Kgf contre Psi, partie 2

novembre 17, 2016 5 Commentaires

La première partie a montré comment les jantes à pneus peuvent modifier la tension des rayons lorsque les pneus sont gonflés :
(1) Écartement vers l'extérieur des pistes de freinage, modification de la forme de la jante, diminution de la tension des rayons.

(2) Pression de gonflage sur le fond de jante, une force de constriction qui rétrécit la jante, provoquant une perte de tension mesurable.

La perte de tension peut être source de confusion pour les monteurs de roues qui suivent les recommandations des fabricants de jantes. Il est important de comprendre ce phénomène et de savoir quand il faut s'en préoccuper.

Dans cette deuxième partie, nous explorons comment les pneus, indépendamment de leur pression, affectent cette dynamique.

Commençons par un rappel des dimensions des pneus et des jantes pour ceux qui sont moins familiers avec le sujet. Pourquoi sont-elles fabriquées aux dimensions que nous connaissons ?

SYSTÈMES DE DIMENSIONNEMENT DES PNEUS ET DES JANTES
(1) ETRTO
La norme ETRTO est depuis longtemps la seule norme mondiale de dimensionnement des pneus à tringle, mais elle est terriblement vague. Il s'agit d'un diamètre théorique qui ne se rapporte pas à un emplacement précis, mais à une zone générale. Les fabricants de jantes savent seulement que les pneus occuperont cette zone.

Fabriquées selon cette norme non spécifique, les combinaisons jante-pneu peuvent présenter des risques insuffisants et sont souvent impossibles à monter. La validation de la compatibilité de toute combinaison jante-pneu nécessite de nombreux essais. Réussi : la combinaison semble compatible et aucun incident grave n'est constaté. Échec : les sujets testés sont furieux, saignent et sont incapables de faire du vélo.

(2) UST
Le système UST a été développé en 2001 par Mavic, proposant des roues tubeless pour VTT. Pour la première fois, le profil interne de la jante était spécifié, permettant ainsi aux fabricants de pneus de connaître la compatibilité de leurs produits. Bien que populaire, le système UST est une technologie propriétaire française, et son adoption reste modeste. Il existe néanmoins plusieurs imitations et variantes intéressantes.

(3) Route Tubeless
Le système UST n'étant pas suffisamment étanche pour la route, Shimano et Hutchinson ont proposé un nouveau système en 2006. Ce système est à l'origine des préoccupations les plus récentes concernant la perte de tension.

AJUSTEMENT DES PNEUS
Ces normes rendent-elles le montage des pneus prévisible ? Non. Même en utilisant uniquement des jantes et des pneus de marques leaders du secteur, conformes à ces normes, vous rencontrerez régulièrement des problèmes de montage et d’éclatement soudain de certains pneus.

Lors du montage, le talon du pneu s'insère dans la gorge, créant du jeu pour la partie non montée. Les jantes à gorge profonde facilitent le montage des pneus, même de grand diamètre. Ce n'est pas le diamètre total de la jante qui rend le montage difficile. Si un pneu est facile à monter grâce à une gorge profonde, il risque de se déloger complètement en cas de perte de pression soudaine. Un pneu à tringle délogé se bloque immédiatement dans le cadre ou la fourche, provoquant une chute instantanée. Depuis des décennies, les cyclistes apprécient une certaine difficulté de montage pour minimiser ce risque d'éclatement.

L'ETRTO ne prenant pas en compte le problème de la différence de diamètre extérieur avec la gorge du pneu, elle ne permet pas d'éviter les montages impossibles et dangereux. Les systèmes UST et Road Tubeless n'ont pas été conçus pour corriger les risques liés à un mauvais montage selon l'ETRTO. Leur objectif est plutôt de garantir un ajustement parfait pneu-jante pour une étanchéité fiable. Les liquides préventifs ne sont efficaces que si le pneu est monté avec précision et sans jeu.

L'utilisation de pneus tubeless UST et Road reste problématique. Le montage est souvent extrêmement difficile et parfois inadapté. Pourquoi ? L'explication la plus courante réside dans les variations de fabrication des jantes et des pneus. Si ces variations sont importantes, des problèmes peuvent survenir avec des combinaisons extrêmes : grande jante avec petit pneu ou grand pneu avec petite jante. L'autre explication possible est un défaut de conception. Alors, qu'en est-il ?

MESURE DE LA JANTE
Face à ces questions, la mesure des pneus et des jantes constitue un premier pas. Pour des raisons de confidentialité, les fabricants ne divulguent pas leurs tolérances. Pour les jantes, la circonférence totale peut être mesurée à l'aide d'un ruban d'acier à ressort. Mon ruban est muni de picots pour faciliter la prise en main lors de la mesure.

