La géométrie d'un cadre peut affecter la façon dont un vélo se comporte, mais pouvez-vous vraiment prédire à quel point un vélo roulera juste avec les angles du tube ?
Avertissement: dans les prochains paragraphes, vous pouvez rencontrer des oscillations, des flops et des contractions. Ne vous inquiétez pas, ce sont des termes qui vous aideront à mieux comprendre le sujet complexe du maniement du vélo. En termes simples, la maniabilité est l'entrée nécessaire pour contrôler la direction d'un vélo, et le facteur le plus important est la géométrie du vélo.
Il a fallu un siècle pour se rapprocher de la compréhension complète de la dynamique, mais le professeur adjoint Arend Schwab de l'Université technique de Delft, aux Pays-Bas, fait partie d'une équipe de physiciens qui prétend avoir finalement résolu le problème en 2011.
‘Dans notre équation, il y a 27 paramètres’, dit-il à Cyclist. Ceux-ci incluent les angles de tube, les dimensions, le râteau de fourche, la hauteur du boîtier de pédalier et le centre de gravité. Changez un seul élément et la manipulation change.
Des décennies d'expérience cumulée ont conduit les constructeurs de cadres à une géométrie générale pour les vélos de route qui offre un équilibre acceptable entre poids, confort, efficacité et maniabilité.
Cela signifie qu'aujourd'hui, la plupart des ajustements de maniabilité sont effectués avec l'angle du tube de direction et le décalage de la fourche, parfois appelés râteau, car ils déterminent le "trail".
Pour avoir une idée de la piste, imaginez un faisceau de lumière qui brille à travers le centre du tube de direction. Il touchera le sol avant le point où le pneu avant touche le sol.
La distance entre ces deux points est la piste et c'est l'un des principaux facteurs du comportement d'un vélo.
«La piste affecte la stabilité du vélo», explique le constructeur de cadres Richard Craddock de Craddock Cycles à Bromsgrove.
‘Tous les vélos sont plus stables plus ils se déplacent vite, mais plus ils traînent, plus il est facile de rester debout. En revanche, plus de piste signifie plus d'oscillations lorsque vous n'êtes pas en selle et cela demande plus d'efforts de la part du cycliste pour diriger dans les virages.
C'est ce dernier point qui dynamise Anders Annerstedt de la marque de vélo luxembourgeoise Rolo.
‘Un vélo avec une piste plus longue est plus difficile à maintenir sur la trajectoire idéale dans un virage. Donc, sur une épingle à cheveux, vous devrez diriger le virage avec peut-être deux ou trois entrées différentes.
'Vous devez être énergique parce que la géométrie veut garder le vélo dans sa trajectoire existante, dit-il.
Avec moins de traînée, le cycliste n'a pas à dépenser autant d'énergie pour effectuer ces corrections et peut le faire plus rapidement, ajoute Annerstedt.
Il ajuste sa géométrie pour éliminer les 'wheel flop' excessifs - instabilité à basse vitesse - et tous les constructeurs de cadres visent à ajuster la piste pour fournir le type de maniabilité le plus adapté à l'utilisation prévue du vélo.
Ainsi, un vélo de randonnée peut avoir beaucoup de piste pour offrir une conduite stable et prévisible, tandis qu'un vélo de course peut avoir une petite quantité de piste pour offrir des virages rapides et précis.
Il y a deux manières principales pour un constructeur de cadre d'ajuster la traînée: en changeant l'angle du tube de direction ou en ajustant le râteau (décalage) de la fourche. Pour réduire la traînée, vous pouvez rendre le tube de direction plus raide, augmenter le râteau de la fourche, ou les deux.
Les cyclistes sur route en sont généralement venus à privilégier le maniement des vélos où la piste est de 50 à 60 mm. Un angle de tête d'environ 73 ° avec un décalage de fourche d'environ 45 mm tend à atteindre cet objectif.
De nombreux constructeurs de cadres sont méfiants quant à leurs chiffres précis, mais si vous connaissez deux des trois variables, vous pouvez calculer la troisième sur le site Web bikecad.ca.
Il y a une complication supplémentaire avec les petites tailles de cadre car la roue avant est plus proche du boîtier de pédalier, ce qui présente un risque qu'elle soit coupée par les orteils du cycliste.
Pour augmenter le dégagement, soit l'angle de la tête doit être réduit, soit le décalage de la fourche doit être augmenté, ce qui affectera la maniabilité à moins que d'autres modifications de conception ne soient apportées.
Poids et mesures
Malheureusement, consulter le tableau de géométrie pour évaluer la piste ne vous dira pas tout ce que vous devez savoir sur la manipulation, car d'autres facteurs sont impliqués.
Framebuilders citent la hauteur du boîtier de pédalier et l'empattement comme les deux éléments géométriques suivants les plus influents pour la manipulation.
D'autres modifications de la maniabilité peuvent être apportées en modifiant la longueur de la potence, la largeur du guidon et le type de roues et de pneus.
