Cyclotourisme, ni compétition, ni tourisme pur, mais sport universel - Charles ANTONIN, premier président de la FFCT.
Cyclotourisme : Tandem noir raconte ses voyages et randonnées à vélo, en tandem, le plus souvent en cyclo-camping.

 

 

La lettre R (page 3)

H

XYZ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Publicité parue dans Cyclotourisme en septembre 1938.

 

 

 

 

 

 

 

Publicité pour les jantes SUPER-CHAMPION parue dans Le Cycliste en février 1939.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 




Publicité pour le moyeu MAXI parue dans le Cycliste en Février 1936.

Roue

La roue et ses composants

La roue est indissociable de notre activité. C'est "notre botte de sept lieues" chère à Jacques Faizant. La roue est un sujet de débat constant : 650 ou 700, 28 ou 48 rayons, ligaturée ou non, rayonnée à quatre ou droit, boyau ou pneu.

Les éléments constitutifs de la roue sont :
- la jante,
- le moyeu,
- les rayons.

Elément de confort

La roue à rayons est un élement de confort important. Cela provient en grande partie du fait qu'une roue à rayons (contrairement à la roue à bâtons ou à la roue pleine) supporte le poids du tandem et de l'équipage par les rayons supérieurs et non par les rayons inférieurs. En effet, compte tenu du diamètre des rayons et de leur longueur, il ne peuvent pas supporter une charge conséquente sans flamber (déformation latérale d'une pièce longue soumise à un effort normal de compression).
Ainsi la plupart des représentations techniques qui présentent une roue avec un rayon vertical dans la partie basse sont fausses. Si le principe est bien le supportage par le rayon vertical, c'est celui du haut qu'il faut considérer.

Jante

La jante joue un rôle important. En particulier par son profil. Plus le profil sera haut, plus elle présentera une inertie importante vis-à-vis des efforts de flexion. Ainsi, plus une jante sera haute, plus elle sera rigide, et elle entraînera un travail moindre pour les rayons. En effet une jante de faible inertie aura tendance à s'ovaliser sur l'axe vertical et tirera sur les rayons horizontaux qui s'opposent à l'ovalisation. A l'opposé, une jante haute sera moins confortable qu'une jante plate.

Au début du vélo, les jantes étaient en bois. Elles présentaient une grande souplesse et une bonne rigidité. Mais l'inconvénient majeur résidait dans leur sensibilité aux conditions climatiques. Le docteur Ruffier, dans ses mémoires, raconte ses malheurs lors d'un voyage en tandem avec sa femme par un été caniculaire. Avec la sécheresse, le bois s'était contracté détendant les rayons et faisant aussi déjanter ses boyaux.

Petit à petit, la jante métal (d'abord en acier) a supplanté la jante en bois. Nous assistons maintenant à l'avènement de la jante en matériaux composites. Cependant, pour l'instant la jante tubulaire en alliage d'aluminium est reine.

Pour la jante en alliage léger, les premières roues commercialisées furent celles créées par Marcel Berthet avec la "Westwood" avant la guerre de 1914-1918. Et Marcel Laroche, aux alentours de 1926, lança la jante "Mephisto" précurseur des jantes modernes. L'archétype de la jante tubulaire fut cependant la Super Champion.

Publicité pour les jantes MEPHSITO parue dans Cyclotourisme en mars 1938.

Standardisation des jantes

C'est en 1905 que se fit la standardisation des jantes. Cette standardisation en trois grades - A, B et C - fut, à l'époque, une véritable révolution.
Aujourd'hui, pour les modèles équipant les tandems, trois standards existent : le 700C, le 650B et le petit dernier en provenance directe de la mode VTT et des USA : le 26 pouces. Pour un tandem randonneur, le 650B paraît être la meilleure dimension pour allier le confort et le rendement. Aujourd'hui encore, il est toujours possible grâce à la Confrérie du 650 de trouver des jantes Rigida de qualité en 650 et des pneus Michelin à haut rendement. Voir aussi le paragraphe sur les pneumatiques.

