Alors que les chemins de gravier nous font de l'œil, où en sommes-nous avec les roues de route à disque ?
Les freins à disque sont arrivés tardivement sur les vélos de route et, jusqu'à récemment, ont été accueillis froidement. Deux questions se posent :
1/ Les sensations et la réactivité seront-elles à la hauteur des meilleurs freins sur jante ?
2/ Dans quelle mesure les roues de route supporteront-elles les charges des freins à disque, si fondamentalement différentes de celles du freinage sur jante ?
La première question reste ouverte, mais n'entrave pas l'adoption des freins à disque. La plupart des cyclistes en perçoivent les avantages et les fabricants ont rapidement réagi en proposant de nombreux modèles. Pour certaines applications, les freins à disque l'emportent nettement, tandis que pour d'autres, le résultat est plus mitigé, peut-être davantage subjectif et esthétique.
La question 2 a trouvé une réponse satisfaisante. Les forces exercées sur les roues par les freins à disque ne sont pas significativement plus importantes qu'avec les freins sur jante. Rien d'étonnant à cela, puisque le freinage dissipe une énergie que les roues à rayons gèrent avec succès depuis 150 ans.
Les freins à disque fonctionnent au niveau du moyeu et la roue subit une force de torsion plutôt qu'une force radiale répartie, comme c'est le cas pour les freins sur jante.
Bonne nouvelle concernant toutes ces forces :
• ils sont relativement petits
• La torsion due au freinage est la même, mais en sens inverse, que la force exercée lors du pédalage.
• Les roues à rayons tangentiels (meilleures pour la torsion) ne présentent aucun inconvénient significatif.
Forces relativement faibles
Le vélo est unique dans notre monde des transports car son centre de gravité est très élevé par rapport à son empattement.
La décélération commence par le frottement du pneu avant au sol. La masse du vélo tend à basculer vers l'avant bien avant que des forces G importantes ne se manifestent. Il en résulte un moindre effort pour les freins et les roues. Un vélo chute avant que le couple de freinage ne devienne significatif. Les roues capables de supporter la force de pédalage fonctionnent sans problème avec les freins à disque.
La faible force de freinage est encore plus marquée sur chaussée mouillée ou non pavée. Ces deux facteurs réduisent l'adhérence, ce qui diminue le potentiel de décélération et la sollicitation des roues.
Force de pédale = force de frein à disque
Le rayonnage tangentiel est une excellente solution pour la force de couple. Tous les rayons contribuent simultanément. La moitié des rayons perdent et l'autre moitié gagnent de légères variations de tension. La roue est ainsi peu sollicitée. Vous trouverez ci-dessous les résultats calculés (et testés empiriquement) du vrillage du moyeu, un bon indicateur du travail effectué par une roue sous charge de couple.
Calculs basés sur un moyeu à petit flasque monté sur une jante tubulaire légère avec différents rayonnages. Le couple d'essai de 50 kg-m au niveau du pédalier correspond au poids du corps sur la pédale en vitesse intermédiaire. On constate que le rayonnage du moyeu est de l'ordre de quelques fractions de degré ; par exemple, seulement 1/4 de degré pour une roue X3 de 32 dents.
Inconvénients
Les digressions ont peu de coûts :
• des rayons légèrement plus longs pèsent plus lourd
• Les rayons plus longs sont plus élastiques
• la rigidité latérale pourrait être réduite
• Les rayons croisés sont moins aérodynamiques
• Les jantes peuvent ne pas permettre aux tétons de viser correctement
Poids
Un jeu de rayons plus longs peut ajouter 5 g à une roue, soit une variation de 0,5 à 1 %, insignifiante.
Élasticité
Comme le couple exige de faibles variations de tension, la différence d'allongement est inférieure à 0,1 mm, microscopique.
Rigidité
La rigidité latérale dépend de la géométrie du moyeu et du diamètre de la jante. On peut se représenter un triangle en coupe transversale, radiale à la roue. La base du triangle relie les flasques du moyeu et les côtés sont reliés à la jante. Cette forme reste inchangée même lorsque le nombre de croisements des rayons varie. La rigidité latérale demeure constante.
Aérodynamique
La résistance au vent dépend principalement de la forme de la jante, de l'adéquation pneu-jante, du nombre et de la forme des rayons. Le croisement des rayons, tout comme l'exposition des écrous de rayons, figure parmi les facteurs aérodynamiques les moins importants.
Objectif du mamelon
Un rayon ne devrait pas se courber au niveau de l'écrou. Pour de nombreuses jantes, cela se produit lorsque l'angle d'entrée dépasse 10° (inférieur à 90°). Le calculateur de GRIN donne un angle pour toute roue théorique. Pour la plupart des moyeux sans moteur et des jantes de taille standard (26, 27, 700, 29 pouces), ces angles sont facilement maîtrisables.
Alors, à vous de jouer : concevez, fabriquez et (essayez au mieux) des roues à freins à disque dans des environnements exigeants. Lavez-vous, mangez, dormez, et recommencez !
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AJ
novembre 02, 2021
I always wonder why force from disc brake is much greater than rim brake. It is relatively smaller ‘area’ to stressed compare to rim brake.
And this is why I don’t really trust mechanical disc brake is far superior than rim brake.