Rouler plus vite en étant plus aérodynamique

L’aérodynamique est au centre des préoccupations des fabricants aussi bien de matériel que de textile. Il devrait en être de même pour tous les pratiquants, cyclistes ou triathlètes, qui souhaitent rouler plus vite pour la même énergie dépensée. Voici pourquoi.

Par Guillaume Judas – Photos : Tino Pohlmann – Swiss Side / Shimano / @3bikes.fr

Immenstaad an Bodensee, tout au sud de l’Allemagne, au bord du lac de Constance et à quelques encablures de la Suisse et de l’Autriche : c’est ici que le « tunnel à vent » (soufflerie) d’Airbus accueille Swiss Side régulièrement, pour des cessions de tests et de développement. La société est spécialisée dans les recherches en aérodynamique, notamment en Formule 1, puisque Jean-Paul Ballard son co-fondateur a travaillé sept ans chez Sauber. Selon lui, l’approche est identique avec le cyclisme. D’ailleurs Swiss Side propose sa propre gamme de roues carbone, destinées avant tout aux triathlètes et aux rouleurs contre la montre.

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L’équipe de Swiss Side est spécialisée dans les recherches en gains aérodynamiques.

Swiss Side a aussi collaboré avec Cube ou encore avec Pinarello pour la conception de vélos qui se sont distingués sur le championnat du monde Ironman à Hawaï ces dernières années. Ou encore avec le Team Ineos, aussi bien pour la position des coureurs que pour régler des détails de choix de matériel. Swiss Side travaille aussi avec DT Swiss, une marque dynamique dans le domaine spécifique des roues, dans le but de rechercher ensemble les derniers détails qui peuvent faire la différence aussi bien en termes de performance que de maîtrise du vélo. Notons que si nous avons pu assister à des tests pointus à Immenstaad an Bodensee, d’autres tunnels à vent existent et sont utilisés de la même façon par d’autres marques, dans le but d’améliorer les performances des positions, des tenues, des casques, des vélos et des roues. Car s’il faut faire des compromis en fonction de votre pratique, c’est en cumulant une somme de petits gains. « Marginaux » comme diraient les responsables de l’équipe Ineos…

Au-delà des idées reçues

Sur l’ensemble d’un parcours de montagne, l’aérodynamique est plus importante que le poids pour gagner du temps. Selon Swiss Side, si l’on compare deux paires de roues (l’une aérodynamique à 1700 g, l’autre légère à 1200 g) sur un parcours de 276 km et 7031 m de dénivelé, le gain s’élèverait à 4’50’’ en faveur des roues aéro, pour une puissance moyenne du cycliste de 200 watts. Toujours selon Swiss Side, l’aérodynamique serait prépondérante par rapport au poids en dessous d’une pente de 7,5 % pour un professionnel, alors que la limite se situerait plutôt autour de 4,5 % pour un cyclosportif moyen. On pourrait d’ailleurs parler d’une vitesse autour de 19-20 km/h.

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La résistance de l’air est prépondérante par rapport au poids au-dessus dès 20 km/h.

Pour se convaincre que la résistance de l’air est déjà importante à ces faibles vitesses, il suffit d’observer la tactique des coureurs pros dans les cols quand ils profitent de l’abri de leur coéquipiers, ou encore de celle des marathoniens de très haut niveau, qui courent en peloton à pied. Et si dans l’industrie du vélo toutes les mesures s’effectuent à 45 km/h, le gain de temps est d’autant plus important à vitesse plus faible car on passe davantage de temps sur le vélo. Les amateurs sont donc les premiers bénéficiaires des gains aérodynamiques, contrairement aux idées reçues.

Le poids des roues dans la mesure

Sur le strict plan de la traînée aérodynamique à 45 km/h, 75 % de la résistance est issue du cycliste sur son vélo, et 25 % du vélo complet, dont 8 % pour les roues et même 6,4 % pour la seule roue avant. Entre 45 et 50 km/h, près de 90% de la puissance développée par le cycliste est destinée à fendre l’air. C’est donc bien sûr la position du cycliste sur son vélo qu’il faut soigner en priorité, mais aussi sa tenue.

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C’est d’abord la position qui compte pour lutter contre le vent.

En termes de position, on peut constater jusqu’à 70 watts de gain à 45 km/h entre deux extrêmes (entre mains aux cocottes de frein et une position de triathlète avec les prolongateurs), pour un athlète de corpulence moyenne. Pour la tenue, on peut constater jusqu’à 10 watts d’écart entre un maillot ajusté et une tenue un peu plus ample, pour des gains encore plus importants avec le port d’une combinaison (mais qui n’est pas toujours pratique selon les cas). Enfin, on peut attendre 10 à 15 watts de gain entre un casque aéré léger et un casque de contre-la-montre.

Reste le matériel, avec 17% en moyenne de résistance aérodynamique à 45 km/h rien que pour le vélo sans les roues. Entre un cadre avec des tubes aérodynamiques et des gaines intégrées et un cadre à tubes ronds type montagne, comptez jusqu’à 30 watts d’écart toujours à 45 km/h. Pour un poste de pilotage, ça peut se jouer à 5-6 watts, ou encore à 3 watts avec ou sans les gaines apparentes devant la douille de direction, et même à 3 watts là aussi avec les disques de frein par rapport aux freins à patins.

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Des roues à jantes hautes ne suffisent pas toujours à faire d’un vélo une machine pour lutter contre le chrono.

