Chapitre II : La composition du vélo Comme vu précédemment, le vélo d aujourd hui n est pas le même que celui de nos ancêtres, c est pour cela qu il est important d identifier chacune des parties importantes de son anatomie afin de bien comprendre son fonctionnement. Il appartient aussi de connaître les procédés de fabrication et de construction du vélo actuel. 1. Un vélo les freins le cadre les dérailleurs le pédalier les roues a. Le cadre b. Les roues c. Le pédalier d. Les freins e. Les dérailleurs 2. Les différentes parties du vélo a. Le cadre 1-2 Il forme le squelette du vélo. On peut le comparer aux fondations d une maison : il est essentiel. La première qualité d un cadre doit être sa rigidité, résister aux chocs subis tout en étant léger. Pour cela, les tubes qui le composent peuvent avoir des diamètres allant de 0,3 cm (pour les vélos sur piste) à 3 ou 4 cm (pour les VTT). Aujourd hui, les nouveaux matériaux permettent 1 Exposition à la Maison de la Sciences de Liège, Vélo-Sciences, voir Annexe III 2 Chevalet (M), Physique Chimie au Collège, Editions de la Cité
cependant de descendre jusqu à des sections plus fines. Cela grâce à des nouveaux tubes dits «renforcés» qui présente des diamètres très petits, et qui combinent très bien légèreté et rigidité. Ils sont utilisés pour des vélos ultra légers utilisés sur piste, par exemple. Les cadres peuvent être constitués de plusieurs types de matériaux 3 : En acier : L acier est un alliage de fer (Fe) et de carbone (C). Il se distingue de la fonte par sa teneur en carbone. Un acier contient au maximum 1,7 % de carbone sous forme de carbure de fer, donc très faible. La masse volumique de l acier est de environ 7800 kg/m 3. Il existe plusieurs formes d alliages Fe/C. Un alliage est un matériau résultant du mélange d un métal (ici, le fer) avec d autres éléments métalliques ou non (ici, le carbone). On ajoute régulièrement d autres éléments au fer et au carbone. Il existe des centaines d aciers différents. Par exemple, l acier inoxydable est le nom générique pour une série de plus de 30 alliages différents contenant entre 11,5 à 30 % de chrome et de 0 à 22% de nickel. En aluminium : L aluminium (Al) est par importance le 3 ème élément constituant de l écorce terrestre : celle-ci en contient 8,23 % jusqu à une profondeur de 16 km. Il est environ trois fois moins dense que l acier (masse volumique = 2700 kg/m 3 ). 3 Durandeau (J.-P.), Berducou (J-L), Raynal (C), Trillaud (J-C), Sciences Physiques BEP seconde professionnelle et terminale, Hachette Technique, Paris, 2001
Afin d assurer sa rigidité, il est toujours associé à du magnésium et du silicium. Les performances - mécaniques et masse - de l alliage ainsi formé sont alors comparables à celles de l acier. Il résiste naturellement à la corrosion de l air et de l eau, et est très ductile. Il est 100 % recyclable tout en gardant les mêmes caractéristiques. En titane : Le titane (Ti) est par importance le 9 ème élément constituant l écorce terrestre : celle-ci en contient 0,57% jusqu à une profondeur de 16 km. Il est 1,7 fois moins dense que l acier (masse volumique = 4500 kg/m 3 ). Ses performances mécanique et masse - sont alors aussi comparables à celles de l acier. Ce métal résiste fortement à la corrosion, aux torsions ainsi qu aux substances agressives contenues dans certains produits domestiques qui permettent le nettoyage, par exemple. Il présente aussi une excellente ductilité. En matériaux composites et fibres de carbone : Les matériaux composites sont des matériaux solides, résultant de l association, à l échelle microscopique, de plusieurs matériaux aux caractéristiques complémentaires. Dans la construction de ces matériaux, on travaille : Pour le renfort : armature du composite, assurant la tenue mécanique du matériau. Il supporte l essentiel de l effort imposé ; ce renfort peut être constitué de milliers de fibres de carbone d un diamètre pouvant aller jusqu à 1 micron (1 millionième de mètre). La fibre de carbone est une forme du graphite où les feuilles constituées par un arrangement hexagonal des atomes de carbone sont longues et étroites. Elles ne sont jamais utilisées seules (masse volumique = 1700 kg/m 3 ), c est l association de plusieurs feuilles.