Velocio préconisait les jantes de petit diamètre. Dans un article paru après la guerre de 1914-1918, il précise ses attentes sur ce point :

"... II n'en reste pas moins ancré, dans mon esprit, que pour une bicyclette de grand tourisme, « destinée à passer partout et à rouler presque dans le lit des torrents » comme le voulait le Capitaine Perrache à l'époque, des roues de 500 X 50 mm sont nettement préférables à celles de 700 X 28 mm, des modèles «Tour de France», et même aux roues standardisées de 700x35 mm qu'on essaie de nous imposer si (et cela doit être) on fait entrer en ligne de compte, dans le rendement d'un outil, la fatigue de celui qui s'en sert. Cette dernière considération est, il vrai, indifférente aux coureurs de Henri Desgrange et de " L'Auto", et aux jeunes utilitaires, ignorant tout du problème, qui montent les machines standardisées du commerce ; mais elle ne l'est pas pour nous qui avons, en vue de longs voyages, le meilleur rendement et la moindre fatigue.
Par exemple, il faut bien comprendre que le calibre du pneumatique doit augmenter en même temps que diminue le diamètre de la roue : si l'on admet, je suppose, que le calibre de 38 mm vaut pour la roue de 700 mm, il faut envisager au moins 42 mm pour une roue de 650 mm ; 45 mm pour celle de 600 mm ; enfin le calibre de 50 mm pour une roue de 500 mm de diamètre.
On peut d'ailleurs se référer à ce qui s'est passé dans l'automobile, en ce qui concerne le même problème. A l'origine, les roues de 125 cm de hauteur étaient monnaie courante ; peu à peu, on en est venu à des diamètres de 90, 80, 65 et même 55 cm aujourd'hui. Si bien, qu'actuellement, on est étonné en comparant l'énormité, la masse, la hauteur de la superstructure d'un autocar ou d'une limousine aux roues minuscules qui les supportent, à la bicyclette et ses roues hautes et minces, laquelle parait bien frêle, et l'est en effet, tout compte fait, car de telles roues se voilent pour un rien, les jantes se bossellent, les rayons se détendent quand ils ne cassent point... désagréments qui ne sont jamais arrivés à mes roues de 500 mm, dont les rayons sont d'autant plus courts - partant, plus solides - quoique moins nombreux et dont les jantes sont d'autant plus protégées que les pneus sont plus gros."

Autre argument en faveur d'une roue de plus faible diamètre équipée d'un pneumatique de plus forte section : le confort. Et celui-ci nous ramène au véritable rendement. Paul Mariani, y revient dans un article paru dans "Le Cycliste" en octobre 1946 : "Vers la meilleure roue ?" :
"Il se confirme (...) que l'absolutisme dans la recherche de la légèreté conduit à la méconnaissance de ce deuxième aspect du rendement qui résulte plus précisement de l'économie du moteur qu'il y a lieu de faire durer et qui fait aussi durer le plaisir de voyager.
Il faut considérer qu'il y a un antagonisme entre les tendances à ces deux rendements, comme il existe entre le sprint et le fond.
Ainsi pour aller vite le coureur sacrifie inconsciemment le deuxième. (...) Il y a un donc une différence (...) entre la course et le voyage, entre les allures pratiquées, entre les routes empruntées et même entre les deux genres d'industries intéressées, celle du vélo de course et celle de nos bicyclettes, parce que la première a des exigences inconnues de la deuxième et qu'il convient de revoir certains notions avec des yeux autres que ceux que nous portons uniquement sur les coureurs, c'est à dire en restant sur le terrain qui nous est propre."

Jante céramique

Pour diminuer les épaisseurs des jantes, sans trop diminuer leur longévité et aussi améliorer le comportement au freinage. Les flancs des jantes sont revêtus d'un mélange d'oxyde d'aluminium et d'oxyde de chrome. Les jantes sont toujours en alliage d'aluminium, seul le revêtement est en céramique.
Ce revêtement est obtenu par projection thermique des oxydes sur la jante. Au sein d'un chalumeau, les poudres sont fondues et projetées à haute vitesse sur la jante. Sur la jante, ces poudres s'accrochent par enchassement. Il n'y a pas de liaison autre que mécanique sur la jante. Il faut donc absolument que la jante soit très propre avant cette opération. En particulier, il est nécessaire que la couche d'oxyde naturel formée par l'aluminium soit éliminée. Cette opération critique consiste dans un sablage à la granulométrie surveillée. Sinon, la couche projetée ne tient pas. Il y aurait, alors, des risques d'éclatement de la couche.

Moyeu

Une autre pièce essentielle dans la roue est le moyeu. Celui-ci doit offrir de bonnes qualités de roulement, ne pas accrocher. Mais aussi être solide.
La qualité du moyeu est donc associée à la qualité du roulement. Les roulements annulaires présentent là un atout supplémentaire comme pour le jeu de pédalier. Très tôt, les roulements annulaires ont donc été utilisés dans les moyeux. Le moyeu typique de cette conception est le fameux moyeu Maxi-Car, qui n'est malheureusement plus construit de nos jours.

