à l’Energy Cycle - ce qui devrait être facilement accessible si un développement industriel sérieux y était consacré.

Le treuil à pédales : remplacer un cheval de trait ou un tracteur

Le Dynapod comme l’Energy Cycle pouvaient aussi se transformer en treuil à pédales, ce qui ouvrait tout un champ de possibilités nouvelles. Un treuil peut servir à tirer, creuser, soulever des charges, chasser la neige. En agriculture, un treuil peut être utilisé pour la culture par câble, un principe où la force motrice pour labourer (ou herser, cultiver, semer, faner) est fixe, et seul l’outil (attaché à un porte-outils multifonctionnel mobile) traverse le champ au bout d’un câble.

Cette technique agricole s’inspire du labour à vapeur par câble, qui fut la seule méthode d’agriculture mécanisée pendant près de 100 ans. La culture à câble s’accompagne d’économies d’énergie considérables, parce que la force motrice - qu’elle soit humaine, animale ou mécanique - évite de gaspiller de l’énergie à se déplacer elle-même sur le sol. Les avantages supplémentaires sont d’éviter le compactage du sol, qui est un problème notable de l’utilisation du tracteur, et la possiblité de travailler sur des sols inondés ou dans des pentes raides.

La culture par câble repose sur le principe selon lequel la puissance motrice pour labourer (ou herser, cultiver, semer, et faner) est fixe, et seul l’outil se déplace à travers champ au bout d’un câble.

Dans un champ laissé en jachère pendant un an, l’Energy Cycle a tiré une charrue à travers le sol couvert d’herbe et d’adventices, et remplacé avec succès le travail d’un cheval de trait ou d’un tracteur. Une personne pédalait pour entraîner le treuil qui tirait la charrue à travers le champ, tandis qu’une autre personne la guidait.

Il a fallu environ une heure à 2 personnes pour labourer 150 mètres carrés. La seule difficulté était que le treuil avait tendance à casser ou à briser les outils à main ordinaires. Du fait de ce problème et parce que l’Energy Cycle était si prometteur comme outil de jardin et d’agriculture, l’équipe de recherche avait construit un treuil à pédales spécialisé et des outils dédiés.

Cette unité plus compacte - simplement deux pédales séparées par une bobine montée sur des paliers, incorporés dans un châssis qui supportait aussi le siège, était aussi capable de tirer plus de 450 kg pour un effort de pédalage moyen, amplifiant la force humaine presque d’un facteur dix. En combinaison avec un châssis spécial qui pouvait porter différents accessoires, l’unité a été utilisée avec succès pour tirer, chasser la neige, arracher de petites souches, et tracter des semoirs, des herses, et des rateaux à foin.

Les travaux exigeant une traction intense et lente, tels que le labour dans un sol lourd utilisaient la petite vitesse. Les deuxième et grande vitesses étaient utilisées dans les travaux plus faciles comme passer la herse ou le cultivateur. Afin de pouvoir le déplacer latéralement pour cultiver une rangée après l’autre, un treuil à pédales peut être monté sur des patins. En fonctionnement, le poids de l’opérateur fournit un ancrage suffisant.

Le moteur humain à volant d’inertie

Le moteur humain à volant d’inertie, conçu en Inde par J.P. Modak, un professeur émérite d’ingénierie, est une variante intéressante de machine à pédales polyvalente. La caractéristique remarquable de la machine de Modak - qui est en développement depuis 1979 - est qu’elle peut délivrer beaucoup plus de puissance que l’homme qui l’actionne.

Le moteur humain à volant d’inertie peut délivrer beaucoup plus de puissance que la personne qui l’utilise

Le système mécanique utilise l’énergie humaine et l’emmagasine dans un volant d’inertie. Le rythme de fourniture d’énergie est adapté à celui qui pédale. Après avoir stocké le maximum d’énergie possible dans le volant d’inertie (le temps de pédalage nécessaire est de 1 à 2 minutes), l’énergie est rendue disponible pour actionner l’unité de traitement par la libération rapide de l’énergie emmagasinée dans le volant d’inertie, via un embrayage adapté. Le principe ne marche que quand le traitement peut être de nature intermittente sans affecter le produit final.

