Comment mesurer le rendement

Le rendement du SPEEDHUB est résumé dans Rendement. Cet article explique pourquoi différentes mesures donnent des chiffres différents pour la même transmission — et comment Rohloff a mesuré.

1. Le pédalage n’est pas régulier

Un cycliste pédale à cadence presque constante, mais le couple pulse fortement à chaque tour de manivelle : les mesures ont montré environ 5 % de variation de cadence, mais plus de 90 % de variation de couple. Chaque pièce qui transmet l’effort — chaîne, plateau, roulements, engrenages — est chargée et déchargée deux fois par tour.

Puissance et cadence	100 W, 75 tr/min	300 W, 75 tr/min	575 W, 50 tr/min
Couple maximal	21,6 Nm	68 Nm	200 Nm
Couple minimal	3,8 Nm	8 Nm	20 Nm

Les bancs d’essai sont entraînés par un moteur électrique à couple régulier. La question est donc : quelle puissance constante correspond à la charge réelle, pulsée ? Le banc d’usure chaînes et plateaux de Rohloff a donné la réponse : des pièces roulées en moyenne à 150 W, avec un couple pulsé entre 5 et 30 Nm, ne s’usaient comme les pièces d’essai qu’à 30 Nm constants. Comme l’usure et les pertes par frottement ont les mêmes causes, un banc doit travailler au couple maximal, pas au couple moyen — autrement dit, une sortie à 80 W se reproduit, à cadence égale, avec environ 160 W au banc.

2. Deux sortes de pertes

• Pertes proportionnelles à la puissance : frottement des pièces en mouvement sous charge — maillons, engrenages, roulements. Elles croissent avec la puissance transmise.
• Pertes indépendantes de la puissance : joints, surfaces de roulement, brassage du lubrifiant. Elles ne dépendent pas de l’effort, seulement de la vitesse, de la température et de la viscosité.

Deux transmissions imaginaires, toutes deux à 91 % sous 50 W :

Puissance d’entrée	50 W	100 W	200 W	300 W	400 W	500 W
Système A : 7 % + 1 W	91,0 %	92,0 %	92,5 %	92,7 %	92,75 %	92,8 %
Système B : 3 % + 3 W	91,0 %	94,0 %	95,5 %	96,0 %	96,3 %	96,4 %

À faible puissance, ce sont les pertes indépendantes qui dominent, à forte puissance les pertes proportionnelles. Les courbes C et D montrent les mêmes transmissions quand la perte des joints passe de 1 W à 2 W sous l’effet de la chaleur ou d’un film lubrifiant modifié (A → C), ou baisse de 3 W à 2 W (B → D) :

Sous 200 W, une variation de ±1 W suffit à déplacer le résultat de plusieurs pour cent — et elle peut survenir pendant une même mesure, car la chaleur de frottement modifie elle-même les conditions. Sous 200 W, un rendement ne vaut donc qu’à partir de nombreuses répétitions, et toujours sous forme de bande avec limites haute et basse. Au-delà de 200 W, la variation devient négligeable.

3. Ton rendement compte aussi

Le but n’est pas le meilleur chiffre mécanique, mais la part de l’énergie fournie qui devient avancement. Le rendement musculaire atteint environ 25 % avec la bonne force et la bonne vitesse de mouvement, mais sur une vitesse inadaptée il perd facilement 10 points — bien plus que l’écart entre systèmes de transmission.

Rendement	Cycliste A	Cycliste B
Rendement musculaire	24 %	22 %
Rendement de la transmission	93 %	97 %
Total	22 %	21 %

Le cycliste A, sur la bonne vitesse, est plus efficace avec la moins bonne transmission que le cycliste B sur la mauvaise. Selon la médecine du sport, l’écart entre vitesses doit rester sous 15 % pour que les vitesses voisines conviennent dans les deux sens — c’est pourquoi plage et nombre de vitesses vont toujours avec le rendement. Voir Comparaison des développements.

4. La mesure de Rohloff

C’est toute la transmission qui a été mesurée — boîtier, chaîne, plateaux, moyeu ou boîte —, en simulant un cycliste sportif à environ 160 W avec des pics de couple de 50 Nm (285 N sur la pédale) :

Paramètre	Valeur
Cadence	60 tr/min
Puissance de freinage (constante)	314 W
Couple d’entraînement	50 Nm

En comparaison : un dérailleur 24 vitesses (plateaux 46, 36 et 26 dents, cassette 11–28) et un SPEEDHUB (46/16), tous deux rodés sur environ 100 km. Les essais ont été répétés plusieurs fois ; la tolérance est de ±0,5 %.

• Dérailleur : mesuré propre et bien lubrifié, puis avec une chaîne et des pignons sales d’environ 1 000 km — avec les pièces usagées, le rendement était en moyenne 1 % plus bas.
• SPEEDHUB : mesuré aussi avec une chaîne et un pignon de 1 000 km — aucune différence mesurable.

Le rendement du SPEEDHUB suit exactement le nombre de trains épicycloïdaux en charge à chaque vitesse :

Vitesse	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Trains en charge	2	2	3	1	3	2	2	1	1	2	0	2	1	1

La meilleure est la 11e — la prise directe, où aucun train ne travaille. Les vitesses 1 à 7 dessinent le même motif que 8 à 14, environ 2 % plus bas, car le troisième train réduit en plus. Quel train travaille à quelle vitesse : Les 14 vitesses de l’intérieur.

À retenir

• Une mesure à couple constant sous 200 W dit peu de chose en pratique — à allure sportive, un cycliste dépasse nettement 100 W.
• Comparer les rendements toujours avec leur bande de tolérance, et avec la plage et le nombre de vitesses.
• Saleté, lubrification et usure touchent surtout les transmissions ouvertes — à peine le SPEEDHUB étanche.