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3- Le cadre de vélo

Epreuve de géométrie :

On trouve essentiellement 2 matériaux pour les cadres de vélo : aluminium et carbone. Ils ont inévitablement un impact sur le rendu du cadre mais il y a d'autres caractéristiques au moins aussi importantes : l'épaisseur de matière, le volume du corps creux (diamètre des tubes) et l'architecture de la surface (présence d'arêtes).

Ces caractéristiques agissent de concert sur la rigidité. Plus la matière est "dure" (limite élastique haute), plus l'épaisseur est importante ou plus le volume du corps creux est grand et plus la raideur augmente.

Concernant la limite élastique des matériaux, on ne connait pas les secrets de fabrication des marques de cadre mais on peut raisonnablement estimer que celle du carbone "HM" est 8 à 10 fois supérieure à celle de l'aluminium.

Pour 2 vélos construits avec le même matériaux, l'épaisseur étant invisible, seule l'analyse de leur géométrie et de leur architecture permet de révéler une partie de leur comportement.

Il sera plus difficile de comparer 2 vélos fabriqués avec 2 matières différentes. On peut également ajouter qu'il est tout à fait possible d'avoir un cadre en aluminium plus raide qu'un cadre en carbone.

La géométrie peut en outre donner de bonnes indications sur le caractère d'un cadre. Il faut malgré tout faire une analyse globale et vérifier la cohérence du design. L'intérêt est de déceler les formes, volumes, arêtes, courbes qui ont une vocation d'ordre esthétique et qui en réalité n'ont aucune influence sur le comportement du cadre.

La géométrie étant très importante dans la genèse du comportement d'un cadre de vélo, on comprend l'avantage du carbone qui peut être "modelé" à souhait, ce qui n'est pas le cas de l'acier, de l'aluminium ou du titane.

Comportement :

Un bon châssis est gage de stabilité et de précision, de maniabilité et de sécurité. Il permet au train avant et au train arrière de fonctionner de concert. Il n'y a pas de mollesse, d'effet de pompage, les directions sont franches, comme sur un rail, ne surprenant pas le cycliste qui peut jouer avec les limites du vélo sans surprise, en conditions de sécurité optimales.

On pourrait considérer que le châssis du vélo de route est constitué de la douille de direction et du tube diagonal. Cette ensemble devrait avoir la rigidité maximale.

On peut augmenter la rigidité de plusieurs manières. La plus simple consiste à ajouter de l'épaisseur de matière. Mais celà signifie augmenter le poids, ce qui réduit la maniabilité du vélo. La meilleure façon d'augmenter la rigidité est d'augmenter le "corps creux", d'augmenter la section des tubes et de les nervurer.

Du point de vue géométrique, on pourrait alors estimer un bon châssis lorsque la douille et le tube horizontal sont de section imposante, paraissent robuste, avec le cas échéant des arêtes suivant leur longueur.

Rigidité :

On ne peut pas parler de rigidité au sens large pour un cadre. Il est le point de fixation de tous les périphériques (assise, poste de pilotage, transmission, train roulant). Chacun de ces points "stratégiques" a une vocation différente :
  • Assise : confort
  • Poste de pilotage : confort, stabilité, précision
  • Transmission : raideur
  • Train roulant : stabilité, précision, sécurité

Confort :

Le confort est donné par une souplesse accordée par le cadre. Dans ce cas, la rigidité est inférieure à un seuil de déformation qui peut correspondre au poids du cycliste ou à la force qu'il développe en pédalant. Un même vélo peut donc paraître plus raide pour un cycliste plus léger.

Le confort peut s'appréhender de manière globale ou de manière locale.

De manière globale, on peut imaginer un cadre extrêmement raide. Seule la liaison avec les roues ferait office de "suspension". Dans ce cas, ce sont les haubans (fins et courbés), la liaison des bases avec la boite de pédalier et la fourche (courbée) qui assurent cette fonction.

Concernant la fourche, il faut simplement garder à l'esprit qu'une fourche droite est plus précise. Elle réduit en revanche l'empattement du vélo et offre ainsi un peu moins de stabilité.

De manière localisée concernant l'assise, le diamètre du tube de selle devrait être de 27.2 mm plutôt que 31.6 mm et plutôt couché vers l'arrière (valeur d'angle faible tendant vers 70°). Il devrait avoir une relative souplesse à l'encrage avec la boîte de pédalier. Cette relative souplesse devrait être libérée grâce à des haubans et un tube horizontale légèrement incurvés. Schématiquement, le tube de selle pourrait sensiblement tourner autour de la boîte de pédalier, vers l'arrière. Les haubans s'incurveraient d'avantage, tandis que le tube horizontal s’étendrait. Le Trek Domane est un concept novateur très intéressant. Le tube de selle est "désolidarisé" du cadre. Il n'est pas nécessaire d'adapter les haubans et le tube horizontal dont la géométrie peut ainsi être destinée à d'autres objectifs de comportement.

