Démythification par Par Mathieu Fagnan - 23/04/2010

Depuis toujours, les concepteurs de vélos tentent de rendre le cadre le plus rigide possible afin d’en optimiser le rendement, tout en lui laissant un certain amortissement. L’idée est simple, mais son application est plus complexe. Pour le cycliste, il est souvent pénible de s’y retrouver devant cet amalgame de charabia quasi scientifique et de marketing.

Des modèles mathématiques ont permis de simplifier toutes les forces transmises au cadre et d’en déduire deux paramètres fondamentaux. Ces paramètres permettent de bien cerner les caractéristiques de rigidité du cadre et ont l’avantage d’être facilement mesurables.

La torsion hors tout (tracking) est mesurée en appliquant une torsion au tube de direction tout en gardant fixe l’axe de la roue arrière. Elle peut être interprétée par la capacité du vélo à réagir aux changements de direction et à garder sa ligne. Les efforts violents au guidon (sprint ou accélération en danseuse) seront aussi plus efficaces et mieux contenus par un cadre plus rigide au niveau du tube de direction. À l’autre extrême, un cadre plus souple à ce niveau aura tendance à mieux se conformer à la route, alors il pourrait être un atout pour une utilisation cyclosportive. On ne veut donc pas nécessairement maximiser ce paramètre à tout prix. Le tube diagonal est le principal élément sollicité, mais le tube supérieur, le tube de direction et les bases entrent aussi en ligne de compte.

La déflection au pédalage est mesurée en appliquant une charge au pédalier alors que le cadre est fixé au tube de direction et à la zone de contact entre le sol et la roue arrière. Elle représente assez fidèlement la résistance du cadre aux efforts de pédalage. Ici, plus c’est rigide, plus le vélo sera efficace. Par contre, une rigidité exagérée par rapport à la puissance du cycliste donnera généralement l’impression de rendre le cadre peu réactif, sans vie. Pour un cyclosportif, la perception de réactivité (sentir que le vélo «bouge») est le plus souvent positive, car elle lui donne l’impression d’aller plus vite! Ici, le tube diagonal est aussi le principal élément sollicité, mais les bases et le boîtier de pédalier lui-même ont un rôle non négligeable à jouer.

À titre de référence, la caractéristique de rigidité intrinsèque des matériaux est nommée module de Young (E). L’unité généralement utilisée est le MPa (mégapascal). Les alliages d’acier ont un E nominal de 200 MPa, ceux de titane de 100 MPa et ceux d’aluminium de 75 MPa. Les composites de bas module ont un E nominal de 200 MPa, ceux de module moyen de 290 MPa, ceux de haut module de 380 MPa et certains peuvent atteindre 460 MPa. La rigidité finale du cadre est aussi fonction de son design (forme, section et épaisseur des tubes). La densité et la résistance des matériaux entrent aussi en jeu. C’est donc au fabricant de manipuler ces différentes variables pour atteindre les objectifs de poids, de rigidité et de résistance voulues.