Comment le bois fabrique un rebord

janvier 03, 2008 1 Commentaire

Pour comprendre le fonctionnement d'une jante en bois, il est essentiel d'aborder les notions de densité et de rigidité des matériaux. La résistance à la flexion d'une jante de vélo dépend de la rigidité du matériau et de sa forme. Cependant, c'est le matériau situé près de la surface extérieure qui fournit l'effort le plus important. Pourquoi ? Parce que lors d'une flexion, cette surface extérieure subit la plus grande déformation. Par exemple, une flexion vers la gauche engendre une compression à gauche et une tension à droite. Ces forces sont maximales en surface, là où la jante est la plus éloignée de son axe central. Lors de la flexion, les amplitudes de compression et d'étirement sont donc maximales en surface, et c'est cette zone qui oppose la plus grande résistance. Si la jante était pleine, le matériau au centre ne ressentirait quasiment aucune déformation. Pour chaque degré de flexion, la déformation interne est inférieure à celle de la surface.

Ce principe favorise les tubes, dont la masse est concentrée en périphérie, loin de l'axe central. Par conséquent, les formes creuses sont efficaces et l'utilisation des métaux s'avère pleinement rentable. De même, les composites finissent par imiter les métaux pour produire des structures performantes. Comment une jante en bois résiste-t-elle aux forces de flexion ? Après tout, il s'agit d'un matériau solide qui, d'après ce qui précède, constitue une structure a priori peu performante. Le bois est beaucoup plus léger que les métaux ou les composites, et c'est cette faible densité qui lui permet d'être utilisé pour la fabrication d'une jante de roue.

Densité (g/cm3)

• fibre de carbone = 1,7
• aluminium = 2,7
• bois (hêtre) = 0,7

C'est une différence énorme, donc le bois donnera un bord très différent.

Le bois étant très léger, sa résistance à la flexion est nécessairement inférieure à celle des métaux. Comparé à d'autres matériaux, le bois nécessite un rayonnage plus fréquent. C'est pourquoi on utilise traditionnellement des nombres de rayons comme 32 ou 36 par roue. De fait, la longue tradition du bois comme matériau de prédilection pour les jantes hautes performances explique en grande partie ces nombres spécifiques. Même trente ans après le passage aux alliages d'aluminium, les fabricants de roues ont conservé ces valeurs. Face aux données aérodynamiques, le nombre de rayons a considérablement diminué. Cependant, les recherches montrent que la résistance au vent liée à un grand nombre de rayons ne devient un inconvénient qu'à haute vitesse, rarement en dehors de la compétition.

Alors, avec un rayonnage plus soutenu, quel type de roue obtient-on avec ce matériau solide mais très léger ? Tout d’abord, la faible tension des rayons, caractéristique du bois, lui confère une plus grande flexibilité. Ce degré de liberté supplémentaire lui permet d’absorber les chocs et d’atténuer les vibrations de la route, à l’instar d’un pneu sous-gonflé. Cependant, la déformation réelle d’une jante en bois en roulant est minime, préservant ainsi la vivacité du vélo. Ce qui semble disparaître, ce sont les vibrations à haute fréquence du bitume, susceptibles de fatiguer le corps et de provoquer des douleurs articulaires. Une jante en aluminium, conçue pour une tension plus faible, présenterait également une certaine flexibilité. Malheureusement, l’aluminium n’absorbe pas l’énergie aussi efficacement que d’autres matériaux comme l’acier, le bois ou les composites. Le gain en confort serait donc limité.

Outre son pouvoir d'absorption des chocs, le bois est plus résistant aux déformations. Sa faible densité fait qu'un nid-de-poule ne causera qu'un dommage localisé : une éraflure plutôt qu'une déformation généralisée susceptible de gêner le freinage. C'est pourquoi les jantes en bois sont réputées pour leur résistance aux chocs ; un atout précieux sur des routes souvent en mauvais état. Autre avantage : la résistance du bois à la chaleur. Le freinage sur jante génère une forte chaleur au niveau de l'étrier et de la jante pour ralentir le véhicule. Les jantes en aluminium absorbent facilement cette chaleur qui, en cas d'excès, peut faire fondre le pneu ou la colle, entraînant des défaillances. Les jantes en bois, quant à elles, résistent à cette chaleur et préfèrent brûler superficiellement. Une jante en bois soumise à un freinage extrême dégagera une légère odeur de brûlé, mais ses pneus resteront froids. En revanche, cette caractéristique a pour conséquence une plus grande chaleur pour les plaquettes de frein. Incapables de dissiper la chaleur, les plaquettes de frein traditionnelles fondent au contact du bois. Ce problème peut toutefois être géré.

À première vue, les caractéristiques thermiques du bois semblent similaires à celles de la fibre de carbone : aucun des deux n’absorbe facilement la chaleur. Cependant, cette ressemblance est superficielle. Une jante en carbone absorbe la chaleur lentement, une jante en bois quasiment pas. Lors d’une descente engagée, les plaquettes de frein peuvent sembler surchauffées avec les deux matériaux, mais la jante en carbone chauffe progressivement et inexorablement. Elle dissipe la chaleur trop lentement et peut donc atteindre des températures de fusion. Le bois, quant à lui, peut brûler légèrement en surface, mais, en tant que jante de vélo, il n’atteindra pas de températures élevées. En résumé, aucun matériau de jante n’est idéal pour le freinage. Aluminium ou carbone, bois ou magnésium, gérer des milliers de watts et tenter de protéger un pneu gonflé est une tâche ardue et dangereuse.

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