Les jantes deviennent plus grosses, ce qui semble contre-intuitif pour les rendre plus rapides, alors que se passe-t-il ?
La logique suggère que si vous voulez que quelque chose fende l'air rapidement, vous devez le rendre fin et pointu - comme Concorde. Il avait la forme d'une fléchette alors que d'autres avions de passagers étaient bulbeux, et par conséquent, il pouvait traverser l'Atlantique en moins de trois heures. La même réflexion a été appliquée aux premières générations de roues aérodynamiques à section profonde: des sections en V minces et profondes effilées en une arête vive, qui donnaient l'impression de fendre l'air avec une efficacité maximale. Cela avait un sens intuitif, mais les temps ont changé.
La pointe de la conception des roues est maintenant, eh bien, moins coupante et plus émoussée. Les bords ont été adoucis et les jantes élargies dans la mesure où on nous dit maintenant que les profils de jante épais et arrondis sont la meilleure forme anti-vent pour des performances globales. Alors que s'est-il passé ?
Hed winds
Le promoteur original de la forme de jante plus large était Hed Wheels, avec son fondateur, feu Steve Hed, à l'origine d'une grande partie de la réflexion dans les années 1980. Lorsque Hed a lancé sa paire de roues Ardennes en alliage d'aluminium potelée et à profil large au milieu des années 2000, recommandant de l'associer à des pneus de 25 mm plutôt qu'à l'omniprésent de 23 mm, beaucoup ont exprimé leur incrédulité quant au fait que cela pourrait être une configuration plus rapide. À l'époque, les détails techniques étaient sommaires. Il semblait que Hed recherchait une meilleure stabilité des pneus pour plus de contrôle dans les virages, tout en diminuant le risque de crevaisons sur les terrains accidentés, mais les recherches initiales dans les années 80 avaient également montré que des jantes plus larges pouvaient être plus rapides sur le plan aérodynamique. Puis, lorsque le brevet Hed a été déposé en 2009, la porte s'est ouverte à une vague d'innovations.
Michael Hall, directeur du développement avancé chez le fabricant de roues Zipp, déclare: "Pendant des années, l'industrie a poursuivi l'efficacité globale de la traînée [les résultats les plus rapides dans les tests en soufflerie] sans se soucier de la performance de ces composants sur des sous- jours optimaux et réels. Dans le monde réel, les cyclistes doivent faire face à tout ce que leur environnement leur réserve. Pour nos roues Firecrest, lancées en 2010, nous avons changé d'orientation et les produits résultants ont cherché à être plus stables et prévisibles dans toutes les directions du vent que ceux de nos générations précédentes.'
Kevin Quan, directeur de l'ingénierie chez Knight Composites, donne plus de détails: "Nous concevons à partir du bord de fuite, c'est-à-dire la moitié arrière de la roue." Cela peut sembler contre-intuitif étant donné qu'il s'agit du pneu et de l'avant bord de la jante qui frappe le vent en premier, mais Quan dit: «Nos recherches montrent que lorsque le vent frappe un pneu à un angle de lacet [tout angle autre que droit], il va se détacher [perdre son écoulement régulier sur la jante], donc la forme aérodynamique à l'avant de la jante ne fait pas grand-chose, elle est presque toujours bloquée." Autrement dit, il ne sert à rien de privilégier une forme aérodynamique à l'avant.
Avantages aéro
Pour comprendre comment une jante plus large peut améliorer l'aérodynamisme plutôt que d'augmenter la traînée, nous devons tenir compte du fait que l'air dans lequel nous roulons ne se comporte pas de manière cohérente. Même par temps calme, l'air est un gâchis tourbillonnant et complexe. Ce que la science aérodynamique a réalisé, c'est que la dynamique optimale des fluides - la façon dont l'air interagit avec les formes et les textures de surface avec lesquelles il entre en contact - se résume à réduire la friction.
En matière de flux d'air, il existe trois grandes catégories. La première catégorie est le flux d'air «laminaire». C'est l'état le plus souhaitable pour de faibles pertes par frottement et il se réfère à l'air se déplaçant en lignes lisses, droites ou courbes. Lorsqu'il rencontre un objet en mouvement, le flux d'air laminaire se sépare, glisse autour de l'objet, puis reprend son flux de l'autre côté avec un minimum de tracas.
