Un parcours technique nécessite de bonnes compétences en virage. Mais, selon la physique, jusqu'où pouvez-vous incliner votre vélo avant de toucher le pont ?
Les scientifiques se demandent ce qui rend un vélo équilibré depuis l'époque où vous étiez un centime. De nombreux experts ont suggéré que ces cerceaux en rotation font que le vélo se comporte comme un gyroscope, mais ce n'est pas si simple. Un groupe d'ingénieurs de l'Université de Nottingham a identifié 25 variables distinctes qui affectent le mouvement d'un vélo, citant qu'une explication simple ne semble pas possible car l'inclinaison et la direction sont couplées par une combinaison d'effets, y compris la précession gyroscopique, les forces latérales de réaction au sol à la roue avant, point de contact au sol derrière l'axe de direction, réactions de gravité et d'inertie…'
Ce que l'on sait, c'est que tant qu'un vélo se déplace à une vitesse d'environ 14 km/h (9 mph), il peut rester debout sans la présence d'un cycliste. Mais encore une fois, les scientifiques ne peuvent pas expliquer pourquoi.
Dans ce contexte, ajouter la dimension supplémentaire d'un virage et calculer l'angle que vous pouvez vous pencher dans les virages avant de toucher le tarmac est clairement une affaire complexe. Dans les bonnes conditions, il est possible de voir des angles de 45°, mais comment y arriver ?
« Nous savons que trois forces réelles agissent sur le vélo et le cycliste », déclare Rhett Allain, cycliste passionné et professeur associé de physique à la Southeastern Louisiana University aux États-Unis.
‘Il y a la force gravitationnelle qui pousse le vélo et le cycliste vers le bas; il y a la route qui pousse vers le haut, ce que nous appelons la force "normale", et il y a une force de friction qui pousse le vélo vers le centre de la trajectoire circulaire dans laquelle il se déplace.'
La fausse force
Il y a aussi la force centrifuge."Cela a un impact, mais c'est une fausse force", déclare Allain. De nombreux physiciens affirment que la force centrifuge n'existe pas et qu'il s'agit simplement d'un manque de force centripète - une force de traction vers l'intérieur qui garantit que le vélo se déplace dans un cercle similaire à la gravité tirant vers l'intérieur sur un satellite pour le maintenir en orbite.
Il est calculé via l'équation F=mv2/r, où F est la force centripète (Newtons), m est la masse du vélo et du cycliste (kg), v est vitesse (m/s) et r est le rayon du coin en mètres.
«La physique d'un virage est que vous le faites en accélérant radialement vers l'intérieur, ce qui revient à la force centripète», explique David Wilson, professeur émérite d'ingénierie au Massachusetts Institute of Technology.
‘La force doit venir des pneus. Le vélo doit s'incliner de manière à ce que la combinaison de la réaction du pneu et de la force radiale corresponde à la force résultante du vélo et du cycliste.'
Le coefficient de frottement, qui est le rapport entre la force de frottement entre deux corps et la force qui leur est appliquée, dans ce cas le pneu et le tarmac, est également essentiel pour déterminer la distance à laquelle vous pouvez vous pencher.
La plupart des matériaux secs ont des valeurs de frottement comprises entre 0,3 et 0,6, tandis que le caoutchouc en contact avec le tarmac peut produire un chiffre compris entre un et deux. Lorsque les surfaces se déplacent les unes par rapport aux autres - comme pour le cyclisme - ce chiffre diminue légèrement.
Pour que le vélo reste droit, la force latérale (centripète) doit être égale au coefficient de frottement, et ce chiffre peut être étonnamment élevé. Par exemple, un cycliste de 70 kg sur un vélo de 10 kg roulant à 20 mph dans un virage d'un rayon de 20 m subit une force centripète de 316 Newtons.
Cette force doit être générée par les pneus, et si la force n'existait pas, le vélo et le cycliste continueraient simplement en ligne droite.
En utilisant des calculs trigonométriques impressionnants qui rempliraient un livre entier, le coefficient de frottement est égal à la fonction tangente de l'angle d'inclinaison maximum.
« La roue patine lorsque le coefficient de frottement est dépassé », déclare Marco Arkesteijn, maître de conférences en sciences du sport à l'Université d'Aberystwyth. "Cela peut être dû à l'augmentation de la force de friction [due au resserrement de la ligne dans un virage par exemple] ou à la diminution de la force normale [due à, disons, une dépression sur la route]."
Le coefficient de frottement peut également changer en raison d'un changement de surface. C'est pourquoi les virages sur une ligne blanche peuvent être périlleux. "C'est particulièrement vrai sur le mouillé", déclare Arkesteijn. ‘La peinture est moins poreuse donc l’eau ne se disperse pas.’
Poids du cycliste
Pour compliquer encore les choses, il y a la question du poids du cycliste. "Sur le plan physique, les gars plus petits devraient pouvoir se pencher davantage", déclare Arkesteijn. "Ils sont aussi généralement plus agiles, ce qui aide."
Allain n'est pas tout à fait aussi précis, ce qui suggère que même si le poids du cycliste compte un "peu", le centre de gravité du cycliste et du vélo est plus important.
‘En fin de compte, c’est le facteur le plus important’, dit-il. Les coureurs plus lourds ont tendance à être des coureurs plus grands, en particulier dans le peloton professionnel, ce qui signifie que leurs tailles de cadre sont plus grandes et que leur centre de masse est plus haut. Vous devez également tenir compte des conditions routières. Si vous êtes à la limite, une bosse sur la route peut entraîner une perte de traction et une chute.
Les routes britanniques sont parfois plus adhérentes que celles de nos cousins européens continentaux car elles sont plus poreuses pour absorber la pluie et empêcher une surface glissante. C'est pourquoi nos routes sont plus grossières. Mais ils sont souvent plus cahoteux et en pire état à cause des dommages causés par le gel, c'est pourquoi le vélo et la conduite en France sont un plaisir absolu quand il fait sec.
Après tout ça, quel est l'angle d'inclinaison maximal ? Pour le professeur de mécanique et d'ingénierie Jim Papadopoulos, il est impossible de répondre à cette question tant que vous n'avez pas ajouté un dernier facteur - la piste.
Il s'agit d'une ligne imaginaire projetée du tube de direction vers le sol. Si ce point est devant le point de contact de la roue avec le sol, il est considéré comme "positif" et est plus stable. Derrière et le vélo est plus susceptible de basculer. Trail réduit plus vous vous penchez.
‘Les cyclistes ont tendance à rester dans la région positive du sentier et à ne pas dépasser 45° d’inclinaison’, dit-il. «C'est généralement moins, mais lorsque le virage est supérieur à 5 m de rayon, vous pouvez atteindre 45 °. C'est parce que la piste devient moins un problème - alors nous revenons à la question de la traction. '
Ainsi, 45° est possible sur un virage rapide, large et bien en surface, mais avec tant de variables en jeu, il n'y a malheureusement pas de réponse définitive. Jusqu'où vous pouvez vous pencher est un cas d'essai et d'erreur (espérons-le pas trop douloureux).
