Avertissement: cette page a été écrite en 2004 et en 2006, et n'est plus mise à jour. Fin 2013, le matériel disponible dans les magasins de vélos a beaucoup progressé. Les diodes blanches sont devenues courantes, les dynamos de moyeu aussi, et il y a des phares efficaces tant pour dynamo que sur piles, ou accumulateur lithium. Aussi, commencez peut-être par faire un tour chez les marchands de vélos, avant de vous lancer dans des réalisations trop hardies.

Bonne nouvelle pour les cyclistes: les diodes blanches de 3W

Depuis des années, j'ai remplacé l'ampoule arrière de mon vélo (6V/0.6W) par des diodes rouges à très haute luminosité. Pour un prix modique, ça brille mieux que l'ampoule, et les ampoules grillées ne sont plus qu'en mauvais souvenir. Voir la description du montage ici.

Pour l'avant, l'ampoule restait par contre la seule solution. Sur dynamo, c'est une ampoule 6V/2.4W, soit traditionnelle soit halogène (plus chère mais plus durable et surtout plus lumineuse). Les diodes jaunes existent depuis longtemps mais avec un mauvais rendement. Les diodes blanches de 20mA existent aujourd'hui mais sont en général peu puissantes: cela convient pour une lampe frontale de randonneur, pas pour un phare de vélo.

Situation désespérée? Non car Lumileds, une joint-venture d'Agilent (anciennement Hewlett-Packard) et de Philips éclairage, a créé la gamme des diodes Luxeon (www.luxeon.com). Ces diodes existent dans différentes puissances (1W, 3W, et 5W), couleurs, et encapsulations. Ci-contre (cliquez sur l'image pour l'agrandir), la diode que j'ai utilisée: une Luxeon-III Star, couleur blanche, avec lentille pour faisceau "lambertien", puissance 3W. C'est la diode LXHL-LW3C (à vos souhaits), disponible à l'unité chez shop.dotlight.de pour 14€ (+ taxes et port). C'est cher, mais tellement nouveau!

Que peut-on y gagner?

Pourquoi seulement un facteur 2 en puissance? Je croyais que les diodes avaient un rendement extraordinaire... Pour les feux arrières les feux à diodes ne consomment presque rien par rapport aux feux traditionnels. Alors pourquoi? Voici les raisons:
Conclusion: si vous ne voulez pas vous fatiguer, commencez d'abord par installer un phare avec ampoule halogène, ce n'est pas bien cher et vous aurez déjà une très nette amélioration par rapport à un phare traditionnel. Le montage décrit ici est plutôt à destination des fanatiques de l'électronique se trouvant être en même temps fanatiques du vélo utilitaire.

Indispensable à lire également

Je vous invite à consulter le site (en anglais) d'un Allemand qui a fait tous les montages imaginables sur le thème "phares de vélo à diodes blanches alimentés par une dynamo", en plus de quelques autres montages sur le thème "phares de vélo à diodes blanches sur batterie". Il y a des montages très intelligents et très efficaces tout en étant assez simples:
    http://www.pilom.com/BicycleElectronics/DynamoCircuits.htm

Montage mécanique

Pas si facile de monter une diode de 3W sur un vélo, il faut en effet:
Voici le résultat: peut-être pas beau, mais ça marche. Voici le montage initial (a cassé au bout de 3 mois):



Et voici le 2e montage, à base de tôle d'aluminium de 0.5 mm (en double épaisseur), et nettement plus solide:



Pour un autre vélo, j'ai fait un 3e montage, dans lequel le support de la dynamo, au lieu d'être récupéré sur une vieille dynamo, est un support de tuyau tordu et torsadé de 90°, le tout arrivant sur le même triangle en tôle d'aluminium. Bref, à chacun de faire en fonction de matériel disponible à la maison.

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    http://www.pilom.com/BicycleElectronics/DynamoCircuits.htm

Un schéma basique

La dynamo fournit 6V alternatifs: pas adapté pour une diode. La solution la plus simple consiste à simplement redresser cette tension:



Les 4 diodes à gauche constituent un pont de diodes, qui transforme le courant alternatif en continu (non stabilisé). Les 2 diodes supplémentaires contribuent à créer une chute de tension. Avec des diodes à jonction silicium classiques (genre 1N4001 et compagnie), chaque diode contribue pour 0.7V de chute de tension, soit 2.8V pour 4 diodes traversées (2 dans le pont pour chaque alternance, plus 2 supplémentaires). Ceci est calculé pour passer des 6V de la dynamo aux 3V utilisés par la diode Luxeon, sans pour autant forcer la dynamo à fonctionner en 3V (ce qui serait gênant s'il y a également un feu rouge alimenté par la même dynamo). Si vous n'avez pas de feu arrière, supprimez ces 2 diodes: le phare avant brillera aussi bien et la dynamo vous freinera légèrement moins.

