Fonction Technique du Vélo: Explication Détaillée

En France, les cyclistes sont estimés à 3,6 millions. Parmi eux, 40 % déclarent utiliser leur vélo au moins une fois par semaine et 60 % tous les quinze jours. On comprend alors tout l’intérêt que les Français portent à ce deux-roues qui a fêté un siècle d’existence ! Si le vélo vous intéresse, vous vous êtes certainement déjà posé cette question : comment fonctionne un vélo ?

L'Histoire du Vélo

L’histoire du vélo est née de l’esprit d’un inventeur allemand. On nommera l’engin la draisienne en hommage à son créateur puis deviendra très vite le vélocipède que l’on peut traduire par « la machine rapide qui avance avec les pieds ». Il faudra attendre les années 1900 pour connaitre la bicyclette à transmission, un mécanisme vélo très proche des modèles actuels. Depuis quelques années, le vélo reprend petit à petit une place privilégiée dans le choix des moyens de transport. Des millions et des millions de vélos sont ainsi vendus chaque année. Un véhicule qui permet de se rendre au travail chaque matin ou de se balader en famille le samedi après-midi.

Évolution Technique du Vélo

• 1869: Arrivée du roulement à billes pour une conduite moins physique.
• 1880: La transmission par chaîne apparait pour un déplacement plus rapide grâce au transfert de puissance.
• 1888: Conception de la chambre à air par John Boyd Dunlop dont la marque de pneumatique existe encore aujourd’hui. L’air contenu dans la roue assure davantage de confort notamment sur des sols accidentés.
• 1898: Arrivée de la roue libre pour plus de sécurité pour le conducteur lors du pédalage.

Des efforts ont été consentis sur le design et la sécurité. Pour rappel, faire du vélo il y a encore cent ans était quelque peu risqué notamment en raison d’un design peu ergonomique avec une roue avant pouvant mesurer 1,5 m. La bicyclette moderne se tourne désormais vers une technologie électrique pour répondre à des enjeux écologiques.

Fonctionnement Général d'un Vélo

Un vélo c’est avant tout une roue et un axe. La taille des roues va avoir un impact sur la vitesse. Pour que la roue avant et la roue arrière puissent fonctionner ensemble, il faut un mécanisme transitoire que l’on appelle le système de distribution ou de transmission. Un système de vitesses et de plateaux a été ajouté pour augmenter la vitesse de déplacement sans pour cela devoir pédaler plus fort. Le dérailleur est celui qui va assurer le changement entre les vitesses de manière fluide. Le guidon va aider à conserver un équilibre parfait du vélo et lui permettre d’épouser les mouvements du corps lorsque celui-ci se mettra à vouloir accélérer. Il aura tout de même fallu presque cinquante ans à son inventeur pour développer un mécanisme musculaire.

Fonction Technique, Fonction d'Usage et Fonction d'Estime

Un objet technique, nous l’avons vu, répond à des besoins. La fonction d’usage d’un objet technique précise son utilité. Prenons l’exemple du vélo. Pour nous déplacer, nous pouvons utiliser un vélo, comme nous venons de le dire. Nous pouvons aussi nous servir d’une voiture.

Pour un vélo, nous trouvons des vélos de course, des vélos tous terrains, des vélos de ville. La fonction d’estime répond au goût d’un utilisateur. Ce vélo tout chemin s’adresse aux personnes qui souhaitent l’utiliser tant sur la route que pour faire un peu de randonnée. Il doit donc avoir des pneus assez fins pour rouler sur des routes goudronnées, mais assez larges pour servir aussi sur des chemins plus difficiles. De plus, sa couleur plaira à ceux qui aiment le rouge. Celui-ci est destiné aux personnes qui veulent un vélo pour se déplacer en ville, ou pour se promener tranquillement, sans recherche de performance sportive. « À quoi sert-il ? « Qu’est-ce qui plaît ?

La fonction technique d'un objet décrit ce qu'il fait et comment il le fait pour remplir une tâche. Par exemple, la fonction technique d'une lampe est de produire de la lumière à partir de l'électricité. La fonction d'usage d'une lampe est d'éclairer un espace pour permettre la vision dans l'obscurité.

