Pour l'instant, la science est incapable de fournir une réponse définitive. Mais ça se rapproche…
Faire du vélo. C'est comme faire du vélo, n'est-ce pas ? Eh bien, pas si vous êtes Andy Ruina, professeur à l'Université Cornell.
Il, avec les co-auteurs Jim Papadopoulos, Arend Schwab, Jodi Kooijman et Jaap Meijaard, a écrit un article intitulé A Bicycle Can Be Self-Stable Without Gyroscopic or Castor Effects qui suggère que les conditions de stabilité citées précédemment ne le font pas expliquent suffisamment – et ne sont même pas nécessaires pour – le phénomène du vélo autostable.
‘C'est une chose remarquable que les gens puissent rester debout sur un vélo. Mais l'une des choses les plus étonnantes à propos des vélos, c'est qu'ils peuvent s'équilibrer », explique Ruina.
Donnant l'exemple de la célèbre scène du film Jour de Fête de Jacques Tati en 1949, où le facteur maladroit François poursuit son coursier en fuite alors qu'il serpente sans cavalier sur une route de campagne, Ruina et ses collègues scientifiques se sont mis à explorer la sagesse conventionnelle selon laquelle deux conditions nécessaires pour qu'un vélo reste droit étaient soit le couple gyroscopique des roues tournantes, soit la traînée de chasse de la roue avant.
« Vous ne pouvez garder un vélo droit que lorsqu'il est en mouvement », explique Ruina. «Ce qui est bien connu, c'est que la direction vous donne de l'équilibre. Nous pouvons le montrer si nous verrouillons la direction sur un vélo sans conducteur, la poussons, puis la relâchons. Le vélo tombera rapidement de la même manière qu'il tombe lorsqu'il est à l'arrêt. '
Ruina compare l'effet à l'équilibre d'un balai sur sa main. Lorsque le balai vertical commence à se pencher vers la gauche, l'équilibreur déplace également sa main vers la gauche, ramenant le bas du balai sous son sommet tombant, retrouvant ainsi l'équilibre. Mais en excluant le cycliste de l'équation, pourquoi cela se produit-il avec un vélo ?
‘Les gens pensent naturellement que si quelque chose tourne vite, il devient rigide en raison de l'effet gyroscopique, donc quand vous le tournez, il veut tourner dans l'autre sens. C'est une explication courante. L'autre est qu'un vélo se comporte comme une roulette sur un caddie.
Point de contact
Les gens supposent que le point de contact au sol réel de la roue avant est devant l'axe de direction en raison de l'angle de tête et du râteau de la fourche. Mais en réalité, la roue touche le sol juste derrière cet axe.'
Le résultat est que, comme une roulette qui peut se déplacer à 360° autour d'un axe vertical (imaginez que votre jeu de direction est le roulement de la roulette et que votre moyeu est son axe), votre roue avant "suit" votre guidon. Donc, comme un caddie, poussez votre vélo vers l'avant et la roue avant se replie nécessairement et traîne dans le sens de la marche.
Cependant, les calculs des chercheurs ont montré que ni l'effet gyroscopique ni l'effet de roulette n'est réellement responsable de la propension d'un vélo à braquer et à s'auto-stabiliser.
Pour le prouver, Ruina et son équipe ont construit ce qu'ils appellent le "Two Mass Skate" (TMS). Ressemblant à quelque chose comme un scooter pliable, le TMS a les mêmes propriétés qu'un vélo - deux roues et une section de masse avant et arrière reliées par une charnière (c'est-à-dire le casque) - mais il est fait de telle manière qu'il n'est pas sujets aux effets gyroscopiques ou de ricin.
Pour ce faire, deux petites roues touchent le sol, chacune avec une roue contiguë et donc contrarotative de masse égale sur le dessus, ce qui annule tout effet gyroscopique avec un mouvement opposé (les roues du TMS fonctionnent plus comme des patins). Et le point de contact de la roue avant se trouve devant l'axe de direction, et non derrière comme avec une roulette.
Lorsqu'il est poussé et relâché, ce "vélo" sans roulettes et sans traînée reste droit, même en se corrigeant lorsqu'il est frappé sur le côté.
Cela prouve donc qu'autre chose, autre que les effets gyroscopiques ou de roulettes, doit être responsable de la tendance d'un vélo à s'auto-stabiliser en braquant sous lui-même. Pour expliquer cela, les chercheurs postulent que la répartition des masses, en particulier sur l'ensemble de direction, est essentielle.
Pour en revenir à l'exemple du balai, Ruina suggère: «Le TMS a une masse qui est en avant de l'axe de direction ainsi qu'une masse dans le cadre. Lorsque l'avant d'un vélo tombe, il tombe plus vite, tout comme si vous tenez en équilibre un crayon dans votre main, il tombera plus vite qu'un balai.
Ainsi, la masse avant tombe plus vite que la masse arrière, mais elles sont reliées l'une à l'autre par l'axe de direction. Ainsi, dans une tentative de chute plus rapide, l'avant provoque la direction et ramène le vélo sous lui-même. '
Ruina souligne que cela ne résout toujours pas la question de la stabilité d'un vélo, notamment en ce qui concerne un vélo sans conducteur. Mais ce qu'il fait, c'est soulever de nouvelles questions sur la façon dont nous restons debout sur un vélo, ce qui pourrait un jour entraîner des changements de conception fondamentaux.
Comme les chercheurs l'ont dit: "Ces résultats suggèrent que le processus évolutif qui a conduit aux conceptions actuelles courantes de bicyclettes n'a peut-être pas encore exploré les régions potentiellement utiles dans l'espace de conception." Alors voilà.
