Acier

Fabrication de l'acier

C'est vers le Vème siècle avant notre ère que les Celtes découvrirent la possibilité de transformer le fer en acier. Ils furent aussi les premiers à réaliser des ustensiles et des armes forgés à partir d'un mélange de fer et d'acier. Ce nouveau métal sera appelé plus tard l'acier de Damas.
Entre 1740 et 1750, un Anglais nommé Huntsmann réussit à obtenir pour la première fois de l'acier par fusion du fer ; cet acier était obtenu par affinage de la fonte dans un creuset chauffé au coke soufflé. Mais la véritable révolution fut sans conteste l'invention du convertisseur (par un autre Anglais, H. Bessemer) en 1855.
Le convertisseur est une sorte de cornue géante dont les parois intérieures sont en briques réfractaires. On y affine la fonte en fusion en faisant circuler un violent courant d'air au travers de celle-ci, la transformant ainsi directement en acier. En 1864, un Français, Pierre Martin, réussit lui aussi, à partir du minerai de fer ou par la fusion de ferrailles, à obtenir de l'acier de très bonne qualité dans un four à récupérateur de chaleur autorisant des températures plus élevées (brevet allemand de W. Von Siemens vers 1860).

Caractéristiques mécaniques

L'acier est un alliage de fer et de carbone. Au fer qui n'a pas de caractéristiques mécaniques très importantes, l'ajout de carbone en proportion infime (0,16 à 0,25 % pour l'acier des cadres et jusqu'à 1 % maximum pour les billes de roulement) donne des caractéristiques mécaniques importantes. L'acier qui a été à la base de la révolution industrielle fait partie intégrante de l'histoire du vélo. Même si le cadre des premières draisiennes était en bois, de nombreuses pièces étaient déjà en acier.

Les concurrents de l'acier

De nos jours, l'acier est fortement concurrencé dans la fabrication des cadres par les alliages d'aluminium, voire les fibres composites. Ces choix axés sur la légèreté ne sont pas forcément judicieux au niveau du confort et de la durée de vie où l'acier est encore bien assuré de tenir la première place.
Même avec un cadre en aluminium et une fourche en composite à base de fibres de carbone, l'acier occupe encore une place importante sur un vélo (ou un tandem) : les billes des roulements, la chaîne, les axes, les rayons... En fait, dès que les sollicitations sont importantes (usure, effort à transmettre), le recours à l'acier est quasiment inéluctable.

Les familles

Pour les cadres, l'acier utilisé est souvent un alliage au manganèse et molybdène (pour les fameux tubes Reynolds 531) ou un alliage au chrome et molybdène. Ainsi, dans certaines notices, le terme de Chromoly est parfois utilisé pour désigner ces alliages. Ces ajouts confèrent des caractéristiques supérieures aux aciers carbone et manganèse. Plus récemment, des aciers utilisant les dernières avancées de la métallurgie ont eu recours à des micro-alliages tels que le vanadium (18CrMnMoV6 pour les aciers Dedacciai élaborés en France chez Vallourec). L'ajout de tous ces éléments a pour effet d'augmenter la trempabilité de l'acier, c'est à dire d'augmenter sa dureté (et donc ses caractéristiques mécaniques) lors du traitement de qualité chez le tubiste.
En 2006, Reynolds a sorti une nouvelle gamme de tubes dénommée 953. Il s'agit d'un acier Maraging.
La désignation Maraging provient de la concaténation du terme "Martensite" concernant la structure métallographique de l'acier et "Aging" pour le traitement de précipation.
Avec un tel acier, connu aussi sous la désignation 17-4PH, comprenant 17 % de chrome, du nickel et du cuivre, Reynolds offre un tube en acier inoxydable (teneur en chrome supérieure à 13 %) avec des caractéristiques mécaniques très élevées. Ainsi, il est possible de réduire les épaisseurs en milieu de tube à 3/10ème d'épaisseur, les extrémités restant dans les épaisseurs conventionnelles.