La solution technique d'un objet représente la façon spécifique dont il réalise sa fonction, c'est-à-dire les moyens concrets utilisés pour atteindre cet objectif. La solution technique pour une lampe peut être une ampoule électrique reliée à un circuit électrique et contrôlée par un interrupteur.

Tableau Récapitulatif des Fonctions

En d'autres termes, elle définit ce que l'objet technique fait et comment il le fait pour remplir sa fonction principale. Cette caractéristique est fondamentale lors de la conception, de l'analyse et de l'optimisation des systèmes techniques. On la distingue de la fonction d'usage et de la solution technique !

Analyse Détaillée des Composants du Vélo

Nous avons réalisé un index répertoriant tous les composants du vélo en différentes grandes catégories : la selle, le cadre, les roues et pneus, les freins, la transmission, le guidon, la fourche et la direction.

Le Cadre

Le cadre est le squelette du vélo, la partie qui en tient tous les principaux éléments. Le triangle arrière qui relie le pédalier et la selle à la roue arrière grâce aux haubans.

Types de Cadres

• Cadre standard: Est le plus répandu pour les vélos de route. Il offre la meilleure rigidité.
• Cadre sloping: N’est pas horizontal mais légèrement incliné à l’arrière. Le tube est également plus long que le tube de selle.
• Cadre trapèze: Se retrouvent le plus souvent sur des VTT et des vélos de randonnée.

Matériaux du Cadre

• Acier:
  • Avantages: Confortable et souple. Solide et absorbe les aspérités et vibrations de la route.
  • Inconvénients: Risque de rouille du cadre - à entretenir. Plus lourd que les autres matériaux.
• Aluminium: La rigidité de l’aluminium présente des avantages et des inconvénients. Celle-ci permet moins de flexion dans le cadre et donc moins de perte d’énergie.
  • Avantages: Léger. Facile à travailler en usine. Moins sensible à la rouille.
  • Inconvénients: Métal avec une durée de vie moins longue que l'acier.

Les bases relient l’axe de la roue à la boîte de pédalier. De longues bases donnent une plus grande stabilité au vélo alors que des bases plus courtes accroissent la rigidité du cadre et facilitent le pivotement.

La manivelle est fixée sur l’axe du jeu de pédalier. Les haubans sont deux tubes se situant à l’arrière du tube de selle. Ils rejoignent la base au niveau de la patte arrière. Les pattes en aluminium permettent de relier le cadre et le dérailleur. Le tube de selle - ou tube vertical - est le tube dans lequel on intègre la tige qui supporte la selle. Sa base est soudée sur le boîtier du pédalier. La longueur de ce tube dépend de la taille du cadre. L’angle que fait le tube avec le sol varie en général entre 70 et 75°.

La Fourche et la Direction

Le standard vissé - communément appelé “plongeur”. L’a-head-set. Le jeu de direction A-Head-Set est apparu dans les années 1990 pour faciliter le montage et l’entretien. Le pivot de direction n’est plus fileté mais lisse et le serrage s’effectue dans sa partie externe. Sur les jeux de direction classiques, le réglage du jeu s’effectue en vissant un capuchon qui comprime les roulements par l’intermédiaire de la potence et des entretoises. Pour les pivots fins ou fragiles, il existe des étoiles expansives - aussi appelées des expandeurs - qui permettent de créer un point fixe dans le pivot sans le détériorer ou le marquer.

La fourche rigide est dotée d’un pivot - tube se plaçant dans le cadre via le tube de direction. La suspension d’un vélo, utilisée pour amortir les irrégularités de la route ou des sentiers, se fait au niveau de l’avant du vélo. Des amortisseurs sont intégrés à la fourche qui possède un débattement de 80 à 100 mm. Le tube de direction n'est pas vertical : le bas du tube est toujours dirigé vers l'avant. Si on prolonge de façon imaginaire l'axe du tube de direction jusqu'au sol, se forme alors un angle. Cet angle est donc défini par l'inclinaison que fait le tube par rapport à un axe horizontal et varie en général entre 70° et 74°.