Le moteur humain à volant d’inertie a été développé initialement pour la fabrication de briques pour un office de logement de Mumbai, en Inde. Depuis, il a été utilisé avec succès dans plusieurs activités productives rurales, comme le relevage de l’eau, le traitement de formations d’algues, le tournage du bois, le vannage, l’effeuillage du bois, la production d’électricité et l’entraînement d’un marteau de forge.

Ce dispositif mécanique serait capable d’alimenter des processus nécessitant jusqu’à une puissance de 6 chevaux (bien qu’à ce jour la puissance maximale atteinte soit de 2 chevaux). Ce serait de 20 à 60 fois environ ce qu’un homme peut en moyenne soutenir soit momentanément (300 W) soit pendant de longues périodes (100 W).

L’unité de production d’énergie se compose d’un cadre de bicyclette qui fournit un siège et un guidon, d’une paire de multiplicateurs de vitesse, et d’un volant d’inertie d’un mètre de diamètre. La transmission se compose d’un embrayage spiral et d’une paire d’engrenages multiplicateurs de couple. En particulier, pour la fabrication de briques, l’unité de traitement se compose d’une tarière, d’un cône, d’une filière, utilisés conventionnellement dans les extrudeurs motorisés pour la fabrication de briques d’argile.

Combiner les puissances du pédalage stationnaire et du pédalage mobile

David Weightman a développé une approche totalement différente des machines à pédales polyvalentes. Son concept (et son prototype) était inspiré du Dynapod, mais Weightman a ajouté un aspect : la machine doit rester utilisable pour se déplacer. Son unité de puissance à pédales (PPU pour Pedal Power Unit) était constituée d’une roue de bicyclette dans une fourche montée sur un cadre doté d’une selle.

Cette unité pouvait donc être utilisée indépendamment pour actionner une machine via une prise de force mais pouvait aussi être connectée à un châssis à deux roues pour former un tricycle porteur de charge. De plus, une PPU pouvaient être connectée en série avec d’autres pour des applications nécessitant plus de puissance. Weightman justifait son concept en insistant sur le lien étroit entre le transport et l’utilisation de machines dans l’agriculture et la production industrielle.

“Dans un cycle de culture typique, la semence et l’engrais sont transportés jusqu’au champ, les récoltes sont produites et transformées avec des machines, et les récoltes sont ensuite transportées jusqu’au marché. On retrouve des schémas similaires dans la construction et la production industrielles à petite échelle.

L’utilisation d’une unité de puissance à pédales à cette double fin est exactement analogue à l’emploi des tracteurs dans l’agriculture Européenne comme sources de puissance et comme moyens de transport. La PPU convient aussi bien que le Dynapod pour faire fonctionner plusieurs machines mais elle est plus réaliste économiquement pour un agriculteur seul, du fait de la capacité de cette machine à être un moyen de transport.”

Bicyclette à Double Usage

Job Ebenezer de l’ONG “Technologie du pauvre” (Technology for the Poor) a poursuivi le développement de cette idée, en la simplifiant grandement par la substitution d’une bicyclette au tricycle. A première vue, sa Bicyclette à Double Usage ressemble beaucoup aux unités de génération d’électricité que l’on trouve aujoud’hui sur le marché, bien qu’elle soit non seulement destinée à produire de l’électricité, mais aussi à entraîner mécaniquement de nombreuses machines.

Ce modèle ingénieux, principalement d’usage agricole, se compose d’un tout petit volant d’inertie attaché à une bicyclette standard, ce qui permet son utilisation comme machine à pédales pour actionner de nombreux engins mécaniques de petite taille, comme des broyeurs à céréales, des moulins, des vanneuses, des éplucheuses de cacahuètes, des égreneuses de maïs, des scies circulaires, des tours à bois, des pompes à eau, des générateurs électriques et une série d’autres petits outils.

