La durabilité par Par Mathieu Fagnan - 18/10/2010

La durabilité d’un cadre dépend du matériau utilisé, de la conception du cadre (sa forme et l’épaisseur des parois), de la méthode de fabrication et de la qualité de cette fabrication. Évidemment, la contrainte principale pour les fabricants reste toujours d’offrir un cadre de faible poids, mais assez durable pour l’affranchir d’une garantie raisonnable, généralement à vie. Depuis quelques années, quoique non obligatoire, la norme européenne EN 14781 (vélo de route) est utilisée par l’industrie comme standard pour définir la durabilité minimale d’un cadre. Elle dicte d’imposer au cadre l’équivalent de 100 000 accélérations violentes sans que cela provoque de bris apparent, ce qui devrait assurer une durabilité amplement suffisante. Voyons maintenant les défis associés à la réalisation d’un cadre durable, pour chacun des matériaux courants.

Aluminium
L’aluminium n’est ni très résistant ni très rigide. Ce matériau ne possède pas non plus de seuil minimal de fatigue. Le moindre stress affaiblit le cadre, qui finira par casser un jour ou l’autre… Par contre, sa faible densité permet d’en utiliser une plus grande quantité, sans trop alourdir le cadre, pour lui assurer une durée de vie raisonnable. Au final, le fabricant doit utiliser des tubes épais ou d’un gros diamètre, ce qui rend le cadre très rigide.


Acier et titane
L’acier et le titane jouissent du grand avantage de posséder un seuil minimal de fatigue relativement élevé. C’est donc dire que, pour une utilisation normale, le cadre pourrait, théoriquement, avoir une durée de vie infinie. L’élasticité naturelle (élongation) de ces deux matériaux permet aussi de donner au cadre une certaine souplesse, sans nuire à sa durabilité. Alors que la corrosion est l’ennemi numéro un de l’acier, le titane en est complètement immunisé, sauf lorsqu’il est en fusion (pendant le soudage du cadre). On prendra donc soin de purger la zone à souder avec un gaz inerte (de l’argon) lors du soudage. De plus, les techniques d’assemblage modernes, par soudage à l’arc, éliminent la principale source de bris des cadres d’acier, soit les pattes arrière brasées.

Composite
La fibre de carbone de haute qualité présente une résistance à la fatigue exceptionnelle. Si une fatigue est observée lors d’essai à long court, les valeurs sont si faibles qu’on peut statuer que le matériau ne vieillit pas. Par contre, les caractéristiques finales du cadre de composite dépendent d’autre chose que la propriété des fibres qui le composent. Toutes les étapes de conception et de fabrication sont aussi déterminantes les unes que les autres. Le nombre de couches de fibres, la disposition des empiècements, l’adhésion entre les couches sont toutes des variables ayant un impact majeur sur le résultat final. Généralement d’aluminium, tous les inserts servant à recevoir les composants périphériques (pattes arrière, manchon de tige de selle, boîtier de pédalier, supports de roulements de direction, etc.) sont aussi une grande source de défauts, beaucoup plus que le composite lui-même. D’ailleurs, la tendance chez les fabricants est de remplacer tous les inserts d’aluminium par des pièces de carbone moulées à même le cadre.


Les fabricants utilisent tout un jargon pseudo-technique circule dans les conversations sur la fibre de carbone; éclairez-nous s’il vous plaît?

Les termes suivants permettent de mieux définir les propriétés de la fibre de carbone. Attention, toutefois, les fabricants vont régulièrement utiliser différentes fibres dans un même cadre. Sachez aussi que la couche apparente est presque toujours une parure esthétique, rarement représentative de ce qu’il y a en dessous.

Module (modulus). Mesure de la rigidité de la fibre, et non de sa résistance. Contrairement à la croyance populaire, les fibres de module intermédiaire sont les plus résistantes. La nomenclature n’est pas contrôlée, donc les fabricants peuvent bien prétendre ce qu’ils veulent (ou presque). Plus la fibre est rigide, moins on a à en utiliser, donc le cadre peut être allégé. Par contre, la fibre rigide est plus «cassante» (moins d’élongation). Les concepteurs doivent donc jongler avec ces paramètres pour trouver le point d’équilibre.

Tressage. Un tissu de fibre tressé est plus facile à former pour adhérer aux courbes complexes de certains moules, donc il est généralement utilisé comme première couche. Pour le même type et la même quantité de fibre, le tissu tressé est moins résistant qu’un tissu unidirectionnel, car l’entrecroisement des fibres crée des zones locales de stress.

K. C’est le nombre (en milliers) de fibres qui composent un filament dans une trame tressée. Plus le chiffre est petit, plus le tressage semble fin et plus il est léger. La fibre 3K semble populaire. Attention, ce chiffre ne décrit en rien la qualité de la fibre. Il s’agit principalement d’une couche esthétique que les fabricants utilisent pour donner un certain aspect à leur cadre.

Préimprégné. La plupart des fabricants utilisent des tissus de fibre de carbone préimprégnée de résine. On contrôle ainsi précisément la quantité de résine dans le produit fini. La proportion minimale résine-fibre permettant une adhésion adéquate des couches de fibre est d’environ 30 %. Les meilleurs fabricants s’en tiennent à cette valeur. Cette proportion peut facilement passer à 50 % et même plus dans le cas d’une fabrication de moins bonne qualité, minant ainsi grandement les propriétés originales des fibres.