Avec ce montage, le rendement électrique est de 50%: la moitié de la puissance est perdue dans les diodes de redressement, l'autre moitié est envoyée dans la diode Luxeon. Pas génial, mais vue la simplicité il ne faut pas demander plus. Mieux, si on n'a pas de feu arrière (et qu'on retire alors les 2 diodes, et qu'on remplace les 4 diodes du redresseur par des diodes schottky à 0.5V de tension de seuil), le rendement passe à 75%. Difficile de faire mieux avec un montage aussi simple! Seul inconvénient: la puissance fournie à la LED n'est que de 1.5W sur une dynamo de 3W. Vous n'aurez pas plus de lumière qu'avec une lampe halogène.

Un schéma de fanatique

J'avais d'abord réalisé un montage fort compliqué, et même pas satisfaisant (en particulier à faible vitesse). J'ai gardé ici l'ancienne version de cette page avec la description de ce montage. Ne le fabriquez pas, ça n'a aucun intérêt.

Après avoir découvert la page http://www.pilom.com/BicycleElectronics/DynamoCircuits.htm, j'ai tout revu. Un séjour de 24h en cachot de garde à vue m'a donné le temps d'y réfléchir plus dans le détail (voir ma page d'accueil: au cachot pour un autocollant arraché).

Par rapport au site de "Pilom", mon montage se place ainsi:
Voici donc le schéma de cette 2e version:

Schéma du phare à diode blanche, version 2

Description:
Important: après fabrication, il faut ajuster le potentiomètre P1 qui règle le courant d'entrée. Trop faible, le phare ne brille pas autant qu'il pourrait. Trop fort, la tension de la dynamo reste bloquée à une valeur faible (donc la dynamo fournit peu de puissance) et accessoirement le feu arrière risque de recevoir un courant trop élevé. Il est d'ailleurs prudent de commencer les règlages sans avoir connecté le feu arrière. Le plus facile pour règler est de brancher un ampèremètre (ou de mesurer la tension aux bornes de R3) et de règler P1 de façon à maximiser le courant de sortie. Mieux vaut avoir un règlage un peu trop faible qu'un peu trop élevé (trop élevé = risque de voir la tension de la dynamo ne pas monter correctement). Ce règlage doit se faire en utilisant la dynamo du vélo (roue en l'air, et pédales tournées à la main), et surtout pas avec une alimentation de laboratoire.

Attention: avec ce montage, on ne peut plus utiliser un feu arrière standard sur dynamo (qu'il s'agisse d'une ampoule classique ou du feu rouge à LED indiqué sur mon autre page). Il n'y a donc que 2 solutions: soit connecter des diodes comme indiqué sur le schéma pour faire le feu arrière, soit utiliser un feu arrière sur piles.

Réalisation pratique

J'ai renoncé depuis longtemps à graver des circuits imprimés: trop pénible. Donc le montage est fait sur une plaquette d'expérimentation à pastilles. Les alims à découpage exigent parfois des plans de masse, mais un montage rustique, surtout du type abaisseur comme ici, arrive à s'en passer sans problèmes. Pour autant, n'allongez pas inutilement la longueur des fils où passe le signal à 100kHz.

Voici l'envers du décors (photos correspondant à la version 1, mais la version 2 est assez ressemblante bien que son principe de fonctionnement soit nettement différent):


Et voici le circuit, placé dans un boîtier en plastique (format intérieur environ 9 x 5 x 2.5 cm), avec une étanchéité spécialement soignée pour la sortie des fils par le dessous:

Connexion de l'ensemble

Voici la solution que j'ai trouvée pour mon vélo: sachant qu'il y a déjà une dynamo, et un feu arrière (lui aussi à LEDs) installé sous le porte-bagage, le plus simple est de fixer le boîtier sous le porte-bagage, à un endroit où il ne va pas gêner, ce qui permet de connecter directement les entrées du boîtier sur les vis d'alimentation du feu arrière (sur l'une arrive le fil qui vient de la dynamo, tandis que l'autre est reliée au chassis car les dynamos ont toujours une cosse reliée au chassis).

Ensuite, les deux fils sortant du boîtier sont soudés à un double fil (genre câble pour le 220V) qui longe le câble pour aller jusqu'au phare. Attention:
1) il ne faut relier au chassis aucun des 2 fils qui sortent du boîtier
2) attention à ne pas intervertir les deux fils, la LED ne fonctionne que dans une seule polarité, elle peut même ne pas du tout aimer la polarité inverse.