Le Guidon et la Potence

Le guidon est l’organe de direction du vélo. Les guidons multi-positions : il y a les guidons dits “papillons” qui forment un 8 et et les guidons dits “bullhorn” qui ressemblent à un cintre droit se terminant par des extensions en forme de corne de vache.

La potence est l’axe reliant le haut de la fourche et le guidon du vélo. Les potences à plongeur pour les jeux vissés. Les potences Ahead-set - aussi appelées à bride ou à tampon tangent. Ce type de potence enserre le pivot de fourche et se bloque autour de celui-ci soit par une bride - avec plusieurs vis - soit par un tampon tangent. Il s’agit de la potence la plus répandue et la plus ancienne. Pour l’installer, il faut glisser la tige de la potence dans le cylindre de direction. La potence se fixe ensuite avec un expandeur - écrou conique ou cylindrique tronqué. La potence de type Ahead se fixe sur le pivot de la fourche. La fixation s’effectue par pincement et le réglage de la hauteur se fait à l’aide d’entretoises à glisser entre la potence et le cylindre du cadre.

Types de Cintre

• Cintre route: Le meilleur choix pour les vélos de course. Les mains sont posées soit sur le dessus du cintre soit vers le bas sur les cocottes pour une position plus penchée.
• Cintre plat droit: Le type de cintre le plus utilisé en VTT car sa forme permet un bon contrôle et une grande précision. Le cintre n'est jamais parfaitement droit mais incliné légèrement vers l'arrière.
• Cintres plats recourbés: L'idéal pour les vélos de ville car leur forme recourbée en arrière permet une position plus relaxée sur la selle du vélo.

Long ruban souple servant de poignée sur un vélo de route. est la partie allongée qui, une fois associée à la potence, forme le guidon du vélo. Il est conseillé de choisir un cintre multi-position pour les longs trajets ou randonnées en vélo - notamment le trekking.

Embouts à monter sur le guidon pour un meilleur confort, il en existe différents types selon leur taille, leur matière et leur utilisation. personnalisables ou de tailles différentes. Accessoires à fixer sur les extrémités du cintre du vélo afin d’offrir une position plus aérodynamique au cycliste. Elles permettent également une meilleure prise en main du guidon afin d’éviter les douleurs aux poignets. servent à protéger les mains du cycliste du froid et des intempéries. Chaqe protège-main s'installe de chaque côté du guidon. Il suffit alors au cycliste d'y glisser ses mains rester au chaud et au sec lors de mauvais temps. Embouts à intégrer sur les extrémités du cintre. Sa fonction première est de coincer le bout de la guidoline dans le cintre afin qu'elle reste bien fixée au cintre.

Le Vélo à Assistance Électrique (VAE)

Le Vélo à Assistance Électrique est un vélo équipé d’un moteur électrique, d’un circuit électronique et d’une batterie rechargeable. Le moteur ne s’actionne que si l’on pédale.

Les Freins

La cocotte est le nom donné aux poignées montées sur des guidons de vélos de courses, qui permettent de freiner et parfois même de changer de braquet. Les leviers de frein sont actionnés par des câbles suivant le principe du bras de levier. En tirant le câble, les patins ou plaquettes de freins se déplacent.

Types de Freins

• Étriers à tirage central: Sont fixés soit à l’avant par un trou au-dessus de la fourche, soit à l’arrière sur l’entretoise entre les haubans grâce à un boulon central. En tirant sur les bouts supérieurs des mâchoires, les deux autres bouts qui portent les patins pincent la jante. Le cavalier est ce qui relie les deux mâchoires grâce à un câble.
• Étriers à tirage latéral: Contrairement à leurs prédécesseurs, ils ne nécessitent pas de cavalier. L’un des bras de l’étrier se retrouve au dessus de l’autre et intègre la butée de câble. Ce dernier sort du bras pour se fixer à l’autre bras par pincement.
• Freins sur jante: Font partie du système de freinage du vélo. Type de freinage selon lequel deux étriers dotés de deux patins se rapprochent de la jante de la roue.
• Cantilever: Se montent sur le même système de pivot que les cantilever mais contrairement à eux, les bras sont tournés vers le haut.
• V-brake: Se fixent, comme les V-brake sur des trous sur les fourreaux de la fourche mais sont dotés de deux petits bras dirigés vers l’extérieur du vélo.
• Freins U-brake: Sont généralement montés sur pivots. Ces derniers sont montés de chaque côté du cadre et de la fourche. Les bras des freins se croisent de la même façon que les freins à tirage central.
• Rétropédalage: Est une méthode de freinage consistant à pédaler en arrière pour ralentir le vélo. Le freinage ne se fait donc plus au niveau de leviers sur le guidon mais à l’aide des jambes. Le frein est caché à l’intérieur de la roue et est intégré directement au moyeu de la roue arrière.

