Fatigue

La rupture d'un cadre au niveau de la boîte de pédalier, c'est de la fatigue. La rupture du pivot d'une fourche, c'est de la fatigue. La rupture de l'axe du moyeu arrière, c'est de la fatigue. La rupture d'un rayon, c'est de la fatigue. Fatigue, fatigue et encore fatigue. Les structures qu'elles soient en acier, en alliage d'aluminium, en alliage de titane ou en composite (fibre de carbone) périssent souvent par fatigue.

Principe

La fatigue d'un matériau peut-être comparée à la fatigue de l'homme au travail. Essayez de soulevez 150 kg, votre dos n'y survivra pas. Par contre, vous pouvez hisser les 150 kg en soulevant 30 fois 5 kg sans trop de pénibilité. Mais, si nous vous demandons de continuer à soulever ces 5 kg 100 fois de suite... il y a des risques importants que votre dos ne veuille pas continuer l'expérience jusqu'au bout.
La fatigue des matériaux est du même ordre. Sous des charges relativement faibles au regard des caractéristiques mécaniques de rupture (parfois dix fois moindres), après 1 ou 2 millions de sollicitations cycliques, il y a rupture. Les propriétés de fatigue d'une structure sont avant tout fonction du matériau et de la géométrie de la structure.

Matériau

Le comportement en fatigue dépend de l'allongement du matériau sous une charge donnée. La durée de vie est de ce fait une fonction directe du module d'élasticité du matériau (ou module de Young). Plus ce module sera élevé, moins le matériau se déformera sous une charge donnée et plus la durée de vie sera importante.
Ainsi avec 210 GPa, l'acier est le matériau qui encaisse le mieux la fatigue. Les alliages d'aluminium, avec un module de 70 GPa, n'accepteront que des efforts trois fois moindres pour une même durée de vie. Par contre, comme la loi théorique est une loi bi-logarythmique avec une pente un tiers, à même effort, la durée de vie d'une structure aluminium copiée à l'identique d'une structure acier serait 27 fois moindre (!). D'où l'importance que revêtent les tubes sur-dimensionnés avec des épaisseurs supérieures pour les cadres en aluminium (réduisant l'écart de poids théorique entre acier et aluminium). Les alliages de titane, avec leur module d'élasticité d'environ 110 GPa, se situent à mi-chemin entre les aciers et les alliages d'aluminium.
Par contre, le module d'élasticité étant une grandeur intrinsèque des matériaux, il n'est pas influencé par un changement de nuance. Utiliser un acier haut de gamme ou un tube de chauffage, donne le même résultat vis-à-vis de la fatigue !

Géométrie des soudures et des brasures

La géométrie des assemblages est un point important de la tenue en fatigue. En effet, les contraintes dans une structure ne se répartissent pas de manière complètement homogène, mais se concentrent lors du changement brusque de section (comme une foule de cyclotouristes à la semaine fédérale fait bouchon lorsque la route se réduit !). Or, dans un cadre, les zones de changement brusque de section sont évidemment les noeuds du cadre.
L'Institut International de la Soudure, dans un document qui fait foi, a ainsi défini les variations de contraintes maximales admissibles de certains détails soudés. A la lecture des tableaux ressort l'intérêt de meuler les soudures : un cordon meulé sur un cadre en alliage léger pourra supporter des variations de contraintes de l'ordre de 40 MPa, le même cordon non meulé ne supporterait plus quant à lui qu'un niveau de 23 MPa. Ainsi, si les soudures de certains cadres de tandem VTT américain aux tubes surdimensionnés étaient meulées, la durée de vie du cadre pourrait être plus de 5 fois supérieure. Pour tout amoureux de la belle mécanique, laisser des soudures apparentes sur des structures légères comme nos tandems est donc un non-sens. A noter, dans le cas présent que le même cadre réalisé en acier aurait une durée de vie 141 fois supérieure.
Le seul risque serait de trop meuler la soudure. Dans ce cas, la section devenant insuffisante, c'est la résistance de la soudure elle-même qui serait en cause. L'autre risque serait aussi de blesser le tube lors du meulage et tout le travail de finition serait annihilé. En particulier, sur les alliages de titane qui sont très sensibles à ce phénomène d'entaille.
Pour les assemblages brasés, nous ne disposons malheureusement pas d'un tel document. En première approximation, la tenue en fatigue d'un cadre brasé ou soudo-brasé peut être évaluée au même niveau que celle d'une soudure meulée. C'est à dire à ce qui se fait de mieux en terme de tenue en fatigue. Il est même possible de considérer qu'un assemblage soudo-brasé offre une garantie encore supérieure. En effet, dans les cas qui ont été expertisés, les ruptures se sont toujours produites dans le métal de base, au niveau de la zone recuite par l'opération de chauffe.

