Avec une connaissance intime de la fibre de carbone, l'ingénieur senior en composites de Trek a joué un rôle important dans la fabrication des vélos ce qu'ils sont aujourd'hui
Cycliste: Comment avez-vous commencé chez Trek ?
Jim Colegrove: En 1990, Trek voulait construire des pièces composites en interne après un début désastreux en utilisant une société distincte pour construire le cadre 5000. C'était un tout-en-un en 1988 et 1989. Terrible échec - nous avons récupéré pratiquement tout le monde. Des personnes clés ont réalisé que la fibre de carbone était l'avenir et j'ai été embauché pour aider à intégrer la fabrication dans cette usine. Je venais d'une petite entreprise d'ingénierie de S alt Lake City qui travaillait avec des clients de l'aérospatiale - Boeing, Lockheed, Northrop, ce genre d'entreprises. Jackson Street était le point de départ de Trek, qui était une grange rouge au centre-ville de Waterloo [Wisconsin]. Trek y a commencé à braser des cadres en 1976. Il abrite maintenant l'installation d'usinage d'outils CNC pour couper tous les moules que nous utilisons pour fabriquer nos pièces.
Cyc: Les industries aérospatiale et militaire utilisent-elles du carbone de bien meilleure qualité que celui utilisé dans les vélos ?
JC: Le matériau utilisé par les industries de l'aérospatiale et de la défense est presque identique au matériau utilisé par les industries récréatives. Ce qui manque généralement, c'est la certification et aussi la vérification de la fabrication. Nous utilisons beaucoup de fibres différentes, dont certaines sont les mêmes que celles utilisées à des fins militaires et aérospatiales haut de gamme. M60J, par exemple, est une fibre Toray à module ultra élevé. La dernière fois que j'ai regardé, c'était quelque chose au nord de 900 $ la livre [environ 1 270 £ le kilo]. Certains de ces matériaux à module élevé et ultra-élevé sont classés comme matériaux stratégiques, ce qui signifie qu'ils ne sont disponibles que dans certains pays de l'OTAN, car vous pouvez en faire des armes. Nous utilisons presque toutes les fibres, que ce soit Toray, Mitsubishi, Hexcel, Cytec. Vous l'appelez, nous l'utilisons.
Cyc: Qu'y a-t-il de spécial dans la façon dont Trek fait les choses ?
JC: L'un des éléments clés est la façon dont nous protégeons le processus contre les erreurs. Chaque fois que vous mettez un humain dans le mélange, il y a la possibilité d'erreurs. Tous nos produits au cours des cinq ou six dernières années sont passés par notre laboratoire de validation, qui est une sorte d'usine factice. Nous faisons venir nos spécialistes de la documentation qui disent à nos opérateurs ce qu'ils vont faire. Nous amenons ces opérateurs dans le laboratoire de validation et les formons afin que nous ayons une transition transparente. Nous essayons de développer les choses de manière à ce qu'elles passent bien en production. Parce que lorsque vous sortez des éléments d'un environnement de laboratoire pour les mettre en production, il y a toujours de petits problèmes - des choses auxquelles vous n'avez pas pensé.
Cyc: Comment jonglez-vous entre les exigences du design et de la recherche aux États-Unis tout en réalisant une grande partie de votre production en Extrême-Orient ?
JC: Je pense que ce qui est vraiment essentiel, c'est que ce qui est appris ici se propage à nos partenaires asiatiques. L'une des choses qui, selon moi, nous distingue est le fait que nous sommes profondément ancrés dans le secteur manufacturier. Nous construisons tous les vélos Project One haut de gamme dans le Wisconsin, et nous savons que l'usine coûte cher, mais si nous ne le faisons pas ici, nous perdons ce lien direct avec la construction du produit. Nous pouvons concevoir un beau cadre et l'expédier à quelqu'un, mais nous n'aurions aucune idée si ce que nous avons conçu est constructible et s'il est constructible d'une manière unique et bonne.
Cyc: Comment la nature composite de la fibre de carbone influence-t-elle la conception du cadre ?