Concernant le poste de pilotage, la géométrie du cadre est très peu influente. Simplement, on pourrait penser qu'une douille de direction longue apporte moins de confort qu'une courte en filtrant moins les irrégularités de la route.

Rendement :

Le rendement correspond à l'efficacité du transfert de la puissance du cycliste au train roulant, via la transmission. Le cadre joue également un rôle important pour l'obtention d'un rendement maximal.

Le fait de pédaler tend à déformer le cadre. Imaginons la roue arrière bloquée. Le fait d'appuyer sur la pédale tire sur la chaine et donc tend à ramener la roue vers l'avant.

Pour que le rendement soit maximal, il est donc nécessaire de limiter la déperdition d'énergie dans la déformation du cadre afin qu'elle soit transmise le plus directement possible à la création du mouvement de rotation de la roue.

En pratique, plus les bases sont volumineuses et parallèles à la chaine (partie haute) et plus la raideur est importante. Quoiqu'il en soit, la traction de la chaine, déportée à droite du cadre, aura plus tendance à tirer le triangle arrière vers la droite (car il est impossible qu'elle compresse et raccourcisse les bases). On peut donc considérer que les haubans participent, à moindre mesure, à cette rigidité latérale qui doit s'opposer à la traction de la transmission.

Le cadre travaille dans le domaine de la déformation élastique. Le cadre subit donc des déformations plus ou moins importantes suivant la géométrie, l'architecture et la matière. Ces déformations se traduisent par un déplacement sous l'effet de la force musculaire (lorsqu'on appuie sur la pédale), puis par un relâchement pour revenir à la position de départ. Le déplacement est plus ou moins important et le retour est plus ou moins violent (rapidité).

Lorsque le cadre a un triangle arrière très bridé (raide), la déformation est très faible et le retour est très violent. Il est d'autant plus violent que la force appliquée sur la pédale est élevée. Plus la cadence de pédalage est faible, plus le cycliste doit lutter longtemps contre le retour élastique du triangle arrière. Gravir un col avec un cadre très raide et des développements inadaptés favorisent l'apparition de la fatigue musculaire.

Le bon rendement est finalement un compromis à trouver entre la puissance développée et la cadence de pédalage en fonction de la rigidité du cadre. Pour être efficace, le cadre doit pouvoir travailler dans le domaine élastique sous la contrainte musculaire du cycliste, en déformation, afin de pouvoir retrouver sa géométrie initiale entre chaque coup de pédale, en harmonie. Exploiter correctement un cadre, s'il est adapté, se fait par apprentissage, généralement inconsciemment et en accumulant les km.

Il y a un risque que la plupart des pratiquants disposent d'un cadre trop raide par rapport à leur niveau. Pour le choix d'un cadre carbone, il est important de chercher les signes d'un triangle arrière "adouci" : épaisseur réduite, réduction de volume au niveau de la boîte de pédalier.

Nervosité :

Le cadre apparaît comme "bondissant" lorsqu'on accélère. Ce serait davantage le cas lors d'un démarrage en danseuse. On pourrait imaginer ce jaillissement comme celui d'un lapin qui déploie ses pattes arrières. Un cadre serait bondissant lorsqu'il a du ressort. Ce ressort s'appliquerait à la rotation des bases qui pourraient schématiquement se plier lorsqu'on se dresse sur les pédales pour ensuite se déployer et propulser le vélo un bond en avant. Les bases, leur ancrage au niveau de la boite de pédalier et les haubans jouent alors un rôle important.

Il doivent permettre la déformation du triangle arrière et un retour violent à l'état d'origine. Les bases doivent être plutôt courtes, plutôt musclées verticalement, droites, leur liaison à la boîte plutôt adoucie. Les haubans devraient être plutôt courts (jonction au tube de selle plus basse que celle du tube horizontale), plutôt fins,  droits latéralement mais légèrement incurvés verticalement.

Aérodynamisme :

Est-ce que l'aérodynamisme doit être un critère de choix ? Plus que pour la performance, l'intérêt est plutôt d'avoir un vélo actuel avec des formes modernes. On est plus dans le domaine de l'esthétisme avec des formes profilées, épurées (câbles, freins intégrés). Sobres, élégants et démarqués des précédents modèles. Le marché doit être dynamique, faire évoluer les standards pour entretenir le moteur de la consommation.

Cohérence :

Le rendu du vélo ne dépend pas uniquement du comportement du cadre mais également de celui des périphériques et des roues, dans des proportions plus ou moins importantes.

Pour le confort, il est évident que le choix de la selle, de la guidoline, des roues, des pneus, de la pression de gonflage sont au moins aussi importants que le cadre.

Pour le rendement, le choix des roues, une transmissions entretenues avec une chaîne de qualité seront les principaux composants à considérer.

En terme d'aérodynamisme, ce sont principalement les roues qui mériteront une attention particulière.
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