L'allure finale: plutôt discret, mon boîtier suspendu au garde-boue avec du fil de fer, non? Pour le service après-vente, il suffit de dérouler 2 fils de fer pour libérer le boîtier, qu'on peut alors faire glisser sur le dessus du garde-boue.



Sur le 2e vélo, la dynamo est un moyeu Shimano de roue avant avec dynamo intégée. Ceci modifie quelque peu le système:

Théorie

Chapitre à ne pas lire si vous n'aimez pas les maths...

Une dynamo, c'est un aimant qui bouge par rapport à une bobine. Plus ça tourne vite, plus ça fonctionne:
Bien évidemment, ceci pose un problème: si on roule doucement ça ne brille pas, si on roule vite l'ampoule grille. Le problème a été résolu depuis longtemps, sans la moindre électronique (même si aujourd'hui certains fabricants de dynamos "de luxe", vendues en Suisse ou en Allemagne, proposent des dynamos avec régulateur électronique). La ruse: la bobine de la dynamo a une certaine inductance, comme n'importe quelle bobine.

Soit L l'inductance de la bobine de la dynamo, Ri la résistance du fil de la bobine, et RL la résistance de l'ampoule. Pour les calculs, au lieu de la fréquence F, on utilise la pulsation omega (omega = 2.pi.F; F en Hz, omega en radians/s). Tout bachelier sait que l'impédance de l'ensemble est:
    Z = Ri + RL + L.j.omega

Mais la tension à vide augmente avec la fréquence, disons que U0 = k.omega , dans ce cas le courant circulant est I=U0/Z:
    I = k.omega / (Ri + RL + L.j.omega)

Si on dessine I en fonction de omega, on constate qu'à petite vitesse, le courant est proportionnel à la vitesse (I = k.omega/(Ri+RL)), tandis qu'à vitesse élevée le courant est constant (I=k/L). Il y a une vitesse limite (correspondant à omega = (Ri+RL)/L), normalement prévue pour correspondre à un vélo roulant à 10km/h environ.

Résultat: dès qu'on roule vite, la dynamo se comporte comme une source de courant, et la lampe ne grille pas. Une dynamo 6V/3W est simplement une dynamo qui fournit 0.5A quand elle tourne vite. Si par malheur l'ampoule avant se débranche, l'ampoule arrière récupère les 0.5A alors qu'elle est prévue pour 0.1A, ce qui la fait griller instantanément.

Si l'on cherche à extraire la puissance la plus importante possible d'une dynamo, je vous passe les détails, mais on s'aperçoit qu'à part à vitesse très faible, il faut ajuster la résistance de charge pour avoir un courant constant.

Conclusion

- à vélo, il faut avoir un bon éclairage (pour la sécurité, c'est de loin plus utile que le casque). Quand on doit passer comme moi tous les jours par plusieurs kilomètres non éclairés en banlieue (sans voitures), c'est plus qu'une évidence, c'est vital pour éviter de tomber dans la rivière qui passe à côté du chemin.

- l'électronique, c'est intéressant à bricoler, et le résultat est autrement plus réjouissant qu'un bidule qui ne marche pas acheté dans un hypermarché. Mais attention, les alimentations à découpage sont une partie assez délicate de l'électronique.

- sur un vélo, la dynamo est la meilleure source d'énergie: bien plus puissante (et aussi moins chère et moins polluante) que les piles, moins pénible (et souvent moins lourde) que les accumulateurs à recharger quotidiennement, moins exposée aux vols que les systèmes amovibles...

- pour la plupart des utilisateurs, l'idéal est un phare halogène sur dynamo. Ne rigolez pas, si vous êtes en France, votre phare comporte surement une ampoule standard et non halogène, commencez par changer de phare! Pour les plus fanatiques, les montages de la page "Pilom" citée plus haut ont un rendement excellent et permettent la luminosité maximale. Mon montage est pour des gens modérément fanatiques, il a déjà une belle luminosité bien que non optimale, et fonctionne sur une unique LED de 3W.

- n'espérez aucune économie en fabriquant vous-mêmes votre phare: ce montage vous coûtera plus cher qu'un phare halogène du commerce. Il faudra des décennies pour l'amortir (avec le non remplacement des ampoules). Et ceci bien que ce montage soit nettement plus économique que ceux que propose Pilom sur son site web.

Michel J UL I ER, Montpellier, 25 septembre 2004 pour la version 1, 17 avril 2006 pour la version 2.

Lisez également la description du feu rouge à LEDs (beaucoup plus simple)


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