Bien avant les moyeux à cassettes, dans les années 1935, J. Moyne avait mis au point et commercialisé un moyeu dont le principe était assez proche. Ce moyeu pour être compact utilisait un roulement à aiguilles sous la roue libre.

Publicité pour le moyeu MOYNE parue dans le Cycliste en Février 36.

Autre qualité essentielle pour le moyeu : la solidité de son axe. L'axe supporte les roulements du moyeu et s'appuie sur les pattes du cadre. Il est ainsi soumis à des efforts tranchants importants combinés à un moment de flexion. Si les roulements sont excentrés vers les pattes, les efforts de flexion seront moindres. Souvent cet axe n'est pas une simple tige métallique. Mais il est usiné pour présenter une ou des butées de positionnement des roulements. Si l'usinage de ces butées n'est pas soigné, il y a un risque de concentration de contraintes importantes dans ces zones. Cela se traduira par des ruptures par fatigue. Cet incident était, par exemple, une maladie sur une génration de moyeu Maxi-Car. Bien évidemment, vu le poids, l'axe d'un moyeu de tandem est beaucoup plus contraint (souvent deux fois plus). Ceci peut se traduire par une durée de vie divisée par un facteur huit !
L'axe est creux dans la plupart des cas, pour permettre le passage de la tige de blocage. Or le forage de l'axe, pour permettre le passage de cette tige se traduit par une diminution de la section travaillante. De ce fait, certains cyclotouristes utilisent sur leur bicyclette de cyclo-camping ou sur leur tandem des axes pleins, normalement plus résistants.

 

 

Représentation des efforts dans un rayon pour la roue arrière.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cisaillement au niveau du coude du rayon.

 

 

 

Moyeu pour rayons droits DUCRET présenté sur le stand TA au salon de Paris en 1952. Dessin de D. REBOUR paru dans le Cycliste en Février 1953.

Rayons

Jacques Legrand, dans un long article paru dans le numéro d'octobre 1951 du "Cycliste", a réalisé une bonne étude sur les rayons :

"Les roues à rayons métalliques furent utilisées sur les bicyclettes vers 1860; à ce moment on se contenta de fabriquer ces roues comme celles qui étaient utilisées, déjà, pour d'autres applications, c'est-à-dire que les rayons munis d'une tête s'appuyant sur la jante, étaient vissés dans le moyeu; ce système obligeait évidemment à employer le montage que nous appelons aujourd'hui « rayonnage direct» où tous les rayons convergent vers l'axe du moyeu.
On ne tarda pas à observer de nombreuses ruptures de rayons sur la roue motrice, ruptures qui persistaient malgré des renforcements successifs et bientôt prohibitifs.
C'est alors qu'Ariel inventa un dispositif que l'on peut considérer comme l'ancêtre du rayon tangent employé aujourd'hui : des barres rigides étaient fixées suivant les diamètres du moyeu et leurs extrémités reliées à la jante par des rayons en opposition, la tension se faisait toujours par vissage. Le travail des rayons se faisait alors dans de bonnes conditions mais l'ensemble était lourd.
Un inventeur audacieux eut l'idée révolutionnaire de réaliser la tension du rayon par le vissage d'un écrou logé dans la jante; rien ne s'opposait plus alors à accrocher la tête du rayon, préalablement courbé, dans un flasque percé, porté par le moyeu; cette solution encore en honneur aujourd'hui, est restée inchangée depuis 70 ans.
(...) Comparons une roue dont les rayons sont directs à une roue de même diamètre dont les rayons sont tangents ; la chose qui frappe l'attention est l'angle « a » que fait le rayon avec la perpendiculaire à la jante. Dans le cas d'une roue motrice, on voit que le couple F appliqué au moyeu entraîne pour les rayons une tension F=f/Sin « a » si f est l'effort à la jante.
De ce fait, le rayonnage direct ne peut être employé que sur les roues uniquement porteuses, donc, actuellement, à l'avant, à condition de ne pas employer de frein tambour (ou à disque).
Il résulte en effet de la relation précédente que si l'angle « a » reste voisin de zéro, la force F devra être considérable, il en résultera : Soit un allongement du rayon si sa nature le permet, soit sa rupture ou, ce qui ne vaut pas mieux, le défoncement de la jante.
L'emploi des rayons directs à l'avant sous la réserve ci-dessus est parfaitement logique, ce montage offre l'avantage d'une simplicité qui plaît à l'oeil et assure une roue très rigide en même temps que légère, puisque les rayons ont une longueur minimum. Il ne faut pas perdre de vue cependant que, du fait de la traction radiale des rayons sur les flasques du moyeu, le perçage de ceux-ci doit être fait à une distance du bord supérieure à ce qu'elle pourrait être avec des rayons tangents."