Quelques minutes suffisent pour passer cet engin du mode véhicule au mode unité de puissance à pédales. Le support large qui donne une grande stabilité pendant la production d’énergie peut être replié vers le haut en mode véhicule et se transformer en porte-bagages. Le générateur de puissance reste attaché à la bicyclette en mode véhicule, si bien qu’il peut être transporté facilement et utilisé immédiatement. Bien sûr cette unité de puissance à pédales est un compromis, mais ce compromis est intéressant.

Contrairement aux modèles modernes, la Bicyclette à Double Usage a un petit volant d’inertie et elle n’utilise pas l’entraînement par friction, à cause de la faible efficacité de celui-ci. En mode moteur, la chaîne du vélo elle-même est retirée du pédalier, et une chaîne spéciale est installée pour le mécanisme de prise de force. Changer de démultiplication est aussi simple que sur un vélo de route. Pour entraîner des engins plus puissants, un volant d’inertie plus grand peut être placé entre le module de puissance et l’unité de traitement.

Les pédaliers

Les nombreux avantages des machines à pédales ne rendent pas obsolètes les manivelles ou des machines à coudre anciennes. Tous les équipements n’ont pas besoin de surcroît de couple apporté par le pédalage. Les manivelles et les pédaliers peuvent être une meilleure option si les besoins de puissance sont faibles, ou si la puissance n’est nécessaire que sur une courte période.

Un engin à manivelle est beaucoup plus compact qu’un engin à pédales. Si les mains doivent rester disponibles lorsqu’on fait fonctionner un équipement de faible puissance, les pédaliers restent le meilleur choix parce qu’ils offrent à l’opérateur plus de liberté de mouvement que les pédales.

Bien sûr, les deux mécanismes peuvent aussi bénéficier des avantages des dispositifs et des matériaux modernes - y compris les multiplicateurs de vitesse ou de couple. L’unité de cuisine R2B2 du concepteur Allemand Christoph Thetard en est un bon exemple (même si elle n’est pas commercialisée, malheureusement).

Elle combine 3 équipements ménagers avec une unité centrale d’entraînement. Le coeur de l’unité est un volant d’inertie animé par un pédalier qui fonctionne comme un stockage d’énergie à court terme (comme dans le moteur humain à volant d’inertie), capable de fournir plus de 350 W (de puissance mécanique) aux équipements. Comme les machines de la fin du XIXe siècle, et au contraire des engins de cuisine d’aujourd’hui, l’unité R2D2 est construite pour durer.

Réduire les coûts et les pertes d’énergie dans la production d’électricité à pédales

Beaucoup de machines modernes ne peuvent pas être entraînées directement par l’énergie mécanique. C’est particulièrement vrai pour les équipements électroniques (commes les ordinateurs, les téléphones portables, les télévisions, les routeurs, etc. ), mais c’est aussi le cas des réfrigérateurs et des ampoules pour l’éclairage. Si nous voulons conserver ces commodités, nous devons trouver des façons d’optimiser l’électricité produite par le pédalage. Il y a plusieurs façons de faire.

1. Construire un générateur de toutes pièces

Parce qu’elle a peu d’inconvénients, la meilleure façon de commencer est de construire de toutes pièces un générateur à pédales, plutôt que d’utiliser une bicyclette sur un support d’entraînement. Cela permet de remplacer le couplage par friction par un couplage beaucoup plus efficace, comme une transmission par chaîne, et d’ajouter un volant d’inertie.

Des volants d’inertie en acier existent sur les vélos d’entraînement les plus onéreux. Cependant, on peut faire un volant d’inertie très économique, low-tech et tout aussi efficace en utilisant un roue remplie de béton ou un plateau de table en bois. C’est cette dernière solution qui est utilisée sur le Tracteur à Pédales (Pedal Powered Prime Mover - PPPM) fabriqué par David Butcher. Le PPPM est l’un des quelques bons exemples de générateur d’électricité à pédales construits de toutes pièces (les plans sont vendus au prix de 50 $, on estime à 230 $ le prix de la version à fabriquer soi-même). Le PPPM est construit sur un cadre en acier fait de supports d’étagères en acier.