Géométrie des pièces mécaniques

Exactement comme pour les soudures, le concepteur veillera à arrondir les angles de raccordement pour améliorer la tenue en fatigue des pièces mécaniques. La maladie des moyeux arrières Maxi-car était due à l'absence d'un rayon au niveau de la butée du roulement. Les pattes arrière Simplex renforcées se rompaient de même au niveau du changement brusque de section.

Application au tandem

Sur un tandem, nous sommes deux à impulser à notre machine des efforts doubles. Comme précisé précédemment, si nous ne disposons pas de pièces adaptées ou suffisamment solides, la durée de vie de ces composants ne sera pas deux fois moindre mais huit fois moindre. Les tandémistes ne rechercheront donc pas la légèreté pour la légèreté, en particulier sur les pièces de sécurité comme le pivot d'une fourche, mais le sérieux de la réalisation.

Fibre de carbone

Voir Composite.

Follis

Historique

La Maison Follis a été fondée en 1903 à Lyon par Joseph Follis, un passionné. Son fils François Follis prit ensuite la succession. Les Cycles Follis ont acquis une réputation de sérieux et de qualité tant la finition de leurs produits est excellente. Follis connut une ascension vertigineuse dans les années après guerre avec la fabrication de cycles et d'une gamme de motos-cycles et motos.

En 1946, un des mécaniciens de la maison, Roger Billet, fit beaucoup parler de lui dans les journaux cyclistes de l'époque. Grâce à ses qualités athlétiques, il remporta la Poly de Chanteloup sur une randonneuse Follis bouclant les 103,350 km en 3h24'12", il détint aussi le record des 19,500 km de l'ascension du Ventoux en 1h14'15", battant à l'époque le record de René Vietto. Nommé "Roi des cyclotouristes" par "l'Equipe" en date du 22 octobre 1946 et "Champion des cyclotouristes" dans "Sport-Vu", il déclencha malgré lui une polémique dans les colonnes du "Cycliste".

Cependant, en 1948, "Le Cyclotouriste" de novembre-décembreétait enthousiaste lors du compte-rendu du Salon du Cycle : "Le grand succès de ce salon fut indéniablement le constructeur lyonnais F. Follis qui est, je crois, ami de [la] revue et de [la] société. Un article élogieux lui fut consacré dans la revue anglaise "The Cycling" connue universellement. L'auteur de l'article consacré à Follis énumère les qualités de ses créations et illustre son exposé par deux photos du stand. Notre "Cycle" n'est pas moins élogieux que son grand confrère anglais. Sur 23 citations consacrées à l'industrie française du cycle, 5 sont à l'adresse de Follis. L'auteur remarque la potence de guidon, la fixation des haubans, la tête de fourche, le nouveau frein à double détention, l'arrêt de gaine à deux positions, etc. [...] Ses tandems type Chanteloup en dural tube Vitus, [...] pèsent 18 kg."

C’est la fille de François Follis, Myriam Follis et son mari Jean-Claude Chollet qui reprennent définitivement l’entreprise en 1973. Depuis 30 ans, ils construisent des cycles et des tandems dont la qualité et la fiabilité sont toujours très appréciées. De nombreux tandems sont maintenant exportés vers les Etats-Unis d'Amérique. Monsieur Chollet construit de belles machines relativement classiques qu'il destine à un public de passionnés. Il ne recherche pas le volume mais la satisfaction de clients exigeants.
Follis reste actuellement dans le monde des randonneurs avertis une référence en terme de sérieux et de qualité de fabrication.

En juillet 2007, les Cycles Follis ont cessé leur activité. Le savoir-faire pour les randonneuses entièrement équipées a été transmis aux Cycles GUESDON.

Evolution du tandem randonneur

Follis édite périodiquement un catalogue de ses tandems. Ces modèles de base permettent à chacun de créer ensuite sa propre machine.
Le modèle de base pour les couples randonneurs est le modèle "Paris-Brest". Il s'agit d'un tandem classique construit en acier en tubes Reynolds 531, et équipé comme il se doit pour un modèle randonneur de garde-boue, de porte-sacoches, de porte-bagages et d'un éclairage par alternateur.
Mais au-delà de la pérénnité du concept de base, on constate une évolution depuis une dizaine d'années. Du 650x32B, la proposition a évolué vers du 700x32C compte tenu de la raréfaction du standard 650B (en dépit de l'immense travail réalisé par la Confrérie). Avec les chaînes plus souples, la transmission longue est devenu courte. Et les freins Cantilever accouplés à un moyeu à tambour ont été remplacés par des freins hydrauliques. Toujours au niveau du freinage, les jantes avec revêtement céramique ont fait leur apparition. Dernier point, la multiplication des dentures à l'arrière a elle aussi suivi la mode (de 18 à 24 vitesses et 27 pour les toutes dernières réalisations).