Les roues et les pneus plus lourds, par exemple, ont plus d'inertie et nécessitent plus d'efforts pour tourner les barres.
Le comportement d'un vélo dépend également de la rigidité du cadre et de la fourche, ce qui signifie que les matériaux et la forme des tubes jouent leur rôle.
« Le choix et l'utilisation de matériaux permettent à un fabricant de vélos d'obtenir des caractéristiques de maniement de vélo plus spécifiques dans une géométrie définie », explique Tim Hartung, ingénieur concepteur chez Trek Bicycles.
‘C’est là que les matériaux composites présentent un avantage majeur par rapport aux matériaux isotropes tels que l’acier et l’aluminium.’
Il aime la façon dont le carbone lui permet de contrôler et d'ajuster précisément la rigidité grâce à des modèles de stratification, des épaisseurs de tube et des formes de section transversale.
Les développements modernes tels que les freins à disque sur les vélos de route ont également eu un effet sur la façon dont un vélo se comporte, selon Hartung: "En règle générale, les axes traversants sont beaucoup plus épais [que les blocages rapides standard], généralement de 12 mm ou 15 mm.
'L'axe plus épais est plus solide et plus rigide et crée également une connexion système plus rigide entre le cadre et la roue. Cela peut créer un scénario où les roues avant et arrière ne sont pas synchronisées les unes avec les autres.
'La roue arrière et le cadre auront tendance à rester plus dans le même plan l'un avec l'autre, ce qui peut être mauvais lorsque vous essayez de maintenir une ligne constante dans les virages à grande vitesse.
'Vous pouvez vous retrouver avec un vélo qui n'a pas assez de "descente" ou de flexibilité dans le système pour tenir une bonne ligne dans un virage ou vous permettre de contre-braquer avec succès en conséquence.
'Cela pourrait signifier que la zone de contact de vos pneus avec le sol à l'arrière pourrait être compromise. Ou vous finissez par appuyer sur les freins pour ajuster votre trajectoire dans un virage à grande vitesse sur la route », ajoute Hartung.
‘Aucun de ces éléments n’est souhaitable en situation de course. Gardez à l'esprit que ce niveau de détail n'est vraiment remarqué que par les cyclistes d'élite et que certains de ces effets peuvent être atténués en modifiant les paramètres de rigidité de votre cadre.'
L'élément organique
Peu importe la géométrie et les niveaux de rigidité d'un vélo, il y aura toujours une variable impossible à prédire avec précision pour le constructeur de cadres: le cycliste.
Les formes du corps et les styles de conduite vont affecter la dynamique de la maniabilité, et Arend Schwab de l'Université technique de Delft a une opinion précise sur la façon dont la position du pilote est liée à la maniabilité.
« La pose ou la position du pilote n'est pas si importante lorsqu'il s'agit de maniabilité, mais la façon dont vous tenez le guidon est très importante », dit-il.
‘La structure de direction est très légère et si vous ajoutez la grosse masse des bras et du haut du corps, cela peut influencer le système et sa réponse.’
Schwab suggère que, théoriquement, tenir les barres avec les bras tendus au même angle que le tube de direction serait préférable pour la stabilité, car alors la masse de vos bras et du haut du corps a une influence minimale sur le système de direction.
Le constructeur de cadres basé à Londres, Tom Donhou, ajoute: « Vous voulez vraiment garder le centre de gravité au bon endroit, en particulier lorsque vous roulez à grande vitesse. L'oscillation de vitesse dépend du placement du poids, vous devez donc obtenir la bonne répartition du poids entre les roues. '
Pour un constructeur de cadres, essayer d'équilibrer tous les éléments géométriques par rapport à la physiologie du cycliste peut être une tâche ardue, surtout lorsque les clients peuvent être remarquablement exigeants, tout en étant confus quant au type de maniement qu'ils souhaitent.
«Les gens utilisent des mots comme réactif, réactif, agile, agile, agressif», déclare Tom Rodi du constructeur américain sur mesure Parlee Cycles.
‘Il y a 20 ou 30 adjectifs que vous entendrez. Parfois, quelqu'un parlera d'un vélo se sentant «nerveux». Il peut être trop raide au niveau du tube de direction ou la fourche est trop rigide.
'Il y a beaucoup de pièces à regarder. Il y a la rigidité en torsion de la tête, des tubes supérieurs et inférieurs, la réactivité en torsion de l'ensemble de la fourche et il y a la conformité verticale - la capacité de ces choses à se plier en réaction aux anomalies de la route.
Ce qui est évident, c'est qu'il n'y a pas de solution simple pour prédire le comportement d'un vélo. C'est quelque chose que les constructeurs de cadres continueront à bricoler et à affiner autant par essais et erreurs que par la science.
Et une fois que vous avez votre cadre, les pièces que vous y attachez auront également un effet, mais la plupart du temps, la façon dont vous taillez dans ce virage en épingle à cheveux dépendra de vous.
La façon dont un vélo se comporte dépend en grande partie de la personne qui le manipule.