Pour la matrice : qui assure le lien entre les fibres du renfort. Les matrices organiques obtenues à partir de polymères thermoplastiques ou thermodurcissables (résines) sont actuellement les plus répandues. Le cadre reçoit tous les équipements complémentaires du vélo, dont les dérailleurs, les roues, les freins, le pédalier,etc. De plus, le cadre n est pas réglable, donc chacun doit choisir un cadre qui lui convient en fonction de sa taille mais aussi de ses préférences personnelles en vue d avoir une bonne position et d éviter les risques d accident sur la route. b. Les roues 4 Elles sont de dimensions variables de 0,2 à 0,7 m de rayon, suivant la taille du vélo et son usage. La roue comporte un moyeu, en acier ou en aluminium. Les flaques des moyeux (ci-contre) se présentent sous deux formes : les grands modèles ou les petits modèles. Les premiers assurent une meilleure rigidité, les seconds apportent une meilleure souplesse (vélo de course). La roue est également constituée de deux types de jante qui permet de recevoir soit un pneu, soit un boyau. La première est à crochets, pour y caler le pneumatique. La seconde est lisse, pour recevoir la colle ou le ruban adhésif sur lequel sera placé le boyau (certaines jantes peuvent être mixtes, à la fois pour pneus et boyaux). La jante à boyaux est souvent en aluminium. On en trouve également à bords lisses et à bords striés afin de faciliter le freinage, sauf en cas de pluie. En effet, l eau se réfugie dans les stries, et les patins glissent sur la jante sans accrocher, comme sur une jante lisse. 4 Vous et le vélo, Larousse, Paris, 1989
Le pneu se compose de deux parties : une enveloppe en caoutchouc et une chambre à air en latex, caoutchouc de couleur blanche, ou en butil, caoutchouc plus fort de couleur rouge ou noire. Le boyau forme un tout : la chambre à air est enfermée à l intérieur de son enveloppe, laquelle se trouve cousue et recouverte d une tresse sur laquelle on applique de la colle ou un ruban adhésif pour la fixer à la jante. La différence entre pneu et boyau tient en quatre points : le boyau est plus cher, plus léger et plus performant que le pneu, mais le pneu permet de réparer plus facilement la chambre à air crevée. La roue est aussi constituée de rayons, une jante peut en avoir de 24 jusqu à 40, croisés à quatre, à trois ou même droits, à bâtons,... Le rayonnage est assez compliqué et réservé aux spécialistes. Le croisement à quatre est le meilleur et ne s emploie que pour les roues classiques à 36 rayons. Il signifie que chaque rayon en croise quatre autres. Le croisement à trois se retrouve sur les roues avec moins de 36 rayons qui sont réservées aux vélos de plus petite taille ou destinés à des épreuves spéciales comme le «contre-la-montre». Celles à 40 rayons sont utilisées par certains cyclotouristes.