Le deuxième état est "turbulent". Comme son nom l'indique, il fait référence à de l'air confus qui est loin d'être fluide, bien qu'il puisse contenir des éléments d'air «laminaire» et «calé». Les raisons de la turbulence peuvent être nombreuses: peut-être est-ce une journée venteuse, ou vous suivez de près un autre conducteur, ou il y a des voitures et des camions qui passent. Ces conditions sous-optimales sont parfois appelées air "sale", et c'est l'état le plus courant dans lequel nous roulons.
La troisième condition est "bloquée". C'est alors que l'air ne circule plus, mais tourbillonne dans différentes directions à la fois. Cet état provoque la plus grande quantité de friction et, en tant que tel, a le plus grand effet sur le ralentissement d'un cycliste.
Ce que tout cela signifie, c'est que même s'il est formidable d'avoir une combinaison de roue et de pneu qui fonctionne bien en flux laminaire, lorsque vous vous dirigez de front dans une soufflerie, ce qui est le plus avantageux dans les scénarios du monde réel sont des roues et des pneus qui fonctionnent bien dans l'air turbulent. Les conceptions modernes les plus réussies visent en fait à prendre l'air turbulent et à réduire sa traînée - pour nettoyer l'air sale. C'est l'une des raisons pour lesquelles les jantes fines et pointues sont remplacées par des jantes plus larges et plus rondes - les nouvelles conceptions sont tout simplement plus rapides à couper à travers l'air désordonné que les cyclistes rencontrent sur la plupart des trajets du monde réel. Mais il y a une autre raison majeure pour laquelle les jantes s'élargissent, c'est la résistance au roulement.
Sports de contact
Le passage à des jantes plus larges est en partie le résultat d'une évolution simultanée vers des pneus plus larges. Là où les pneus de 23 mm étaient la norme, de plus en plus de cyclistes et de fabricants optent à la place pour des pneus de 25 mm, et parfois même plus larges.
« Les recherches de Continental montrent qu'un pneu 25c a une résistance au roulement de 10 à 15 % inférieure à celle d'un pneu 23c », déclare Quan. "Continental a montré que si vous avez un pneu plus gros, la zone de contact, au lieu de s'allonger, devient plus courte mais plus large, de sorte que la surface réelle sur la route reste la même aux mêmes pressions."
Cela est confirmé par les découvertes du fabricant de pneus Schwalbe. Le chef de produit Marcus Hachmeyer déclare: « Si vous comparez des pneus de largeurs différentes mais avec des spécifications identiques – même composé, profil et pression de gonflage – en termes de résistance au roulement, plus large est plus rapide. Si vous imaginez votre vélo et votre cycliste garés sur une plaque de verre et que vous regardez d'en bas à l'endroit où le pneu rencontre le verre, vous verrez deux formes distinctes. Sur un pneu étroit, la forme serait longue et fine, un ovale. Sur un pneu plus large, cette zone de contact serait plus courte et plus grosse, plus un cercle, et de cette façon moins de fils qui composent la paroi latérale et aident à créer une résistance au roulement sont utilisés à un moment donné, et la friction est moindre.
C'est très bien, mais pourquoi ne pas simplement monter des pneus plus larges sur des jantes étroites ? Lorsque la jante est étroite, le pneu forme une forme d'ampoule lorsqu'il est vu de profil - pincé là où il s'accroche à la jante et bulbeux loin de la jante. Avec une jante interne plus large, le pneu forme davantage une forme en « U » inversé, ce qui permet de créer une surface de contact plus ronde avec la route et donc moins de résistance au roulement.
