Les cyclistes passionnés rêvent de cadres. Les selles apportent une touche de style aussi importante que les chaussures à la mode (remarquez toutes ces selles de type Brooks). Les transmissions et les roues suscitent de grandes ambitions. Mais les pneus ? Combien d’entre eux éprouvent une profonde affection ou une véritable admiration pour les pneus ?
négligé
Les pneus sont trop petits pour captiver le regard. Ils se salissent, se ressemblent tous et s'usent. On paie cher pour ces courroies en caoutchouc qui peuvent être détruites en un seul incident. Peut-être ressemblent-ils trop à des tuyaux d'arrosage. Ou peut-être leur fonctionnement est-il trop complexe, comme celui des roues. Quoi de plus transparent que les freins et la transmission ? Le fonctionnement du châssis et du poste de pilotage est aussi évident que celui d'un meuble. Les pneus et les roues sont discrets et obscurs.
Plus on observe les pneus de près, plus ils sont fascinants. Ces petites vessies trompeuses nous maintiennent en suspension et fonctionnent selon des principes uniques parmi tous les systèmes du vélo. Si la roue a été un catalyseur essentiel de la civilisation telle que nous la connaissons, le pneu a constitué son avancée la plus importante. Le pneu a révolutionné les roues et le cyclisme de compétition s'en est trouvé instantanément transformé.
En moins d'un an, toute l'industrie mondiale du cycle est passée aux pneus à air. Tout le reste est devenu instantanément obsolète. Rien à notre époque n'a été aussi révolutionnaire. Ni les moteurs à réaction, ni les semi-conducteurs, ni les LED. Pourquoi ?
Oups, il est vivant
Le pneu est un dispositif organique qui imite les tissus vivants. Comment les sherpas transportent-ils des sacs de 40 kg sur le granit et la glace, pieds nus ? Comment les artères conservent-elles leur force, leur souplesse et une dilatation contrôlée ? Le caoutchouc synthétique (merci à Charles Goodyear) n’est qu’une simple modification de la sève de l’hévéa. À l’état pur, il ne sert qu’à fabriquer des ballons. Aucun contrôle.
L'association du caoutchouc et des fibres donne un système prometteur. Les artères et les intestins des organismes vivants ont développé une telle technologie au fil de millions d'années. L'élastine est une protéine fibreuse qui confère résistance et limite les variations de taille. Le collagène est une protéine flexible qui se déforme comme du caoutchouc. Ensemble, ils constituent les éléments de base des tissus vivants et sont extrêmement similaires aux pneumatiques.
résistance au roulement
Les pneus sont les éléments essentiels de nos vélos. Comment supportent-ils notre poids sur de simples coussins d'air ? Un pneu possède une zone de contact avec le sol. Il s'agit de la déformation du pneu qui épouse la surface généralement plane du terrain. Plus le pneu est large, plus sa zone de contact est étendue par rapport à sa longueur. Les petits pneus ont des zones de contact longues et étroites.
Le calcul est simple. Si un pneu supporte une charge de 45 kg (100 lbs), sa surface de contact s'adaptera en conséquence. Si la pression du pneu est de 7 bars (100 psi), la charge créera une surface de contact d'un pouce carré (1 pouce carré). Si la pression est de 3,4 bars (50 psi), la surface de contact sera de deux pouces carrés (2 pouces carrés). Pas besoin de calculs complexes.
La forme de la zone de contact avec le pneu varie selon sa taille. Cependant, sa surface de contact est indépendante de la taille du pneu. Notez qu'un pneu plus grand a une zone de contact plus large et plus courte qu'un pneu plus petit. Plus la zone de contact est courte, plus la résistance au roulement est faible. Pourquoi ? Parce que la résistance au roulement dépend de la déformation du flanc du pneu. Plus la zone de contact est longue, plus la déformation du flanc est importante. Lorsque le flanc se déforme et reprend sa forme initiale, un travail est effectué au niveau de la fibre. Il en résulte de la chaleur et une consommation d'énergie.
Pneus petits vs. pneus grands
Si les pneus plus larges ont toujours une surface de contact plus courte et une résistance au roulement moindre (à pression égale), pourquoi utiliser des pneus plus petits ? Plusieurs raisons importantes :
(1) Les pneus plus petits sont beaucoup plus légers et les jantes qui les supportent le mieux le sont aussi.
(2) Les pneus de plus petite taille offrent une résistance au vent bien moindre. Bien moindre. Cette réalité est étrangement déformée dans une grande partie des discussions aérodynamiques actuelles.
Si les pneus plus petits sont si performants, pourquoi utiliser des pneus plus grands ? N'oubliez pas :
(1) Les petits pneus nécessitent une pression plus élevée car leur volume réduit offre une protection moindre contre les aléas de la route. Une basse pression est souvent préférable pour le confort et la tenue de route.
(2) L'air est très léger. Des pneus plus gros pèsent plus lourd, mais leur volume est principalement constitué d'air. Le surpoids lié à des pneus plus gros est donc moins important qu'il n'y paraît.
Traction
Un autre aspect important des pneus est l'adhérence, non pas la résistance au roulement, mais la capacité du pneu à adhérer au sol. Par adhérence, j'entends la friction :
F t ≤ μ F n
où
En résumé, le frottement dépend de l'adhérence du pneu et de la charge. Le frottement ne dépend PAS de la surface de contact du pneu. Comment est-ce possible ?
En résumé, une pression de pneus plus basse n'améliore l'adhérence que sur des surfaces instables. Une surface instable signifie qu'une plus grande surface de contact entre la bande de roulement du pneu et la route (ou le sentier) offre davantage de possibilités d'interaction positive. Sur une route plane, une pression plus basse n'augmente pas l'adhérence.
Pourquoi une pression plus basse semble-t-elle améliorer l'adhérence sur les routes planes ? C'est un effet de suspension. Une pression plus basse n'augmente pas la friction, mais la souplesse de la carcasse du pneu assure un contact plus continu avec la route, ce qui améliore l'adhérence. Ce n'est pas une question de friction, mais de suspension.
Je vous rappelle la magie que nous ressentons à chaque trajet. Les généralisations que l'on trouve dans les explications simplistes et le marketing peuvent être très déroutantes si l'on ne saisit pas les principes fondamentaux.
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MarktheMan
novembre 02, 2021
Very informative and helpful post, thank you. The analogy about tires being compared to our own arteries was spot on and helps to visualize the descriptions so much better.
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