Bien que le PPPM utilise un couplage par friction, ce couplage est plutôt efficace car il est simplement alimenté par une roue en bois - le volant d’inertie. Puisqu’une pression de pneu plus élevée augmente l’efficacité d’un couplage par friction, on peut voir une roue en bois comme une roue de bicyclette à la pression optimale. De plus, le volant d’inertie est entraîné directement par les pédales, ce qui élimine la perte d’énergie dans la chaîne et les pignons (c’est un ’entraînement direct’ en d’autres termes). Le seul inconvénient de cette méthode est que l’on ne peut pas changer de vitesse.

Butcher (qui a construit sa première machine dans les années 1970) affirme un gain d’efficacité de 25 à 50 % par comparaison à une bicyclette standard sur un support d’entraînement. Elément intéressant, le PPPM peut aussi alimenter certains engins comme une pompe à eau, un marteau, un burin, un compresseur d’air et une scie à métaux. Construire une machine à pédales de toutes pièces peut ainsi vous offrir le meilleur des deux mondes.

2. Se débarrasser de l’électronique

On peut aller beaucoup plus loin dans l’amélioration de l’efficacité d’un générateur à pédales. Dans le cas le plus extrême, on peut se débarrasser du régulateur de tension, du convertisseur et de la batterie, ce qui ne laisse que les pertes d’énergie du générateur. Ou bien on peut laisser de côté l’un ou l’autre de ces composants.

En poussant à l’extrême, on peut se débarrasser du régulateur de tension, du convertisseur et de la batterie, ce qui ne laisse que les pertes d’énergie du générateur.

Cependant, toutes ces mesures ont un prix. Si l’on se débarrasse du convertisseur, il faut remplacer les appareils électriques utilisés. Dans ce cas, il faut des équipements en courant continu (DC), comme ceux que vous pouvez brancher sur l’allume-cigare de votre voiture.

Donc si vous vous débarrassez du régulateur de tension, et plusieurs des générateurs à pédales sont livrés sans - vous devrez surveiller attentivement un multimètre tout en pédalant pour vous assurer que la tension ne dépasse pas la capacité de la batterie (ou de l’équipement que vous alimentez si vous vous débarrassez aussi de la batterie). Sinon, vous pourriez détruire la batterie (ou l’équipement, si vous n’utilisez pas de batterie). Un volant d’inertie peut être d’un grand secours ici, parce qu’il lisse non seulement l’entrée d’énergie (la force alternativement forte et faible d’un rythme naturel de pédalage) mais aussi sa fourniture, et maintient la tension électrique relativement constante.

3. Se débarrasser de la batterie

Se débarrasser de la batterie ou la remplacer par un gros condensateur, beaucoup plus efficace et robuste, est probablement la chose la plus bénéfique que l’on puisse faire, pas seulement en terme d’efficacité, mais aussi de coût, de fiabilité, et - en particulier - de durabilité. (Les condensateurs ont une durée de vie beaucoup plus longue que les batteries, mais une densité d’énergie nettement plus faible.) Cependant, on perd alors l’intérêt de produire de l’électricité et de la stocker pour un usage futur. Dans ces conditions, il faudra pédaler en même temps que l’on utilise l’équipement, comme c’est le cas avec la transmission mécanique directe.

Que ce soit adapté ou non dépend de l’utilisation visée pour le générateur. Si l’objectif est principalement de charger un ordinateur portable ou un téléphone portable, ne pas avoir de batterie pour stocker l’électricité n’est pas un problème puisque l’équipement lui-même en est doté. En revanche, s’il s’agit d’allumer la cage d’escalier ou d’alimenter une télévision, un ordinateur, une guitare électrique ou un petit réfrigérateur, cela devient très pénible. Pour diffuser de la musique enregistrée et danser, il serait difficile de se passer de batterie.

4. Construire des usines de production à pédales à grande échelle

Améliorer l’éfficacité de la production d’électricité par le pédalage devient plus facile quand on l’organise à plus grande échelle. Dans la plupart des projets artistiques et éducatifs décrits précédemment, comme le programme de la BBC ou les concerts alimentés par le pédalage, aucune batterie n’est utilisée. La clef ici est que ce n’est pas la même personne qui à la fois produit et consomme de l’électricité, mais un grand groupe de personnes, parmi lesquelles certaines produisent de l’électricité, tandis que d’autres la consomment.