La largeur interne des jantes de route - la distance entre les deux brides à crochets qui maintiennent le talon du pneu - était jusqu'à récemment d'environ 14 mm. Sur la première récolte de jantes plus larges, cet espace est passé à plus de 16 mm, et maintenant les fabricants les élargissent à nouveau. La dernière gamme Aeolus TLR D3 de Bontrager, qui a été lancée plus tôt cette année, a élargi cette largeur par rapport à son précédent D3 à 17.5 mm à un énorme 19,5 mm, une augmentation substantielle en termes de pourcentage. Un mot d'avertissement vient cependant de Michel Lethenet du fabricant de roues Mavic. « Idéalement, les deux éléments [pneu et jante] doivent être conçus pour correspondre parfaitement afin d'améliorer le système. Sinon, cela n'a aucun sens avec l'inertie croissante, le poids en rotation et la traînée aérodynamique d'utiliser simplement un pneu plus large. De plus, il y a l'aspect sécurité à prendre en compte si vous envisagez le scénario inverse - un pneu étroit utilisé sur une jante trop large. Cela peut avoir un risque élevé que le pneu ne repose pas correctement et qu'il explose. '
La sécurité avec quelque chose d'aussi vital que les pneus est primordiale, et Quan ajoute: "Actuellement 17-18 mm [largeur interne du lit de jante], ça semble bien, mais plus large, disons jusqu'à 20 mm, et nous entrons dans territoire inexploré. Pour le moment, nous n'avons constaté aucun effet indésirable, mais cela n'a pas encore vraiment été observé dans le grand public. '
Le Messie de Handle
Juste pour prouver que les roues sont peut-être le problème le plus complexe à résoudre pour les ingénieurs, il y a une autre considération essentielle dans le dossier de conception: la manipulation.
« C'est un facteur extrêmement important », déclare Simon Smart, directeur technique de Smart Aero Technology et concepteur du système de roues aérodynamiques d'Enve Composites (Enve SES). «Si nous revenons sept ans en arrière, les athlètes viendraient à la soufflerie et nous identifierions la paire de roues la plus rapide pour eux. Mais nous avons constaté que souvent dans le monde réel, les roues étaient plus lentes. Ce n'était pas parce que la soufflerie était mauvaise, c'était simplement parce que les pilotes ne pouvaient pas garder une ligne droite en course parce que les roues manquaient de stabilité.'
Pour aller vite, il faut en partie garder le contrôle. Par conséquent, si une roue manque de stabilité par vent de travers ou dans des airs turbulents, le résultat est une perte de confiance pour aller vite et les performances en souffrent inévitablement. "Pour moi, la stabilité de conduite était la grande chose qui manquait aux performances de la roue, et je savais que si nous pouvions développer une roue avant plus stable, même si elle s'avérait légèrement plus lente dans la soufflerie, je savais qu'elle serait plus rapide dans le monde réel ', déclare Smart."C'est pourquoi je me suis lancé dans le programme de développement avec Enve, avec la manipulation comme priorité numéro un."
Tout cela indique que la roue et le pneu doivent fonctionner ensemble comme un ensemble complet pour une solution optimale, non seulement en termes d'aérodynamisme, mais également de stabilité à la vitesse, de maniabilité prévisible et de résistance au roulement réduite. À la lumière de cela, verrons-nous les fabricants de roues travailler plus étroitement avec les fabricants de pneus à l'avenir ?
Dans le cas de Bontrager, ils sont déjà identiques. Ray Hanstein, chef de produit roue chez Bontrager, déclare: « Nos ingénieurs roues et pneus sont considérés comme identiques. Les roues et les pneus sont si étroitement liés que vous ne pouvez pas développer l'un à son potentiel sans avoir une compréhension intime de l'autre. Ces gars-là travaillent dans la même pièce, roulent ensemble, déjeunent ensemble. » C'est une histoire similaire chez Mavic et Zipp, qui fabriquent leurs propres pneus ainsi que des roues, et peuvent donc créer des produits parfaitement appariés. La grande question qui reste à répondre est: avons-nous atteint le sommet ? Smart déclare: « Concevoir des jantes est un véritable défi, mais passionnant. Au cours des cinq dernières années, la conception des cadres a passablement changé, et ce sont des choses comme permettre des pneus plus larges qui nous ont donné la liberté d'explorer des jantes encore plus larges. Comme pour la plupart des choses, il y a un point de rendements décroissants, mais je ne pense pas que nous ayons encore atteint le sommet. '
En fin de compte, des pneus plus larges et des profils de roue larges en conséquence sont la direction que prend l'industrie, et le bon choix pour les cyclistes si vous voulez des gains maximaux dans le type de conditions que nous rencontrons tous au jour le jour, avec une maniabilité prévisible pour démarrer. La science le confirme, il est donc peut-être temps de rejeter la vision étroite et d'aller plus loin.