La Selle et la Tige de Selle

Vous hésitez ? Quel type de selle choisir ?

• Selle étroite: Se retrouve le plus souvent sur des vélos de route ou un VTT. La position du cycliste est en général penchée en avant et le poids repose principalement sur le guidon et les pédales.
• Selle plus large: Sera utilisée le plus souvent sur des vélos de cyclotourisme ou de trekking. La cadence est plus lente et le cycliste se tient en position redressée.

La tige de selle permet de maintenir la tige de la selle. coulisse dans le tube de selle - le tube vertical du cadre du vélo. La tige de selle permet de régler la hauteur de la selle selon la taille du cycliste ou sa position en selle. Les tiges de selle sont généralement en acier ou en aluminium. Il existe deux diamètres de tige de selle - 25.4 mm et 27.2 mm. Au moment de l’achat il faut bien être vigilant au diamètre que votre tube de selle peut recevoir.

Éléments de la Selle

• Rails: Se trouvent sous l’assise de la selle. Système pour accrocher la selle.
• Chariot de fixation: Parfois intégré à la tige de selle ou vendu séparément, il dispose de deux mâchoires qui viennent emprisonner les rails sous la selle.

La Transmission

Le sélecteur gère le tirage du câble qui entraîne le dérailleur. Le sélecteur gauche gère le dérailleur avant et le sélecteur droit gère le dérailleur arrière. Lorsque les arrêts entre chaque vitesse sont bien définis par des crans différents, on dit que le sélecteur est indexé.

Types de Sélecteurs

• Sélecteurs au cadre: Système presque disparu du marché que l’on retrouve encore sur les vieux vélos. Le sélecteur est monté su le tube diagonal du cadre. Les leviers bougent d’avant en arrière pour permettre au câble de s’enrouler autour du corps et génère ainsi le tirage du câble.
• Sélecteurs à poignée rotative: Il faut tourner le grip du sélecteur en avant ou en arrière, ce qui tire ou relâche le câble.
• Sélecteurs sur cintre plat et sur cintre route: Soit à gâchette, soit à poignée rotative. Leur premier avantage est d’être en contact direct avec la main.

La roue libre se visse sur filetage du moyeu arrière. Le pédalier permet de transmettre l’énergie provoquée par le mouvement des jambes à la chaîne du vélo qui se charge par la suite de faire tourner la roue arrière. Les deux pédales sont fixées de chaque côté sur les manivelles. sert à maintenir la manivelle à l’axe de pédalier. en acier jusque dans les années 90. Partie du boîtier de pédalier. sur un boîtier de pédalier.

Le dérailleur permet le déplacement de la chaîne de vélo d’un plateau ou d’un pignon à un autre et assure le changement de vitesses du vélo. Le dérailleur avant change la chaîne de plateau afin de choisir le meilleur braquet alors que le dérailleur arrière déplace la chaîne de pignon en pignon. Les galets sont des petites roulettes situées sur la chape du dérailleur arrière. Formée à partir de deux roulettes placées entre deux plaques métalliques, la chape fait partie du dérailleur et sert à maintenir la chaîne tendue. La fourchette se trouve sur un dérailleur avant. C’est l’équivalent de la chape du dérailleur arrière pour l’avant.