De façon similaire, de grandes centrales électriques à pédales peuvent produire l’électricité, qui est ensuite distribuée dans les maisons, les boutiques, les espaces publics et les usines. Cela est plus efficace que de le faire séparément dans chaque maison, parce que l’on peut se débarrasser des batteries, tout en offrant de l’électricité 24h sur 24. Les centrales ajouteraient simplement plus de pédaleurs lorsque la demande est importante (comme pendant les heures de pointe) ou les renverraient à la maison quand la demande est faible (la nuit, par exemple)

Les centrales électriques à pédales pourraient être une solution d’appoint valable aux sources d’énergie renouvelables

Les centrales à électricité d’origine humaine devraient éviter les pertes de transmission de l’actuel réseau électrique, qui est extrêmement centralisé. Il vaudrait mieux qu’elles soient situées dans chaque village et chaque quartier d’une ville. Selon ce scénario, il devient aussi possible de se débarrasser des convertisseurs pour passer d’un réseau de distribution électrique en courant alternatif à un réseau en courant continu, puisque ce dernier a seulement été choisi parce qu’il était plus efficace pour transporter l’électricité sur de plus grandes distances.

L’avenir des machines entraînées par des pédales

Si nous relancions la recherche sur les équipements alimentés par le pédalage, en essayant de rattraper 70 ans d’opportunités manquées - et que nous oeuvrions dans la bonne direction, les pédales et les manivelles pourraient apporter une contribution importante au fonctionnement d’une société post-carbone qui conserve beaucoup des facilités de la vie moderne. Par conséquent, les possibilités de l’énergie du pédalage dépassent largement l’usage de la bicyclette.

Les pédaleurs pourraient faire tourner l’agriculture, les usines, la construction, les mines et même d’autres moyens de transport que les bicyclettes : les transports par câbles, les trains à câbles, les bateaux-trolleys. Les centrales électriques à pédales pourraient constituer une solution d’appoint pour les sources d’énergie renouvelables intermittentes, et remplacer le charbon, le gaz et le nucléaire comme source d’énergie de base quand le soleil et le vent nous laissent tomber.

La puissance humaine est disponible 24 heures sur 24, n’est pas affectée par les changements de temps, est facilement transportable, et peut être facilement stockée pour un usage futur. Au contraire du vent et de la biomasse, cette source d’énergie ne sera jamais épuisée, car son potentiel suit le rythme de la croissance de la population. La puissance du pédalage aiderait à lutter contre le chômage, et produirait une force de travail en forme et en bonne santé, ainsi que de beaux derrières en grande quantité.

Les limites de la puissance du pédalage

Naturellement, la puissance du pédalage ne changera quelque chose que si nous réduisons drastiquement notre consommation énergétique. Tandis que des athlètes peuvent produire une puissance de plus de 2000 W sur une bicyclette, ils ne peuvent tenir ce rythme que sur une période de quelques secondes. La puissance que peut délivrer une personne dans la moyenne est beaucoup moins impressionnante : 75 W ou 1 “hup”. Cette unité de mesure (sigle pour puissance humaine (_hu_man _p_ower) ) a été proposée en 1984, et nous apprend qu’une personne peut en moyenne soutenir 1 hup pendant toute une journée, 2 hups (150 W) pendant à peu près 2 heures, 3 hups (225 W) pendant environ 30 minutes, et 4 hups (300 W) brièvement seulement.

L’absence de vents rafraîchissants auto-produits peut causer l’hyperthermie

Une autre raison de ne pas être indûment optimiste quant à la production d’énergie du pédalage stationnaire est le fait que le pédaleur stationnaire n’a pas besoin de vaincre la résistance de l’air. Cela semble une bonne chose, parce qu’à des vitesses plus élevées un cycliste consacre l’essentiel de son énergie à compenser la résistance de l’air. Cependant, la résistance de l’air protège aussi le corps humain actif contre l’hyperthermie.