Fourche

Les fonctions principales de la fourche ont été bien décrites par Ph. Maillard-Brune, chef de service au CTA, dans un article paru dans "Le Cycliste" en mai 1949, "La technique des fourches du cycle" :

"Nous estimons que la fourche est l'organe le plus important et le plus complexe à réaliser parmi les nombreuses pièces constituant une bicyclette.
Pour s'en convaincre, il suffit d'examiner ses buts principaux :
- Assurer la direction tout en maintenant la stabilité ;
- Supporter une partie du poids total appliqué sur le cycle ;
- Amortir les chocs et les vibrations provoquées par les inégalités du sol ;
- Résister aux efforts provoqués par le couple de freinage.
C'est donc un organe dont dépend presque entièrement (avec les freins) la sécurité du cycliste, toute rupture étant susceptible de provoquer un accident."

Fourreaux

Les fourreaux devront être souples. Sur certaines bicyclettes de course, les fourreaux sont droits de façon à obtenir la rigidité maximale (et la nervosité), ces fourreaux droits ne se plient pas. Et comme le chêne de la fable, ils risquent de se rompre. En fait, eux, ils ne se romperont pas. Par contre, ils entraîneront la rupture du tube pivot au niveau du roulement inférieur par transmission intégrale des irrégularités de la route. La souplesse, en amortissant les vibrations et les chocs, apporte du confort mais surtout diminue les contraintes à l'emmanchement et les risques de rupture.

Pivot

Le pivot de fourche est une pièce maîtresse pour la sécurité du tandem. Les cas de rupture au niveau du tube pivot existent malheureusement même s'ils ne sont pas fréquents. Or une rupture du pivot est très grave si elle survient brutalement. Généralement, elle survient par fatigue au niveau de l'encastrement du jeu de roulement inférieur de la direction, là où la fourche s'encastre dans le cadre. Si les fourreaux ne sont pas suffisamment souples (cas des fourches droites rigides), les efforts de flexion sur la fourche sont reportés dans cette zone. Si en plus, la portée du roulement est usinée sans rayon de raccordement ou si la section du pivot est insuffisante, cette zone fatigue. Sous les coups redoublés des déformations de la route (trous et bosses), des freinages ou autres sollicitations, une fissure va s'amorcer puis croître jusqu'à la rupture finale.
Jadis, on montait à force à l'intérieur du pivot un morceau de cornouiller. Ce bois très dur évitait la rupture finale brutale. De nos jours, son emploi est tombé en désuétude. La conception des fourches a réalisé des progrès.
Cependant, il convient absolument de faire attention au pivot lors de la construction du tandem. La mode du tube de diamètre 1"1/8 est pour nous, tandémistes, une bonne chose. En effet, les conditions sévères d'emploi du VTT, puis la recherche d'allègement en utilisant des tubes pivot en aluminium, ont conduit à l'utilisation presque généralisée de tubes de fort diamètre. Par contre, contrairement à ce qui se passe avec les bicyclettes, s'il faut utiliser un tube de fort diamètre, il vaut mieux recourir à l'acier. Ainsi, les ateliers Follis utilisent depuis de nombreuses années, sur leurs tandems, un tube spécifique avec une section augmentée.
Les coureurs utilisent sur Paris-Roubaix, "L'enfer du Nord", des tubes pivot en acier sur leur fourche en fibre de carbone. Il vaut mieux jouer la prudence.

Tête de fourche "à plaquettes"

Cette tête est généralement constituée par deux plaquettes découpées en tôle d'acier de 4 à 5 mm d'épaisseur dans lesquelles viennent s'encastrer le tube-pivot et l'extrémité supérieure des fourreaux. Ce modèle est employé uniquement par les constructeurs-artisans comme Follis. Son principal avantage, par suite de l'élasticité des deux plaques d'acier, est d'absorber une partie des chocs et vibrations dus aux inégalités du sol. Le poids est très faible par rapport aux têtes en acier forgé ou aux têtes en tôle emboutie ou même aux têtes obtenues en micro-fusion. Ceci explique la faveur dont a joui ce montage dans les concours techniques de l'après-guerre.

Mise à jour : 09.10.2006