Cyclowatt par Bretz'selle

Introduction

Le Cyclowatt est une animation ludique permettant de mettre en valeur l'énergie développée par le corps humain en transformant l'énergie mécanique du pédalage en énergie électrique, alimentant des machines type éclairage, chaîne hifi, ventilateur, etc … . L'utilisateur prend conscience de l'effort nécessaire pour mettre en marche des objets du quotidien et mesure le prix (au sens non-mercantile) de l'énergie. Par le fait que le corps humain est la seule source d'énergie du Cyclowatt, l'utilisateur se rend aussi compte de toutes les possibilités qu'offre un tel système , surtout en terme d'autonomie énergétique. Enfin, le Cyclowatt permet également de montrer que le vélo est le système optimal pour exploiter l'énergie du corps humain et en faire soit de l'électricité gratuite, soit tout simplement un moyen de transport autonome et efficace.

Le Cyclowatt a été concu par Benjamin Friess <friessb@gmail.com> et Marie Schwebel <schwebel.marie@gmail.com> en 2016 . Il se compose d'un vélo sur pied muni d'une roue motrice provenant d'un vélo électrique. Le moteur est utilisé comme une dynamo et transforme le mouvement mécanique en courant électrique. Ce courant est acheminé jusqu'à la carte électronique, située dans une des deux tours de lumière (échelle des watts), qui va ensuite distribuer le courant dans les différentes machines connectées.

Ce mode d'emploi va vous expliquer comment se déroule l'animation, comment fonctionne basiquement le Cyclowatt puis comment l'installer avant de voir en détail la conception électronique du système. Cette dernière partie nécessitant des connaissances de base en électronique.

Principe de jeu

Le valeureux cycliste ayant pris son courage à deux mains et bravé la peur de l'inconnu vient de s'installer sur le Cyclowatt et commence à pédaler. Ne sentant pas beaucoup de résistance dans les pédales il s'y donne à coeur joie mais va vite déchanter. En effet, les machines qui vont avoir besoin d'énergie vont s'allumer progressivement les unes après les autres.

Au tout début, la première ampoule de l'échelle des watts et l'auto-radio s'allument. Une seconde machine va s'allumer après un certain temps si le cycliste continue de pédaler assez vite. Un feu tricolore est là pour indiquer si le pédalage est bon (vert), presque insuffisant (orange) ou insuffisant (rouge). A chaque machine allumée le cycliste va sentir une résistance dans les pédales de plus en plus grande, et il n'arrivera à tout allumer que s'il garde un pédalage constant malgré la résistance.

Cette résistance est naturellement induite par la dynamo, qui doit produire assez de courant pour satisfaire le besoin des machines qui s'allument. Ce phénomène est relativement comparable au moteur à explosion d'une voiture qui monte une pente : plus la pente devient raide plus le moteur doit fournir un effort et monter dans les tours. S'il n'arrive pas à fournir cet effort , il cale. La dynamo du Cyclowatt cale également si le cycliste ne pédale pas assez vite, et toutes les machines s'éteignent. Dès que les machines s'éteignent et que la résistance dans les pédales disparaît, il faut attendre environ 5 secondes sans pédaler pour pouvoir recommencer dès le départ.

On a la possibilité de régler la durée du passage entre chaque palier en jouant sur les potentiomètres situés en bas de la carte électronique. Cela permet de rendre le jeu accessible aux plus petits, ou alors d'augmenter le challenge pour les plus motivés. Pour que le cycliste puisse trouver satisfaction, il est important que l'animateur présent lui explique brièvement le principe de paliers à franchir et la nécessité d'avoir un pédalage constant.

Pour entrer dans des explications plus précises, l'animateur doit toujours avoir en tête qu'il s'agit d'une animation avec une séquence de jeu. Si on voulait exploiter au maximum les capacités du corps humain et allumer toutes les machines d'un coup, on pourrait le faire en pédalant comme un dératé dès le départ , mais du coup l'animation ne durerait que 15 secondes et on perdrait le côté ludique. Le franchissement des paliers est nécessaire pour sentir la résistance augmenter et donc l'effort demandé par chaque machine.