On a montré que la puissance de sortie mesurée par des ergomètres (vélos stationnaires utilisés pour mesurer la puissance motrice des cyclistes) est sensiblement plus faible que celle produite par la même personne sur la route à cause de l’absence de vents raffraîchissants auto-produits, ce qui peut avoir pour conséquence l’hyperthermie (le problème se pose aussi dans les vélomobiles). Un ventilateur (auto-entraîné) pourrait rafraîchir les pédaleur stationnaire, mais ce n’est qu’une solution partielle. Comme David Wilson le note dans Bicycling Science (La Science de la Bicyclette) :

“Le flux d’air relatif produit par le déplacement du vélo est d’une telle intensité qu’il n’a guère de ressemblance avec les bouffées produites par les petits ventilateurs électriques souvent utilisés pour refroidir les personnes qui pédalent sur un ergomètre. A une vitesse d’environ 9 m/s, 150 W sont dissipés dans l’air. Même si des ventilateurs de cette puissance étaient utilisés [ce qui rendrait négative la puissance produite par le pédaleur, kdd], l’effet raffraîchissant serait bien inférieur à celui d’un cycliste en mouvement, parce que l’essentiel de la puissance du ventilateur est dissipée en frottements de l’air dans d’autres zones que le corps du sujet.”

Alors que la production de chaleur corporelle pourrait avoir des effets secondaires intéressants en hiver - le cycliste, et même d’autres personnes dans une petite pièce ne devraient pas avoir besoin de chauffage - cela n’en limiterait pas moins l’énergie que l’on peut tirer du pédalage. Pédaler dehors quand il y a du vent pourrait aider, mais ce n’est pas toujours possible.

On recrute 1.2 milliard de pédaleurs pour le Royaume-Uni

Cependant, le problème principal réside dans le besoin de pédaleurs. Pour s’en faire une idée, voyons combien de personnes seraient nécessaires si l’on voulait utiliser la puissance du pédalage dans une centrale énergétique de base. Une famille britannique moyenne consomme environ 13 kWh d’électricité par jour (une famille américaine consommerait au moins deux fois plus).

Si nous considérons une perte d’énergie relativement faible de 25 % pour convertir la puissance humaine en électricité, cela demanderait 173 h de pédalage à 100 W (donc plus qu’un hup) pour produire 75 Wh par heure. Si nous supposons une consommation d’électricité qui est uniformément répartie sur 16 h et aucune consommation d’électricité la nuit, cela nécessiterait deux équipes de 10 personnes qui pédaleraient chacune 8 heures sans interruption. Et cela ne concerne que l’usage domestique de l’électricité.

Si nous considérons la consommation totale d’électricité au Royaume-Uni, chaque personne a besoin de 15.7 kWh par jour, ou deux équipes de 10 personnes pédalant chacune pendant 8 heures sans arrêt. Le Royaume Uni aurait besoin de faire venir une force de travail de 1.2 millard de personnes (un nombre égal à la population indienne) pour accéder à l’indépendance énergétique en pédalant, et interdire à ces gens d’utiliser de l’électricité eux-mêmes.

Ici, nous n’avons même pas pris en compte les pics de demande, mais la consommation moyenne. Et il n’est question que de la consommation d’électricité, pas du chauffage ou des carburants pour le transport. Bien sûr, le vent et le soleil pourraient contribuer à diminuer le besoin de puissance du pédalage comme source de base. Mais lorsqu’il n’y pas de soleil ou pas de vent, il faut trouver une source complémentaire.

D’un autre côté

Dans d’autres parties du monde, les choses sont légèrement différentes. Si tous les népalais pouvaient pédaler 2 heures par jour, le pays serait entièrement alimenté par le pédalage, même sans le support d’autres énergies renouvelables. Chose intéressante, l’ONG Ecosystems Nepal distribue des générateurs de puissance à pédales aux villages népalais où ces générateurs sont utilisés dans un scénario quelque peu semblable à celui envisagé plus haut. Un village est équipé d’un générateur de puissance à pédales, qui est actionné 8 heures par jour pour charger de grosses batteries.