Une fois la circonférence totale connue, on peut mesurer la profondeur du siège de talon et de la gorge, et ainsi déterminer les circonférences correspondantes. Il n'est guère surprenant que la technologie des jantes soit aujourd'hui d'un niveau élevé. L'extrusion et le cerclage de l'aluminium, ainsi que les moules en acier pour les structures composites, sont fabriqués avec une grande précision. Si des économies peuvent être réalisées sur la fabrication des jantes, elles se feront ailleurs, notamment au niveau de la finition, du design et de l'emballage.

Des tolérances très strictes sont quasiment universelles. Cela se confirme par la mesure. Bien que des erreurs soient possibles, vous pouvez être certain que le diamètre de vos jantes est constant. Si un diamètre est incorrect, alors toutes les jantes de cette marque et de ce modèle sont concernées. Autrement dit, les variations sont dues à la conception, et non à la fabrication. Les fabricants de jantes semblent capables de maintenir une uniformité de l'ordre de +/- 0,5 mm pour des jantes 700C d'un diamètre d'environ 630 mm. Excellent.

Voici quelques roues montées, mesurées et illustrant la variété des diamètres de jante. Veuillez noter que ce tableau n'indique ni le diamètre du talon, ni la profondeur de la gorge, ni l'ETRTO. Bien que ces dimensions de jante soient très différentes, c'est la profondeur de la gorge (non représentée) qui détermine l'effort nécessaire au montage du pneu. Au sein de chaque marque, l'uniformité (non représentée) est excellente.

MESURE DES PNEUS
Qu'en est-il du dimensionnement des pneus ? La longueur du talon influe sur la facilité de montage, l'étanchéité à l'air et le risque de déjantage. Mesurer cette longueur nécessite un outil spécifique. Mon étude étant de courte durée, l'outil est en bois dur lamellé-collé. Pour une utilisation prolongée, il faudrait un outil en métal. Si vous souhaitez vous procurer un tel outil, contactez -moi . Je vous mettrai en relation avec un fabricant compétent.

Cet outil se compose de deux demi-matrices qui maintiennent les talons du pneu dans des rainures. Calibré (à l'aide d'un fil) à +/- 0,1 mm de longueur, il utilise un ressort de 400 lbf (1779 N) qui exerce une force suffisante pour écarter complètement les talons sans les étirer. La longueur du talon est déterminée en ajoutant la distance entre les demi-matrices à la longueur connue de chaque côté.

Les mesures ont été instructives :
(1) L'outil fonctionne très bien. La répétabilité était exceptionnelle et nous étions confiants quant aux longueurs +/- 0,1 mm.

(2) La longueur des talons des pneus testés est très homogène. Comme pour les jantes, leur fabrication est peu variable. Les dimensions sont extrêmement homogènes au sein d'une même marque et entre les différents modèles. Exemples :

(3) Les carcasses des pneus s’étirent avec l’âge, mais pas les talons.

(4) Les éclatements ne déforment pas les talons. Les explosions endommagent le caoutchouc autour du contact talon-jante, altérant ainsi les caractéristiques nécessaires au bon fonctionnement du pneu sous pression. La longueur du talon, quant à elle, reste inchangée.

(5) Les tringles des pneus tubeless route sont systématiquement plus courtes, jusqu'à 6 mm de moins, et celles en carbone sont encore plus serrées contre la jante. Les tringles en carbone sont 2,4 fois moins élastiques que celles en Kevlar. Tous ceux qui ont déjà monté des pneus tubeless peuvent témoigner de l'effort considérable que cela représente. Une fois en place sur le support de tringle de la jante, le pneu est extrêmement serré.

Certains pneus tubeless nécessitent une force de plus de 4 000 newtons pour être montés. Une fois montés, la force totale exercée par le talon sur la jante (avant gonflage) peut dépasser 2 670 N (600 lbf). Lors du gonflage, la circonférence de la jante diminue de 2 mm (elle retrouve sa taille initiale une fois la pression relâchée). La perte de tension est alors deux fois plus importante qu'avec des pneus tubeless classiques.

CONCLUSIONS
(1) Les systèmes à pneus sont plus exigeants envers les jantes et les pneus que les systèmes tubulaires.

(2) Une chute de tension de 10 à 50 % peut survenir dans de nombreuses situations. La longueur du talon du pneu (ainsi que la pression de gonflage) peut y contribuer de manière significative.

(3) Les écarts de fabrication des jantes et des pneus sont minimes et les problèmes d'ajustement ou de perte de tension sont presque toujours dus à la conception, et non à la qualité. Bien sûr, l'inexpérience peut aussi être en cause.

(4) Mesurez tout ce que vous pouvez. L’apprentissage est un effort collectif. Le partage des données et des expériences est essentiel pour progresser. C’est la voie à suivre dans l’industrie du vélo et nous en avons plus que jamais besoin.

Il nous faut une troisième partie pour aborder la question de la compensation de la chute de tension. Faut-il surtensionner par anticipation ? Il n'y a pas de réponse unique, mais plutôt une multitude d'interactions complexes !

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