Sans surprise, tout est élastique. Certaines propriétés sont profondément semblables au caoutchouc naturel, d'autres microscopiquement comparables au sel gemme. Ces élasticités façonnent le monde qui nous entoure. Même imperceptibles, elles créent des limites et des rythmes qui influencent chacun de nos instants. Le plaisir du vélo semble toujours nous ramener à l'essentiel, car notre machine est d'une grande simplicité. Un terrain d'observation idéal pour s'émerveiller de propriétés telles que l'élasticité.
N'oubliez pas que toute modification de force (tension, poids) entraîne une variation de longueur. Si la longueur initiale est retrouvée après la suppression de la force, la modification est dite élastique. Si la modification est permanente, le module d'élasticité du matériau est dépassé et il s'agit d'une déformation plastique.
Pour une roue, le sujet intéressant est sa performance au quotidien, et non sa déformation plastique suite à un accident. L'élasticité de la roue est un phénomène complexe. Comment les roues de vélo parviennent-elles à gérer tout cela sans solutions exotiques ? Certains ont du mal à le comprendre.
Les rayons d'une roue classique sont mis sous tension, ce qui provoque leur allongement et le rétrécissement de la jante. Sous une tension de 100 kgf, un rayon haut de gamme en acier inoxydable s'allonge de plus d'un millimètre. Une jante comportant plusieurs dizaines de rayons soumis à une telle tension se contractera de quelques dixièmes de millimètre. Un pneu à tringle gonflé à 7 bars exerce une pression de rétrécissement supplémentaire de plus de 2 200 kg sur la jante. La dilatation thermique de la jante crée une force d'expansion opposée.
Le poids du cycliste, en moyenne, allège les rayons inférieurs jusqu'à 15 %, ce qui les raccourcit temporairement. Le couple de pédalage provoque la tension et l'allongement de nombreux rayons de la roue arrière, tandis que d'autres se détendent et se raccourcissent. Les forces latérales exercées sur la roue agissent sur la section triangulaire formée par le moyeu, les rayons et la jante. Lorsqu'un rayon se tend, le rayon opposé se détend, et ces variations de longueur entraînent un mouvement latéral de la jante.
Aussi infimes que soient ces mouvements, leur clé réside dans leur combinaison. Un système ne se comporte jamais à lui seul. Plus le nombre de pièces impliquées est élevé, plus les changements substantiels résultant de la combinaison d'effets minimes sont souvent significatifs. Ensemble, ils comptent. Tous les cyclistes témoignent pouvoir ressentir la différence entre des roues rigides et des roues flexibles. Cela devrait être impossible, car les variations dimensionnelles sont infimes. Mais les combinaisons ne sont pas toujours identiques et elles influencent votre expérience de pilotage.
Rayons
Le calibre influe sur l'élasticité, et la section transversale varie plus rapidement que le diamètre. Un rayon de calibre 15 est seulement 10 % plus fin qu'un rayon de calibre 14 (1,8 mm contre 2,0 mm de diamètre), mais sa section transversale est réduite de 20 %. Il est donc 20 % plus élastique. Un rayon ultraléger à épaisseur variable ou profilé peut avoir une élasticité deux fois supérieure à celle d'un rayon droit de calibre 14. La souplesse du rayon n'est pas un facteur déterminant, mais il est important de ne pas négliger des différences de cette ampleur.
Tension
Les chocs importants sur les roues n'entraînent pas de variations de tension significatives. De manière générale, la tension n'affecte donc pas l'élasticité des roues, sauf si elle est extrêmement faible. En réalité, les charges appliquées à une roue à rayons génèrent une tension qui renforce sa structure, même si elle était absente auparavant.
Jantes
La forme influe davantage sur les jantes que leur masse, mais les deux déterminent leur déformation élastique lors de la pratique du vélo. Les jantes très hautes, comme les jantes aérodynamiques, sont moins élastiques radialement. Les jantes larges, comme celles utilisées en VTT de descente, sont moins élastiques latéralement.
Quelle que soit leur forme, les jantes se déforment légèrement à leur base. Dans cette zone aplatie, la tension des rayons diminue. Il existe en réalité des zones de gonflement beaucoup plus petites et plus courtes à proximité de la zone de charge. Celles-ci sont 25 fois plus petites, mais provoquent de très brèves et infimes augmentations de la tension des rayons. Ces déformations font partie intégrante du fonctionnement de la roue et de la variation de tension ; elles se produisent continuellement lorsque vous roulez sur route ou sur sentier.
Hubs
Leurs dimensions ne varient pas suffisamment pour affecter sensiblement le comportement de la roue. En revanche, la position latérale des flasques influe considérablement sur le mouvement latéral.
Pas de déjeuner gratuit
L'élasticité présente des avantages et des inconvénients. L'élasticité radiale procure du confort, mais une élasticité excessive peut accroître la résistance au roulement. Elle a également un coût mécanique, car aucun ressort n'est parfait. La déformation engendre des frottements moléculaires, de la chaleur et des pertes d'énergie.
La flexibilité latérale améliorera la traction, notamment dans les virages sur routes défoncées, mais nuira à la précision du contrôle et pourrait gêner un sprint à pleine vitesse.
Tout cela devrait vous faire penser à un discours sur les suspensions. Eh oui, la roue est élastique, c'est le propre des suspensions. Sur un vélo de route très rigide, on peut même ressentir cette élasticité, aussi imperceptible soit-elle.
Enfin, il ne faut jamais négliger l'influence d'un élément structurel sur ses voisins. Le balancement de la fourche (généralement considéré comme un défaut), les infimes déformations des roues, les sollicitations pneumatiques, voire le mouvement de la potence, se combinent et affectent considérablement le cadre. Il ne fait aucun doute qu'une fourche rigide et une roue totalement inélastique provoqueraient une fatigue prématurée, voire une rupture, d'un cadre qui n'aurait pas été conçu pour y remédier.
Les meilleurs vélos, outre leur conception optimale et leur ergonomie parfaitement adaptée à chaque cycliste et au terrain, sont des structures minimalistes subtilement intégrées. Chaque caractéristique d'un composant, qu'elle soit ou non un atout pour sa fonction première, représente un avantage ou un inconvénient pour les autres éléments. La conception des vélos a évolué pendant plus de 150 ans pour optimiser ces interactions à un degré que peu d'autres appareils (voire aucun) n'atteignent.
Lors de la conception ou de l'appréciation de roues, n'oubliez pas leur rôle d'éléments de suspension. Le choix des composants influence directement le résultat.
Comment expliquer autrement la popularité croissante des basses pressions, des pneus plus larges et des jantes moins profondes (donc plus flexibles) en cyclisme sur route ? Se pourrait-il que les cadres en carbone modernes, si légers et rigides, aient tendance à déraper et à mal négocier les virages ? Nombreux sont ceux qui ont constaté leur vitesse (sprint, aérodynamisme), mais aussi leur manque d’élasticité. Les roues et les pneus viennent pallier ce manque.
Eh bien, nous sommes pleins de ressources !
Dans la sixième partie, découvrez le rôle central de la roue dans la zone de stabilité, un domaine encore partiellement compris mais étudié de près. Les roues permettent aux vélos de se diriger automatiquement. Écoutez les dernières informations sur cette énigme intemporelle. La stabilité à deux roues (sur une seule voie) est essentielle à notre nature bipède et à la magie du cyclisme.
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