Pour limiter la traînée dans l'air, nous voyons de plus en plus de rayons plats ou aplatis. Cette idée n'est pas si novatrice qu'elle y paraît. Avant 1896, un artisan stéphanois en proposait comme le rappelle Raymond Henry.

La rupture des rayons

Toujours dans le même article, Jacques Legrand évoque la rupture des rayons :

"L'étude des charges des rayons montre que, en service normal et sauf chocs exceptionnels, les rayons présentent une résistance à la traction très largement suffisante dans leur partie rectiligne.
Dans la pratique on observe cependant des ruptures fréquentes sans cause apparente et certaines machines, tandems en particulier, présentent une aptitude particulière à casser systématiquement leurs rayons et ce, toujours du même côté.
(...)
Considérons un rayon du point de vue de la résistance des matériaux.
La figure (jointe) montre schématiquement une tête de rayon ; si une charge est appliquée en F, à une distance d de l'axe du rayon, on sait que la fatigue du métal est maximum au point C et de beaucoup supérieure à ce qu'elle est n'importe où ailleurs; de plus, l'application des formules classiques, qu'il est inutile de rappeler ici, montre que pour une forme telle que celle qui est représentée (...), aucun rayon courant ne serait capable de résister au simple montage de la roue et ce pour une distance de seulement 2 mm.
Dans la pratique, la courbure est moins brusque ce qui diminue très rapidement la fatigue du métal, la partie la plus fatiguée étant toujours l'intérieur de la courbure."

La veritable révolution est venue avec les rayons droits déjà mis en oeuvre sur les motocyclettes dans les années 1950. Cette solution est la plus mécanique. Les rayons travaillent alors en traction et non plus en cisaillement au niveau du coude. Le seul souci est la réalisation de moyeux acceptant ce type de rayons.

La seconde zone de rupture possible se trouve au niveau du filet. Pour diminuer ce risque, le filet doit être roulé et non usiné. De plus, la jante doit permettre une bonne orientation du rayon. En effet, avec un moyeu à tambour, par exemple, le parapluie est accru, entraînant ainsi une flexion parasite au niveau du filetage.

Application au tandem

Pour les tandems, une jante relativement haute permet de mieux supporter les efforts imposés par deux équipiers. Cela permet de limiter la casse des rayons. Et point supplémentaire, la chaleur générée par le frottement des patins qui diffuse par conduction, trouve une masse plus importante.

Le moyeu sera choisi à roulements annulaires. L'axe sera creux et non plein. En effet, même si la probabilité de rupture est supérieure. En utilisant le blocage, comme moyen de compression de l'axe, il est toujours possible de rentrer. Alors qu'avec un axe plein cassé, il est impossible de rouler, la traction sur la chaîne venant mettre la roue en travers. Pour avoir subi ce problème dans les deux cas de figure, nous ne pouvons que conseiller un axe creux.

Pour qui veut voyager, une roue à 48 rayons renforcés est une bonne solution. Sinon, 36 rayons suffisent. Mais dans tous les cas, il faut absolument ligaturer les rayons de la roue arrière. Cette opération permet de bien solidariser les nappes de rayons. Ainsi, les efforts sont répartis à partir de ce noeud sur plusieurs rayons.

Certains tandems légers utilisent des roues à rayons droits. C'est évidemment l'avenir, mais il serait bon qu'un fournisseur "haut de gamme" comme G Technic propose des roues arrière avec un nombre de rayons supérieur à 32, même si ce type montage est sans doute équivalent à 36 rayons coudés. Il ne faut pas oublier non plus qu'une rupture sur une roue avec moins de rayons se traduira forcément par un voilage supérieur de la roue.

La section des pneumatiques sera plus importante que sur un vélo solo pour apporter un minimum de confort au co-équipier assis à l'arrière. L'utilisation d'une chambre à air en latex apporte aussi un supplément de souplesse par rapport à une chambre en butyl.


Références

- Bernard Déon, "Une légende centenaire ... Paris-Brest et retour", Auto-édité, 1997.
- Jacques Legrand, Cyclotechnie : Pourquoi n'aurions-nous pas des rayons droits?,"Le Cycliste", octobre 1951, p. 203-205.
- Raymond Henry, "Vélocio - L'évolution du cycle et le cyclotourisme", Ed. Musée d'Art et d'Industrie de Saint-Etienne, 2005, p.240.
- André Rabault, Jacques Legrand, Charles Antonin, Cyclotechnie : Bris de Rayon, "Le Cycliste", octobre 1953, p.271.

Mise à jour : 12.12.2005