Les roues, c’est un peu la cerise sur le gâteau. Les gains sont relativement faibles par rapport à ce qui est annoncé plus haut, surtout si l’on pense à l’investissement nécessaire. Nous sommes autour de 10 watts de gain entre des roues basiques à jantes basses et des roues très aérodynamiques. Il y a toujours un intérêt à gagner ici quelques watts, mais sans oublier la fonction première de la roue avant, qui est de diriger le vélo. Les travaux de Swiss Side et de DT Swiss montrent que vent de face, des jantes de 48, 62 et 80 mm de haut se valent en termes de traînée aéro. Mais plus on affronte le vent avec de l’angle (ce qui arrive presque toujours), plus les jantes hautes prennent l’avantage car elles créent ce qu’on appelle une traînée négative. Un « effet de voile » en d’autres termes, qui pousse le cycliste et l’aide à rouler plus vite.

Plus on affronte le vent avec de l’angle, plus les jantes hautes prennent l’avantage car elles créent ce qu’on appelle une traînée négative.

Le cycliste doit aussi composer avec un vent qui arrive de côté, et donc corriger sans cesse plus ou moins sa trajectoire. C’est d’autant plus sensible que les roues sont hautes. Swiss Side s’est donc intéressé aux pertes de puissance engrangées par ces petites rectifications : lorsque par réflexe vous vous relevez pour contrôler une direction instable, vous perdez à chaque fois des watts et de la concentration. Comment concilier l’effet de voile qui booste les performances et ces à-coups dans la direction qui au contraire sont contreproductifs ? Justement en travaillant sur la stabilité de la roue autant que sur sa traînée. Il en résulte de nombreux détails comme le profil, la largeur, et la hauteur de la jante, le nombre et la forme des rayons, ou l’intégration des têtes de rayon, avec pour but non pas d’annihiler la poussée latérale du vent (c’est impossible), mais de rendre la réaction de la roue progressive et prévisible.

Les vélos les plus récents peuvent être très rapides tant ils sont étudiés dans les moindres détails.

Les roues doivent évoluer face à deux types de résistance aérodynamiques, transversales et rotationnelles. Selon Jean-Paul Ballard : « jusqu’à 25% de la résistance d’une roue provient de cette « traînée de rotation », et personne jusqu’à présent ne s’est intéressé à ce domaine. Des roues plus hautes diminuent cette résistance (-0,27 watt entre des 80 et des 48), tout comme un pneu de 23 par rapport à un 25 (-0,3 watt) ou encore les têtes de rayons intégrées (-0,5 watt). »

La section des pneumatiques également étudiée

La plupart des roues modernes ne sont plus disponibles qu’à pneu ou que pour pneus et Tubeless. Non seulement la demande des clients est extrêmement faible en boyaux, mais les pneus sont aujourd’hui plus performants en termes de résistance au roulement et en termes d’aérodynamique que les boyaux à cause de la forme tubulaire de ces derniers et de la transition entre le pneumatique et la bande de freinage. Si les pros roulent encore en boyaux, c ‘est uniquement parce ce type de pneumatique est moins dangereux en peloton en cas de crevaison, et qu’ils permettent de rouler quelques centaines de mètres sur la jante dans l’attente d’un dépannage, ce que ne permet pas un pneu.

Les pneus Continental profitent de leur dessin particulier pour diminuer les turbulences aéros.

Beaucoup de roues modernes disposent d’une largeur interne de 19 à 21 mm pour accueillir des pneus de 25 à 28 mm de section. Une grosse section semble favorable en termes de résistance au roulement et de confort, sous 35 km/h en tout cas. Au-dessus, l’aérodynamique reprend ses droits, et c’est avec un pneu de 23 mm à l’avant et un 25 à l’arrière que l’on trouve le meilleur compromis aéro-rendement-confort, permis avec les roues qui disposent d’une largeur interne de 17 mm. C’est pour cette raison que tous les fabricants de roues ne proposent pas tous leurs modèles avec des jantes très larges. Car si une jante large est plus stable, elle finit par « coûter » de l’énergie au-delà d’une certaine section et d’une certaine vitesse de déplacement.

Les dessins des pneus ont aussi été étudiés par l’équipe de Jean-Paul Ballard, avec une préférence pour les pneus Continental Grand Prix 4000 S II qui sont les modèles les plus aérodynamiques testés par Swiss Side.

Pour diminuer la trainée et économiser de l’énergie, il faut d’abord soigner la position, puis la tenue, puis le cadre, puis la hauteur des roues, puis quelques détails supplémentaires comme la section des pneumatiques, leur dessin, la forme des rayons ou encore l’absence ou le positionnement des leviers de serrage de roues.

Une somme de détails qui comptent au final

Le choix de la hauteur de jante dépend du terrain et des conditions extérieures, selon l’importance que l’on donne au poids ou à la vitesse. Reste encore que des roues abouties sont étudiées dans les moindres détails, tout comme le reste de l’équipement cycliste quand il a un but de performance. Par exemple, chez DT Swiss, l’ensemble de la gamme ARC 1100 Dicut est équipé de moyeux amincis pour réduire la traînée aéro (gain : 0,4 watt). Les modèles à disque sont équipés d’axes traversants dont on peut retirer le levier (gain : 0,9 watt). Les rayons DT Aerolite, permettent d’économiser 1,5 watt par rapport à des rayons ronds DT Champion, car ils sont elliptiques et symétriques au niveau du moyeu, et asymétriques au niveau de la jante. Des tests auxquels nous avons pu assister en direct et qui montrent l’ingénierie nécessaire au développement d’un matériel haut de gamme. Et une recherche du moindre détail pour aller très loin dans l’amélioration des performances.

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Guillaume Judas

Guillaume Judas

- 48 ans. - Journaliste professionnel depuis 1992 - Coach / Accompagnement de la performance - Ancien coureur Elite - Pratiques sportives actuelles : route & allroad (un peu). - Strava : Guillaume Judas

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