CAPET Externe - SII - 2021 - Option ingénierie mécanique - Étude d'un système, d'un procédé ou d'une organisation

CAPET concours externe

Section : Sciences Industrielles de l’Ingénieur
Épreuve d'admissibilité
Option ingénierie mécanique

Support : Vélo à assistance électrique

Mise en situation

1. Contexte

De nos jours, les habitants d’une grande agglomération, ou à proximité, recherchent une solution de remplacement ou de substitution à la voiture. Il s’agit de pouvoir se déplacer rapidement sur le lieu de travail, en respectant l’environnement, sans se mettre en danger et en maintenant une bonne condition physique.

Parmi les solutions existantes, le vélo à assistance électrique est celle de plus en plus prisée des citadins.

Comme le fait remarquer André Ghestem, directeur général France de Shimano, « Parce que les Français aspirent à des choix de mobilité de plus en plus complémentaires, qualitatifs et adaptés à leurs usages, le marché du cycle ne cesse de se diversifier. Cette tendance représente une opportunité formidable pour les acteurs du secteur, qui doivent répondre à une demande croissante d’articles à forte valeur ajoutée, en particulier en ce qui concerne les accessoires et composants. Autant de belles perspectives pour le marché du cycle. L’année 2019 conforte une tendance positive pour le marché́ du cycle ». Cela se vérifie dans les chiffres : l’Observatoire du Cycle confirme une progression des ventes de vélos électriques sur l’année 2018 avec plus de 2,7 millions de vélos vendus en France. Le marché du cycle a poursuivi sa progression en 2019, avec 2,33 milliards d’euros de chiffre d’affaires, soit une augmentation de 10,1 % par rapport à 2018.

Le législateur français définit le vélo à assistance électrique, appelé par abus de langage vélo électrique, comme un véhicule dérivé de la bicyclette, équipé d'un moteur électrique auxiliaire et d'une source d'énergie, généralement une batterie rechargeable. Contrairement aux cyclomoteurs ordinaires ou aux trottinettes électriques, il est nécessaire de pédaler pour que le moteur d'un vélo à assistance électrique entre en fonction.

L'article R. 311-1 du code de la route donne une définition du VAE transposée de la directive européenne 92/61/EEC « 6.11 : cycle à pédalage assisté, équipé d'un moteur auxiliaire électrique d'une puissance nominale continue maximale de 0,25 kilowatt dont l'alimentation est réduite progressivement et finalement interrompue lorsque le véhicule atteint une vitesse de 25 km/h, ou plus tôt, si le cycliste arrête de pédaler »

2. Présentation du système étudié

La société Moustache Bikes, créée en 2010 et implantée dans le département des Vosges (88), propose une certaine vision du vélo à assistance électrique. La volonté de cette société est de proposer des vélos alliant design, confort et ergonomie. Moustache Bikes propose une gamme structurée en 13 familles couvrant les usages suivants : urbain, tout chemin, route, VTT, enfant et tandem. Cette gamme compte près de 65 vélos.

Le système étudié est le modèle urbain « ville pratique » Lundi 26.2, voir figure 2. Ce modèle est le premier né de la famille Moustache Bikes, pour qui ce vélo est l’« Accord parfait moteur/transmission offrant confort et fonctionnalités incroyables, particulièrement adaptées aux villes au relief limité ».

Ce vélo est destiné à une utilisation urbaine, sur routes goudronnées, pavées ou encore pistes cyclables. Ce vélo pourra occasionnellement être utilisé sur des routes gravillonnées ou non revêtues en bon état. Il n’a en revanche pas été conçu pour des sauts et un usage tout-terrain, accidenté et/ou en compétition.

Ce vélo est conforme aux normes :

• EN 14764 « Bicyclettes utilisées sur la voie publique » ;
• EN 15194 « Cycles à assistance électrique » ;
• ISO 4201 « Cycles - Exigences de sécurité des bicyclettes ».

Un diagramme des exigences partiel, un diagramme de cas d’utilisation et un schéma chaîne de puissance – chaîne d’information sont fournis.

Études proposées

POURQUOI CHOISIR UN VÉLO À ASSISTANCE ÉLECTRIQUE ?
Objectif : vérifier la pertinence d’un vélo à assistance électrique pour l’utilisateur défini.

DE L’IMPORTANCE DES PNEUMATIQUES
Objectifs : déterminer la puissance nécessaire pour déplacer le cycliste afin de dimensionner le moteur d’assistance ; justifier le type de pneumatique pour garantir le confort du cycliste.

UNE VARIATION DE VITESSE TOUT EN FLUIDITÉ
Objectif : vérifier que le variateur de vitesse choisi répond à l’exigence Id 6.1.

EMPLACEMENT ET CHOIX DU MOTEUR
Objectif : justifier le positionnement du moteur électrique.