[Note : il s'agit du numéro 8 d'une série de 20]
On appelle « rayon en J » la forme de rayon la plus répandue au monde, une appellation on ne peut plus explicite. Ce qui n'est généralement pas abordé, c'est la géométrie précise de cette courbure. Pour les roues d'entrée de gamme et les cyclistes effectuant de courtes distances, l'important est qu'un rayon puisse être fixé rapidement au moyeu et qu'il reste bien en place. La situation est différente pour les roues haut de gamme et les compétitions, où tout est mis en œuvre pour minimiser le poids sans compromettre la solidité.
Outre les crevaisons, la casse des rayons est le problème le plus récurrent pour les roues utilisées en compétition et à l'entraînement intensif. La plupart des rayons cassent au niveau du coude, d'où l'importance accordée à la géométrie. Un rayon cassé provoque un voile important et immédiat de la roue, et la réparation devient complexe si le démontage du pneu et de la cassette est nécessaire. Vous pourrez peut-être rentrer chez vous, mais un frein devra être desserré au point d'être inutilisable, une distraction particulièrement gênante lors de toute sortie. Dans le pire des cas, la roue ne tournera plus sans contact avec le cadre ou les freins, ce qui met souvent le coureur hors course.
Le coude d'un rayon possède trois dimensions essentielles. Premièrement, le rayon de courbure, généralement proche du diamètre du fil. L'exemple ci-dessous présente un rayon de 2 mm. Deuxièmement, l'angle de courbure. Ici, il est de 100°. Enfin, la hauteur du coude, ici de 5,1 mm. Ces dimensions permettent de différencier les marques de rayons, influencent grandement la facilité de montage de la roue et définissent la surface de contact entre le rayon et le moyeu.
Le rayon de courbure doit être le plus grand possible. Un rayon moins prononcé prolonge la durée de vie du rayon. Un rayon trop grand peut empêcher le rayon de s'insérer correctement dans un moyeu à petit trou et à flasque épaisse. Les moyeux modernes haut de gamme tolèrent généralement un rayon de courbure maximal de 2 mm.
Les rayons destinés aux roues grand public sont conçus pour un montage facile. Un coude haut permet un montage rapide dans n'importe quel moyeu. Les coudes courts peuvent ne pas convenir aux moyeux épais, nécessitant un pliage manuel pour atteindre l'angle requis. Un coude à 90° convient aux orientations intérieure et extérieure (par rapport à la bride du moyeu). Techniquement, les rayons à coude extérieur doivent avoir un angle de 90° ou moins, tandis que les rayons à coude intérieur doivent avoir un angle supérieur à 90°. Si le rayon a un angle de 100°, par exemple, il faudra le plier davantage pour qu'il soit correctement positionné à l'extérieur. Cela rallonge le temps de montage de la roue. Un coude à 90° ne nécessite généralement aucun pliage supplémentaire.
Les tests de fatigue des rayons montrent qu'une plus grande surface de contact avec le moyeu est avantageuse pour le rayon. Comme les moyeux sont disponibles dans une variété de matériaux et de dimensions de flasques, les fabricants de rayons doivent procéder par tâtonnements. En général, un grand rayon de courbure, un grand angle de coude et une faible hauteur augmentent la surface de contact, mais obligent le monteur à cintrer manuellement le rayon pour lui donner la forme voulue.
Il est facile de comprendre l'avantage de concevoir simultanément le rayon et le moyeu. En anticipant leurs besoins respectifs, ces aspects peuvent être optimisés. Un tel moyeu peut comporter des trous à rayon de courbure plutôt que de simples fraisages. Un rayon de courbure correspondant à celui du rayon maximise la surface de contact. Il est donc surprenant que les moyeux et les rayons soient si rarement identiques, même lorsqu'ils sont fabriqués par la même entreprise. Cela laisse penser que les principes de base de la conception des rayons sont mal compris. Même au XXIe siècle, les rayons sont souvent considérés comme allant de soi, au même titre que les agrafes ou les trombones. Or, ils ne devraient pas l'être. Le choix du matériau et la géométrie des rayons sont essentiels à leur longévité, et la durée de vie des rayons est la clé de la fiabilité des roues.
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Vaclav Tomek
novembre 02, 2021
Hello,
Thank you so much for your excellent article. My son in law is building a custom wheel, and the outer spokes he purchased along with the hubs will not reach the center of the rim without bending. I refuse to help him to bend the spokes or true the wheels because bending forces plastic deformation on the spokes, and of course degradation of the material. Your article will help me support my explanation of the matter to him.