Le grand retour de la bicyclette en zone urbaine a eu lieu avec le lancement des systèmes de vélos en libre-service (VLS) dans les villes. Ce système offre une souplesse d'utilisation beaucoup plus grande que les points de location qui existaient auparavant, comme par exemple les fameux vélos jaunes de La Rochelle.
Mais les agglomérations développent également l'offre de stationnement des vélos, à côté des stations de TCSP, et effectuent des travaux pour améliorer les itinéraires cyclables.
Véritable complément de l'offre de transport en commun, les systèmes de location de vélos en libre service sont soit financés par l'affichage publicitaire, soit intégrés dans la DSP du réseau de transport en commun.
Les vélos sont installés dans des stations situées sur la voie publique. Chaque vélo est fixé à une bornette. Une borne permet d'effectuer la réservation, puis de libérer un vélo. Le retour du vélo peut être effectué dans n'importe quelle station qui possède au moins une bornette libre.
Dans certaines agglomérations, l'utilisation des vélos est possible avec la même carte que celle utilisée pour le réseau urbain.
Le mouvement naturel des vélos ne permet pas toujours aux stations de bien équilibrer le nombre de vélos. Par exemple, à proximité d'une gare, les vélos seront très rapidement en nombre insuffisant le matin, et le soir la station peut manquer de bornettes libres. Les opérateurs régulent ces flux avec leurs équipes qui utilisent des véhicules de transport de vélos.
Les exploitants doivent mettre en place des agents et des ateliers, parfois mobiles, pour réparer les vélos.
A Paris, l'atelier central de maintenance des Vélib était installé dans une péniche.
Le vandalisme pèse sur ces systèmes.
De nombreux vélos ne sont jamais restitués. En janvier 2015, à l'occasion du vidage du canal Saint-Martin à Paris, des dizaines de Vélib ont été récupérés par les équipes de la société JCDecaux.
Deux sociétés se partagent l'installation et l'exploitation de ces systèmes. Effia propose Vélossimo, une offre qui se décline en libre service (Orléans, Rennes, Bordeaux), location et gardiennage. Cette activité a été reprise par Cykleo, filiale de Keolis. L'offre de JCDecaux est nommée Cyclocity, dont les principales villes sont Lyon (Vélo'V) et Paris (Vélib'), mais cette dernière a depuis adopté un autre système.
En octobre 2017, les vélos verts Gobee Bike sont arrivés à Lille et Paris. Ces vélos sont en libre-service, mais n'ont pas de station (free floating). Ils peuvent être stationnés dans tous les parkings publics. Chaque vélo est géolocalisé. Les utilisateurs visualisent la position des vélos disponibles via l'application. Pour déverrouiller le vélo, il faut scanner un QR-Code. Et en fin de trajet, il suffit de verrouiller le vélo avec le cadenas situé au-dessus de la roue arrière.
A Paris, après Gobee Bike, trois autres services de vélos sans borne ont été lancés : Ofo (vélos jaunes), Obike (vélos jaunes et gris) et Mobike (vélos gris et orange). Le spécialiste du stationnement Indigo a développé un système similaire avec sa solution Indigo Weel lancée fin 2017 à Metz, puis en 2018 à Tours et Bordeaux.
En février 2018, Gobee Bike a annoncé l'arrêt de son activité en raison de trop nombreuses dégradations ou vols de ses vélos. En décembre 2018, Ofo annonce mettre son service en pause. Au même moment, la société Oribiky met en service des vélos à assistance électrique.
En mars 2019, Indigo Weel modifie ses conditions d'utilisation. Désormais les vélos doivent être déposés dans un lieu référencé et accrochés au mobilier urbain en fin de course (à l'aide du cadenas intégré au vélo). Enfin, l'utilisateur doit prendre une photo pour attester du bon respect des règles. Ces mesures doivent permettre de lutter contre le vol et les dégradations.
En avril 2019, à Paris, la société Uber lance ses vélos à assistance électrique en libre-service : Jump. Le service est arrêté en juin 2020. En juillet 2020, Bolt déploie une flotte de vélos à assistance électrique en libre-service dans Paris.
Deux systèmes techniques existent pour la mise à disposition de vélos à assistance électrique (VAE) :
Cette dernière solution est proposée par les industriels JCDecaux et Cykleo (e-VLS). Elle est moins onéreuse à mettre en oeuvre car les stations n'ont pas d'équipement de charge des batteries. En revanche, elle est plus contraignante pour les utilisateurs, notamment occasionnels.
Précurseurs de la mise à disposition de vélos, les points de location permettent de louer des vélos.
De nombreuses collectivités proposent des systèmes de location sur des durées longues (de quelques semaines à plusieurs mois) et proposent parfois des vélos à assistance électrique. Différents types de vélos peuvent être loués.
En Ile-de-France, le service Véligo Location a été lancé par Ile-de-France mobilités en septembre 2019. Le service est exploité par le groupement Fluow constitué de La Poste, Transdev, Vélogik et Cyclez. Les vélos proposés sont tous à assistance électrique.
Un service client assure la relation avec l'usager pour la mise à disposition des vélos, la restitution, mais aussi l'entretien.
Le développement de la pratique du vélo doit s'accompagner d'un rééquilibrage du partage de la voirie avec l'aménagement de pistes et voies cyclables. Les voies bus sont souvent autorisées aux bicyclettes, elles doivent être suffisamment larges pour ne pas entraîner une baisse de la vitesse commerciale des bus.
Des points de stationnement sécurisés encouragent aussi la pratique du vélo.
Il existe des systèmes de consignes à vélos, chaque utilisateur du système peut ranger son vélo et ses affaires personnelles dans un box sécurisé. Ces emplacements peuvent être installés, par exemple, à des terminus de lignes de transport public, dans des parkings relais (P+R) et dans les gares. Ils peuvent être équipés de services supplémentaires, comme par exemple, une pompe de gonflage.
Le décret n° 2021-741 du 8 juin 2021 pris en application de l'article L. 1272-2 du code des transports, relatif au stationnement sécurisé des vélos en gare liste les gares qui devront être équipées avant 2024.
Certains réseaux de transport en commun permettent de voyager avec son vélo. Pour cela, il faut que le véhicule soit équipé d'un compartiment pour les vélos, d'un porte-vélos ou d'une remorque. Les tramways sont souvent accessibles avec un vélo (parfois uniquement aux heures creuses).
A La Rochelle, le réseau Yélo exploite l'été une ligne entre le centre-ville et l'Ile-de-Ré. Cette desserte est effectuée avec des autobus articulés dont la partie arrière est spécifiquement aménagée pour transporter les vélos. Les passagers sont donc séparés des vélos.
En juin 2023, dix bus Urbanway circulant sur la ligne 10E du réseau TCL (Lyon) ont été équipés à l'intérieur (face à la porte centrale, sur un emplacement UFR) d'un système d'accroche pouvant supporter un vélo, à l'exception des vélos cargo et électriques. L'utilisation de cet emplacement est autorisé uniquement aux terminus de la ligne.
Des lignes exploitées en autocars peuvent aussi parfois accueillir les vélos, soit en soute, soit sur un rack à l'arrière.
Certains réseaux autorisent parfois l'accès aux rames de tramway. Le nombre de vélos admis à bord peut être limité ou autorisé qu'en dehors des heures de pointe.
La liste suivante présente des sociétés qui proposent des produits et services liés au vélo :
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