Le problème principal de notre approche des machines entraînées par le pédalage est que nous les comparons aux machines entraînées par les énergies fossiles et pas aux inefficaces outils et machines actionnés par l’homme avant celles-ci

La ‘centrale électrique’ de ce village reçoit la visite des gens de la campagne environnante. Ils passent à peu près une fois par mois pour charger leur petites batteries de motocyclette. Même si l’on tient compte des pertes d’énergie considérables (en utilisant des grosses batteries pour en charger de plus petites), un générateur à pédales produit assez d’électricité pour 200 maisons. C’est possible parce que les petites batteries n’ont besoin que d’alimenter des lampes à led de 0.2 W, suffisantes pour lire un livre. Je crains que même mon Kindle ne consomme plus que cela, et il n’a pas d’éclairage de lecture.

Les pédales et les manivelles ne résoudront rien si nous décidons de nous accrocher à notre style de vie intensif en énergie - mais alors, il en va de même de tout autre source d’énergie renouvelable (ou même non-renouvelable). Le problème principal de notre approche des machines entraînées par le pédalage est que nous les comparons aux machines entraînées par des machines alimentées par les énergies fossiles et pas aux inefficaces outils et machines actionnés par l’homme dans le passé.

Ceci explique pourquoi on se moque souvent de la puissance des pédales dans le monde occidental, alors qu’on les accueille avec enthousiasme dans les pays en développement, dans lesquels, par exemple, les méthodes agricoles continuent de reposer massivement sur l’utilisation de la puissance humaine avec des outils primitifs qui sont habituellement inefficaces. C’est un scénario dans lequel la lumière est produite par des lampes à kérosène sales et inefficaces, ou dans lequel il n’y a pas de lumière du tout.

Ironiquement, les villages des pays les plus pauves du monde développent des sociétés soutenables, indépendantes des combustibles fossiles, tout en bénéficiant des facilités modernes quoique minimales, tandis que nous continuons à être de plus en plus dépendants des sources d’énergie de plus en plus sales et dangereuses, et de sources d’énergie en déclin.

Sources

• “Pedal Power in Work, Leisure and Transportation”, edited by James McCullagh, Rodale Press, 1977. Still the best resource on pedal powered machines.
• “The Human-Powered Home: Choosing Muscles Over Motors”, Tamara Dean, New Society Publishers, 2008. Very good book on human powered machines, both hand and foot powered. Includes half a dozen plans to convert bicycles into stationary pedal powered machines.
• “Bicycling Science”, Third Edition, David Gordon Wilson, 2004
• “The Dynapod: a pedal power unit” (pdf), Alex Weir, 1980. More here.
• “The use of pedal power for agriculture and transport in developing countries” (pdf), David Weightman, Lanchester Polytechnic, 1976
• “Design of a human-powered utility vehicle for developing communities”, Timothy J. Cyders, 2008
• “Supplement, Energy for rural development”, National Research Council, 1981
• “Tales from the Blue Ox”, Dan Brett, 2003
• “Bicycles and tricycles”, Archibald Sharp, 1896
• “In search of the massless flywheel” (pdf), John S. Allen, Human Power (Fall/Winter 1991-1992)
• “Design and development of a human-powered machine for the manufacture of lime-flyash-sand bricks”, J.P.Modak & S.D.Moghe, Human Power (Spring 1998)
• “Human Powered Flywheel Motor: concept, design, dynamics and applications”, J.P.Modak, 2007
• “Modern mechanism: exhibiting the latest progress in machines, motors, and the transmission of power”, Benjamin Park, 1892
• “Make electricity while you exercise”, Mother Earth News, 2008
• “Luther’s tool grinders” (pdf, 5.8 MB), hand and foot powered grinders catalog. Hosted at Toolemera Blog.
• “Woodworkers’ tools and machines” (pdf, 29 MB), product catalogue no.25, 1884, Richard Melhuish Ltd., Tool and Machine Merchants, London. Hosted at Toolemera Blog.
• “Science & civilisation in China, Vol.5, Part 9”, Joseph Needham, 1988