Les rayons droits : les rayons sont disposés verticalement, sans croisement entre eux. La jante à bâtons : 5 rayons, généralement en plastique, forme le rayonnage de la roue. Ce genre de rayonnage est souvent utilisé pour les «contre-lamontre». c. Le pédalier petit plateau grand plateau dent manivelle point de fixation de la pédale Les manivelles constituent les leviers avec lesquels le cycliste entraîne la bicyclette. Elles sont en alliage léger et peuvent avoir des longueurs différentes. Généralement, elles sont de 170 mm de longueur : une longueur plus importante peut entraîner des douleurs articulaires, et surtout ne permet pas un pédalage souple. Les plateaux sont soit au nombre de deux (vélo de course) ou bien de trois (VTT), en alliage léger, fixés à la manivelle par cinq branches. Ils comportent plusieurs dents, correspondant à leur capacité : plus ce nombre est élevé, plus le plateau est grand et difficile à enrouler (et inversement). Le nombre de dents est inscrit sur le plateau et peut varier de 26 à 53. Jusqu en 1985, les pédales du vélo de type «course» se présentaient avec des cale-pieds. Après la victoire de Bernard Hinault (Tour de France 1985), la nouvelle pédale «Look» sans cale-pied a été lancée sur le marché. Cette nouvelle formule nécessite l emploi de chaussures adaptées à la marque de la pédale (sans cale-pied) choisie. 5 Le pied reste sur la pédale grâce à un système de fixation permettant l emboîtement de la chaussure dans la pédale. Pédale simple avec cale-pied 5 Delore (M) et Thevenet (B), Cyclisme, Amphora, mars 1992 Pédale pour chaussure adaptée
d. Les freins 6 Il existe plusieurs catégories de freins : les freins à tirage central, les freins à tirage latéral, les freins à tirage latéral avec tasseaux, les freins dits «V-Break» et les freins à disques. L utilisation d un type de freins dépend de l utilisation que l on fait de son vélo (VTT, course, piste, ballade, etc.). On préfèrera un type plutôt qu un autre 7. Frein V-break Frein à tirage latéral Frein à tasseaux e. Les dérailleurs Frein à tirage central Frein à disques 6 Delore (M), Vélo pratique : Conseils et astuces, Amphora, septembre 1997 7 Certains systèmes présentés conviennent mieux que d autres. Il s agit de bien savoir ce que l on va faire de son vélo (du VTT, de la route, )
Les freins doivent être réglés en fonction de l utilisateur du vélo. Chacun possède une certaine façon de freiner. Sur chacun des modèles, il existe une vis de réglage qu il convient soit de serrer, soit de desserrer. e. Les dérailleurs 8 On pourrait comparer les dérailleurs (avant pour changer de plateau ; arrière pour changer de couronne) aux battements de cœur, tant il s agit de deux pièces du vélo importantes et fragiles. Il convient, avant de tout, de savoir qu il y en a un situé à l avant (au niveau du pédalier) qui permet de changer de plateau et celui arrière (au niveau du moyeu de la roue) pour changer de couronne. Les changements de vitesse s opèrent par le dérailleur, qui a pour fonction de déplacer la chaîne d un pignon ou d un plateau à un autre. Le dérailleur arrière actionne les pignons, le dérailleur avant les plateaux. Ces éléments sont d autant plus performants que leur course est réglée de façon qu ils n entraînent pas la chaîne trop loin, dans les rayons arrières par exemple. Les constructeurs proposent des modèles avec manettes de vitesses préréglées, ou un système d indexation permettant un changement de vitesse sans tâtonnement. Généralement, on préfère un système classique : celui qui connaît bien sa machine parvient, avec précision et assurance, à placer exactement la manette des vitesses, en souplesse, sans à- coups. dérailleur arrière dérailleur avant Les dérailleurs permettent d utiliser efficacement son vélo lorsque la route monte ou descend. On parle alors de changement de braquet. 8 Dufour (C) et Durry (J), l ABCdaire du Vélo, Flammarion, 1997
3. La fabrication d un vélo 9 Pour comprendre comment se fabrique un vélo, rien de tel que de visiter une chaîne de montage, mais cela est de plus en plus compliqué car celles-ci se trouvent à l étranger ou bien les fabricants ne veulent pas dévoiler leurs secrets de fabrication. Le processus courant de fabrication est le suivant : Conception : les ingénieurs établissent des cahiers de charges techniques spécifiques à chaque modèle : matériaux, géométrie, cadre, types de composants. Prototype : les ateliers se chargent du montage et du contrôle des prototypes avant de faire les tests d usage et de valider la production. Production : la première étape est le traitement de surface des cadres pour les polir, puis la peinture, la pose des décors et le vernissage ; vient ensuite l assemblage des pièces du vélo. Livraison et vente : les vélos montés sont livrés dans des entrepôts avant d aboutir dans les magasins et dans nos mains. 9 Les cahiers du vélo n 4, Le manuel du professeur vélodynamique, asbl Pro Velo, mars 2000