JC: Il existe une sorte de théorie de l'« aluminium noir » selon laquelle les concepteurs traitent le carbone comme s'il s'agissait d'un métal isotrope ordinaire. Ainsi, une partie de la FEA [analyse par éléments finis] utilisée dans la conception de vélos est effectuée en entrant de l'aluminium comme matériau et en concevant les tubes uniquement sur l'effet d'une certaine épaisseur de paroi. Ce n'est pas une vraie FEA composite. C'est bien pour obtenir un produit acceptable, mais si nous voulons composer le type de performance de conduite que nous recherchons au sommet, nous devons faire les choses correctement. Dans notre conception, vous pouvez voir le nombre de plis et où nous les avons placés, et tout cela est piloté par notre analyse.
Cyc: Comment la tendance à l'amélioration de l'aérodynamisme a-t-elle affecté votre approche du design ?
JC: L'aérodynamique nous a vraiment posé un dilemme. Les formes de tubes aérodynamiques ont tendance à nécessiter des surfaces plus grandes, et chaque fois que vous ajoutez plus de surface à une pièce, il y a plus de poids, n'est-ce pas ? De plus, soit c'est si dur pour le cycliste parce que c'est une section si haute, soit c'est si étroit que le vélo est partout [à cause du flex latéral]. C'est là que notre analyse entre vraiment en jeu. Tout d'abord, nous analysons la forme d'un point de vue aérodynamique, puis une fois que nous savons que nous avons une certaine forme aérodynamique, nous commençons à la brancher dans FEA. Si ces deux-là ne vont pas jouer ensemble, nous devons ajouter du matériel pour répondre à l'aérodynamisme, mais alors la moto sera trop lourde - ce ne sera pas acceptable. Nous convergeons donc constamment vers la meilleure solution.
Cyc: les vélos en fibre de carbone sont à moitié en fibre de carbone et à moitié en résine. Quelle est l'importance de la résine ?
JC: Très. On en parle peu, mais on travaille constamment avec des résines différentes. C'est un matériau composite - la fibre de carbone fait le travail et la résine époxy maintient les fibres en position. Donc, si la résine ne fait pas son travail en maintenant les fibres en place, vous n'obtiendrez aucune performance réelle des fibres. Nous avons noué une relation plus étroite avec [le producteur de fibres de carbone] Hexcel car il propose une large gamme de résines aux propriétés uniques et spéciales. Le problème est que cela complique davantage un concept déjà compliqué. Il y a tellement de jargon qui circule - est-ce un T700 ou un T800 ou un IM7 ou un IM8, quels sont les modules, la résistance et l'allongement ? C'est assez déroutant sans entrer dans les résines.
Cyc: Le carbone a parfois la mauvaise réputation d'avoir une durée de vie limitée. Est-ce vrai ?
JC: Les gens semblent préoccupés par la fibre de carbone parce que c'est une inconnue. Les gens ont grandi avec l'acier et l'aluminium. Chaque matériau a une durée de vie. Prenez un trombone en acier et pliez-le une centaine de fois, il se cassera probablement. Faites de même avec l'aluminium, et il se cassera probablement en deux fois moins de temps car l'aluminium n'est pas aussi résistant à la fatigue que l'acier. Les composites, en général, ont une durée de vie infinie. Mais cela dépend de l'utilisation de la fibre de carbone, de l'utilisation de la résine et de la qualité de son traitement. En d'autres termes, y a-t-il beaucoup de vides dans le stratifié ? Parce que les vides tueront un composite très rapidement. C'était courant il y a des années, mais plus maintenant. Là encore, c'est là que le contrôle complet des matériaux, des processus et de l'ingénierie joue un rôle important. Si vous prenez le contrôle de tout cela, nous pouvons définitivement dire qu'un vélo que vous achetez aujourd'hui, vous pouvez rouler toute votre vie, et il ne se dégradera pas au cours de cette vie.
Cyc: Êtes-vous à la recherche de nouveaux matériaux extraordinaires ?
JC: Nous sommes toujours à la recherche de nouvelles formes matérielles. Le graphène en fait partie, mais il est encore en cours de développement. Il existe des fabricants de plaquettes de nano-graphène, vous pouvez donc déjà vous en procurer, mais c'est très cher. La chose la plus importante pour nous est qu'à moins que nous ne puissions voir les avantages du composite, nous ne sommes pas complètement convaincus. Si nous pouvions trouver un moyen d'obtenir du graphène ou des nanotubes de fibre de carbone pour créer les longues cordes comme nous en avons pour la fibre de carbone actuelle, oh mon Dieu, la rigidité, la résistance, le poids seraient incroyables.
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