Au plus haut de l'échelle le cycliste produit 200 Watts, ce qui correspond à l'addition de la puissance de fonctionnement de toutes les machines. Voici un article assez clair pour Comprendre les watts sur un vélo et avoir des éléments de comparaison (1028 Watts développés pendant 15 secondes pendant le Tour de France !!!) . Les Watts du corps humain sont relativement comparables aux Watts électriques de notre Cyclowatt même s'il faut prendre en compte le rendement de la dynamo et du système de transmission (pédalier – chaine – roue libre) qui n'est pas de 100 %. Enfin, pour relativiser ou rassurer le cycliste qui s'exclamerait : « Tout ça pour ça ! C'est super dur ! » , on rétorquera que seulement 20 % de son énergie a été transmise à la dynamo, le reste a été dissipé en chaleur ! (« Ah oui c'est vrai que j'ai chaud maintenant » pourra-t-on entendre)

Encore plus de détails dans cette vidéo : Produire le maximum d'électricité avec un vélo

Branchement – Installation

Rentrons maintenant dans la phase pratico-pratique de l'installation du Cyclowatt :

1. Disposer l'échelle des watts et la table des machines de manière à être visible du cycliste et du public.
2. Dérouler le câble qui sort de la dynamo et repérer les 3 embouts munis d'un scotch jaune.
3. Ouvrir la vitre de la carte électronique, sortir les 3 câbles rouges et connecter les embouts. Il n y a aucun ordre à respecter. Faire attention à ce que les câbles ne gênent pas le pédalage !
4. Dérouler le paquet de câbles de la table des machines et les connecter à la carte électronique en respectant la concordance des numéros. Ne pas oublier le feu tricolore et la deuxième échelle des watts.
5. Repérer les câbles de la sono et les brancher aux enceintes. Il n'y a aucun ordre à respecter.
6. Mettre la cassette dans l'auto-radio et brancher son baladeur MP3. Préparer une playlist de sons entraînants et énergiques ! (Le dernier album de Carla Bruni est incompatible avec cette animation, désolé …)
7. Brancher la machine à bulles au transformateur 230V et remplir le bac d'eau savonneuse
8. Alpaguer le chaland
9. Régler la selle au pif (sinon c'est : distance [sommet de la selle – axe du pédalier] = 0,9 x distance [talon – entrejambe])
10. Rapides explications : au début c'est facile – palier à passer – résistance augmente – réussir à pédaler de manière constante – etc ….
11. En avant Guingamp !

Petites choses à savoir :

Ne pas perdre les colliers de serrage (rilsan) qui maintenaient les paquets de câbles

Les écrous des connectiques de la carte électronique ont tendance à se desserrer. Penser à les revisser avant que ça casse.

Fonctionnement détaillé

- dynamo fourni un signal sinusoidale triphasé variant de 0 à 60 V - elle peut fournir 1000Watt mais un humain normal ne peut en tirer que 230 Watt maximum - le signal sinusoidale triphasé est transformé en signal continu grâce à un pont de graetz (6 diodes) et 8 condensateurs en parallèles

- le signal continu est envoyé dans des convertisseurs de tension continu ( DC-DC converter) de type SEPIC : ils transforment le 0-60 V en 12V (tension de fonctionnement des machines) - Les convertisseurs sont branchés en parallèle et ont été calés au dos de la carte

[Photo convertisseur SEPIC]

- SEPIC permet d'optimiser le rendement pour en tirer plus de courant - le signal continu 0-60V est aussi dirigé vers un régulateur de tension 5V qui va alimenter le micro processeur - il est aussi dirigé vers un optocoupleur pour permettre au micro proc de mesurer la tension en étant totalement isolé du reste du circuit ( isolation galvanique de la masse)

- ensuite le micro proc a été programmé pour ordonner la séquence de jeu , les timing , l'ordre d'allumage des machines - Bouton poussoir peuvent modifier le cycle des paliers , on ne sait plus comment , à tester

- un système de décharge permet d'absorber les hautes tensions dans un paquet de résistance en parallèles. Les hautes tensions apparaissent lorsque le Cyclowatt câle.

- idée de développement : programmer le micro proc pour passer en mode « concert » (le cyclowatt alimente juste la chaine hifi , les lumières et la machine à bulles. Plus de palier , juste du fun , le plus longtemps possible)