Roue située sur le pédalier du vélo. Le mouvement des jambes sur les pédales provoque la rotation du plateau. Ce dernier actionne la chaîne du vélo qui fait tourner la roue arrière. Il existe différents plateaux - le plus grand étant placé vers l’extérieur du vélo. Les plateaux sont des éléments métalliques dentés. Plus il y a de dents, plus le plateau est grand. Il faut donc faire plus d’efforts pour avancer le vélo.

Les cales se retrouvent sur des chaussures de cycliste spéciales adaptées aux pédales automatiques. sont des sangles à passer dans certains cale-pieds afin de bien maintenir le pied à la pédale. sont des leviers situés d’un coté sur le pédalier et de l’autre directement à l’axe de boiter de pédalier. Elles servent à relier les pédales au vélo. Selon la taille du vélo et la pratique elles peuvent avoir différentes longueurs.

La chaîne du vélo relie tous les éléments de la transmission. Elle est constituée d’un axe, de rouleaux, d’une plaque interne et d’une plaque externe. La cassette se monte sur la roue arrière et transmet le mouvement de la chaîne à la roue. Couronnes dentées qui sont fixées sur les moyeux arrière. Elles transmettent l’énergie du cycliste à la roue arrière grâce à la traction exercée par la chaîne. Le nombre de pignons est généralement de 1 à 11. Le nombre de pignons est communément appelé “vitesses”.

Types de Pignons

• Roue libre à visser: Vissage sur le filetage d’un moyeu d’un groupe de pignons assemblés sur un système de roue libre.
• Cassette: Serrage des pignons sur le corps de roue libre du moyeu avec les pignons bloqués par des cannelures.
• Pignon fixe: N’a pas le système de roue libre qui permet au vélo de continuer d’avancer même si le cycliste arrête de pédaler. Au contraire le pignon est complètement solidaire du mouvement de pédalage du cycliste. C'est de cette façon qu'on ralentit et qu'on freine (technique du skid). Le pignon fixe est obligatoire pour les cyclistes sur piste et est très utilisé par les coureurs cyclistes sur route lors de leurs entraînements.

Le câble est une tresse en acier ou en inox se retrouvant pour les freins et pour les dérailleurs. A noter que le câble de frein est plus gros que celui de dérailleur. Son diamètre est souvent compris entre 1.5 mm et 1.7 mm. Constituée de fils métalliques entourés d’une enveloppe en plastique, la gaine accueille le câble. Il existe deux types de gaines, la gaine de frein ou la gaine de dérailleur qui disposent d’un diamètre différent. C’est l’ingénieur Franck Bowden qui inventa la gaine de frein en 1902. Un groupe comprend les différents composants de la transmission et du freinage et intègre d’autres éléments annexes qui viennent compléter ces deux ensembles.

Les Roues et les Pneus

Tube courbé refermé sur lui-même composé de gomme et de divers matériaux qui encadre la jante et permet le contact entre le sol et le vélo. Il faut également que la largeur interne de la jante puisse accueillir la largeur du pneu. Attention à gonfler les pneus à la bonne pression. C'est l'acronyme pour European Tire and Rim Technical Organization. 00-000 : le premier nombre correspond à la largeur du pneu, bord à bord et gonflé. Le deuxième nombre correspond au diamètre intérieur du pneu.

C’est la partie visible sur le dessus du pneu. Elle peut être à crampons, lisse ou rainurée. Le sens de montage du pneu est important surtout sur terrain accidenté. La résistance au roulement désigne l’énergie perdue quand le pneu roule.

Partie latérale du pneu. Cette partie est en général constitué d’une gomme légèrement plus souple que sur la bande de roulement. Elle reste cependant assez résistante aux chocs, aux déformations ou au déchirures. C’est l’armature du pneu. La densité des fils qui composent la carcasse détermine la qualité du pneu. Cette densité se calcule en TPI ou EPi, c’est à dire le nombre de fils par pouce. Plus la carcasse est dense, plus la résistance au roulement sera faible. Elles définissent le diamètre du pneu et garantissent son soutien sur la jante. En général, elles sont composées de 3 à 6 fils en acier. Les pneus avec chambre à air sont les premiers types de pneus vélo. Ils tiennent sur l...

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