Alternateur

L'alternateur est un générateur de tension et de courant électrique alternatif. Par erreur, le langage courant a dénommé dynamo l'alternateur qui équipe nos machines. Son principe de base réside dans la rotation d'un aimant à l'intérieur d'un bobinage. Souvenons-nous de nos années d'écolier avec le bonhomme d'Ampère : le courant électrique génère un champ magnétique et vice-versa. La rotation de l'aimant entraîne donc la création d'un courant. Mais le bonhomme d'Ampère tendait le bras droit pour nous montrer la force induite. Résultat pratique lorsque la "dynamo" roule sur le pneu, l'ensemble est freiné. Pour limiter ce freinage, on multiplie les pôles aimantés sur le rotor. C'était déjà le cas avec la Sanyo japonaise dans les années 1975, puis la Soubitez française et maintenant la Union hollandaise qui nous fournissent de gros alternateurs roulant sur la chape du pneu plutôt que sur le flanc. Ces alternateurs placés sous la boîte de pédalier permettent généralement de fournir environ 6 V en marche.

Depuis peu, SON (Schmidts Original Nabendynamo), puis Shimano ont remis au goût du jour des alternateurs vraiment multipolaires (et de ce fait, offrant un freinage très limité) implantés dans le moyeu avant. Ils délivrent pour la plupart 6 ou 12 V et offrent une qualité d'éclairage inégalée.
La première apparition de ce type de moyeu date du Salon du Cycle de 1937. Raleigh y présentait le moyeu "Dyno-Hub". Solidarisé au moyeu, un aimant multipolaire (20 pôles) tournait autour d'un induit fixé sur l'axe. Ce moyeu ancestral débitait, même à très petite allure, un courant de 0,20 A sous 12 V, soit 3 W. Il ne fut commercialisé en grande série qu'après guerre par la firme Sturmey-Acher pour les marques Raleigh, Rudge et Humber.
L'intérêt de ce type de moyeu qui revient à la mode est son usure moindre (en effet à 30 km/h, une dynamo classique tourne à plus de 4000 tours/min, alors qu'un moyeu tourne à 300 tours/min) et son freinage est extrêmement limité. De plus, il est très silencieux et il n'y a pas de patinage en cas de pluie. Ces moyeux présentent l'avantage d'offrir dès les plus basses vitesses des tensions importantes. Le seul inconvénient est que la dynamo ne peut pas être débrayée et reste continuellement en action. Dans les mesures effectuées par A. Oehler sur le moyeu SON, la puissance nécessaire pour entraîner un moyeu de jour est d'environ 1 % (ce qui conduit à puissance égale à une réduction de vitesse de 0.1 km/h). De nuit, lorsque l'éclairage est utilisé, le surplus de puissance demandé est de 5 à 10 % en fonction de la vitesse. Ce qui se traduit par une diminution de la vitesse de 1 km/h à puissance identique.
Pour tous les amateurs de nycto-cyclades, de brevets longues distances, de Paris-Brest et retour, c'est vraiment devenu l'accessoire indispensable. Ce moyeu est d'ailleurs réapparu en France, pour la première fois, sur les vélos des participants allemands lors du PBP de 1999. Si en 1949, J. Legrand estimait, "qu'on pouvait évaluer à une heure, au moins, l'augmentation de la durée de trajet due à l'emploi d'une magnéto sur un long parcours comme Paris-Brest et retour", avec un moyeu moderne cette évaluation descendrait aux alentours de la demi-heure. Cette estimation peut encore être réduite, car l'emploi d'une dynamo par rapport à un éclairage à pile permet d'avoir un faisceau lumineux plus intense permettant de rouler plus vite dans l'obscurité.
De tous les moyeux actuellement commercialisés, le moyeu SON est celui qui offre la moindre résistance au roulement et la plus grande efficacité d'après les mesures réalisées par A. Oehler.

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Références

- J. Legrand, Cyclotechnie : L'équipement électrique des vélos, "Le Cycliste", n°11, 1949, p. 251 et 252.
- G. Britton, Lettre d'Angleterre : "Dynohub" la dynamo dans le moyeu, "Le Cycliste", n°11, 1949, p. 248.
- J. Heine, A. Oehler, Testing the efficiency of generator hubs, "Vintage Bicycle Quaterly", vol.3 n°4, 2005, p.28 à 30.

http://jeanpba.free.fr/Eclairages_FR.html

http://tandem-fahren.de/Technik/Dynamo/

Mise à jour : 15.12.2006