Rigidité d’un cadre de vélo route : de quoi parle-t-on ?

Il existe deux types de déformation pour un cadre : latérale et verticale. En règle générale, pour tout cadre, quel que soit le niveau de gamme, les fabricants cherchent à gagner de la rigidité latérale sans forcément trop augmenter la rigidité verticale. Pourquoi et quelles incidences sur le pilotage et les performances ? Voici quelques explications.

Par Pierre-Maxime BRANCHE. Photos : 3bikes.fr, Specialized, Orbea/Antton Miettinen, Pxhere, Pixabay, Origine Cycles.

La rigidité latérale est nécessaire car lorsque le cycliste pédale, il applique une force sur la chaîne qui fait légèrement vriller la roue arrière et qui tire sur la base droite plus que sur la base gauche, puisque les plateaux et la cassette ne sont positionnés que d’un côté du cadre. Ainsi, pour avoir une bonne transmission de la puissance développée lors du pédalage, il faut qu’un cadre soit le plus rigide possible en déformation latérale (et la roue arrière aussi). En revanche, il ne faut pas forcément chercher la plus grande rigidité verticale ou frontale, car une légère déformation dans ce sens apporte du confort en filtrant les vibrations et en absorbant les petites aspérités grâce à une légère flexibilité du cadre.

Transmission de l’effort
Un cadre trop rigide et sans distinction de déformation offre une bonne transmission de l’effort, mais c’est aussi un bout de bois fatiguant à piloter et inconfortable sur les longues distances. Les plus rigides sont ceux de piste, de vitesse notamment, car ils doivent supporter d’extrêmes sollicitations sur les démarrages, qui plus est sur des pistes en bois qui n’ont aucune aspérité. On peut donc avoir des rigidités latérale et verticale très importantes, car il n’y a pas de contrainte de confort puisque l’on roule sur des revêtements parfaits et durant des efforts très courts. Dès que l’on passe sur de l’asphalte, avec la possibilité de rouler sur des portions plus ou moins bonnes, on peut garder une rigidité latérale élevée mais on diminue la rigidité verticale pour pouvoir absorber les vibrations et offrir un certain confort.

Un cadre trop rigide peut se révéler exigeant dans certaines conditions, notamment en cas de fatigue excessive ou lorsque la condition physique vient à manquer.

Des cadres adaptés
Certaines marques font le choix volontairement de ne pas trop rigidifier les cadres de certains modèles, pour les rendre plus accessibles physiquement. En effet, un cadre trop rigide peut se révéler exigeant dans certaines conditions, notamment en cas de fatigue excessive ou lorsque la condition physique vient à manquer. Un cadre un peu plus souple latéralement réclame moins d’énergie pour être relancé dans les pentes difficiles, et un léger effet élastique permet également d’utiliser tout le poids du corps pour propulser le vélo vers l’avant. Ce qui n’est pas le cas d’un cadre très rigide, dans l’absolu plus efficace dans toutes les conditions, mais qui réclame une très bonne coordination gestuelle dans le pédalage pour donner le meilleur. Tout est souvent affaire de compromis, selon votre niveau et vos objectifs.

Trouver la formule secrète
Avec les technologies actuelles, il est possible selon l’orientation des fibres de carbone d’obtenir une différence de 20 à 25% entre les rigidités latérale et verticale, pour un vélo moins exigeant et plus confortable. Un tube est toujours fabriqué en superposant plusieurs feuilles de carbone. Les feuilles internes du tube sont toujours unidirectionnelles. Il n’y a que la feuille externe qui est soit unidirectionnelle, ce que l’on appelle UD, soit multidirectionnelle, que l’on appelle tressée. Cela signifie que chaque feuille a une orientation bien précise. Or, une feuille de carbone dispose d’une flexibilité latérale, vous pouvez la tordre, par contre, vous ne pouvez pas l’étirer. C’est la particularité du carbone : il n’est pas étirable. Si vous tirez très fort, si on l’attache à un camion de chaque côté par exemple, le carbone ne va jamais s’étirer, il va se déchirer ou, au pire, se casser. Par contre, il est extrêmement flexible dans l’autre sens. Une feuille de carbone est composée de milliers de filaments, tous dans le même sens. Donc si vous mettez une feuille de carbone à 0°, puis trois couches à 45° et enfin une dernière couche à 90°, vous obtenez une certaine souplesse et rigidité. C’est en jouant sur cette formule secrète, que l’on apporte plus ou moins de rigidité ou de flexibilité à un tube.

Pour l’aluminium, l’acier ou le titane, tout se joue sur les capacités de déformation naturelles des matériaux et sur l’épaisseur des tubes en fonctions des sollicitations attendues. Moins chers à produire, les cadres avec des tubes métalliques n’en sont pas moins très techniques.

L’importance de la douille de direction
Ainsi, il est possible de fabriquer un cadre carbone en sachant où il faut renforcer la rigidité et où il faut ajouter de la souplesse. Sur un cadre, c’est le boitier de pédalier qui a le plus besoin de rigidité latérale, notamment la jonction avec la base droite. Autres zone intéressante, la douille de direction car plus elle est rigide, plus la précision de pilotage est importante. Un levier indéniable de performance car plus votre vélo est stable plus vous vous sentez en confiance et plus vous pouvez dépasser vos limites, notamment en descente de col par exemple. Au niveau des haubans, on cherchera par contre à filtrer les vibrations. C’est pour cela qu’ils sont souvent très fins, avec des fibres orientées dans le sens d’une flexibilité verticale pour pouvoir amortir les chocs et les vibrations. Même chose pour la fourche : elle doit être rigide en latérale, mais en frontale, on va chercher à garder une certaine souplesse pour qu’elle puisse amortir les micro vibrations et les aspérités de la route.

Et après une chute ?
La rigidité de chaque tube et de chaque zone (boitier de pédalier, pattes arrières, douille de direction, fourche, etc) est mesurée et enregistrée. En cas de chute, ces mesures peuvent être recalculées par le fabricant pour savoir par exemple si le pivot de la fourche n’est pas fissuré ou complètement cassé, ou si la structure du cadre n’est pas abimée. On compare alors la rigidité d’origine en rentrant le numéro du cadre pour retrouver la rigidité mesurée à la sortie de production. Si certaines couches internes sont délaminées, ces mesures permettront de le voir immédiatement.

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