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 T (page 2)

H

XYZ

 

 

 





Tube de selle en "patte de poulet" sur un tandem Chaplait. Dessin de D. Rebour paru dans le Cycliste en juin 1947.





Image du tandem de Reyhand tel qu'il illustrait l'article de Cyclo-Magazine de 1937.





 

 

 








Triangulation

Définitions

Le dictionnaire Larousse définit ce terme comme la "composition artistique fondée sur un système de triangles". Quand nous admirons certains anciens tandems en triangulation totale, nous ne pouvons rien dire de mieux que "composition artistique".

Plus technique le "Lexique de construction métallique et de résistance des matériaux", édité par l'OTUA en 1993, en donne la définition suivante : "Assemblages de barres dont les axes forment des séries de triangles. Les sommets peuvent, en principe, être considérés comme des articulations".

Pour améliorer la rigidité des tandems, un système de haubans et d'entretoises construit sur le mode d'une charpente forme une "triangulation". Elle peut être simple si deux haubans partant de la douille de direction gagnent les pattes arrière du cadre ou si deux haubans partant de la selle du pilote rigidifient l'arrière jusqu'à l'axe du moyeu. Elle sera double, si deux autres haubans partant de la douille de direction relient la boîte de pédalier arrière. Enfin, elle peut être totale, si en plus, les tubes de selle sont dédoublés à mi-hauteur jusqu'à la boîte de pédalier.

Historique

A.I. Reiss constructeur des cycles Reyhand à Lyon, se considéra comme le premier constructeur d'un tandem à triangulation latérale. Par contre, il donne la paternité de l'idée à Ettore Bugatti. Dans un article, paru dans le numéro 25 de "Cyclo-Magazine" en date du 15 mai 1937, il explique l'invention :

« Lorsque, en octobre 1933, au Salon du Cycle, M. E. Bugatti, un des as de la construction automobile, sommité du monde technique, et cycliste à ses heures, exposa ses conceptions, devant diverses personnalités du cycle, il fit une grosse impression.
Une de ces personnes, M. Ripet, auteur des fameux moyeux C.A.R., me rapporta ces idées ; elles me séduisirent d'emblée, car elles cadraient parfaitement avec mes conceptions propres, sur la rigidité des cadres.
Je fis donc un essai en construisant mon premier tandem, en novembre 1933. Les résultats obtenus furent tels que j'adoptai exclusivement cette triangulation pour la plus grande satisfaction de mes clients.
Naturellement, les détails d'applications se modifièrent avec la pratique et les données de l'expérience, si bien qu'actuellement la perfection est approchée. Un article technique, étudiant cette disposition en détail, et rédigé par E. Bernadet, estparu dans le n°1 de Cyclo-Magazine.
Etant donné cette application et vu l'amélioration apportée au rendement et à la tenue de route des tandems, on me suggéra l'idée de faire déposer le modèle, chose que je fis en juin dernier.
Ce faisant, je restai bien dans l'esprit et la lettre de la loi du 14 juillet 1909, qui précise qu'un modèle appartient à son premier créateur et premier déposant. Par créateur, il est convenu d'entendre : constructeur."

Le constructeur Reiss défendait la double triangulation dite "Bugatti". Albert Six qui concevait de nombreux cadres pour Narcisse à Paris, revendiqua lui aussi la paternité d'une triangulation. Mais chez Six, la triangulation était simple : deux haubans de la douille de direction jusqu'aux pattes arrière. La solution du double haubanage est plus lourde (surpoids estimé à 300 grammes), mais plus rigide et elle gêne moins le pédalage à l'arrière du tandem (les haubans sont moins écartés). De plus, il est très difficile de trouver des tubes très longs dans les aciers haut de gamme. Il faut donc, soit manchonner des tubes plus courts, soit se rabattre sur des qualités plus ordinaires (donc des tubes plus épais et plus lourds).

Influence sur la rigidité et les concentrations de contraintes

Vous pouvez télécharger le document de synthèse.

Avec notre camarade Albert N., nous avons modélisé 4 architectures de base pour regarder l’influence des choix de conception sur les contraintes que doivent encaisser les tubes, et les déformations induites lors du pédalage.

Nous avons ainsi simulé un couple de tandémistes en prenant comme condition : 2 cyclos appuyant fortement sur les pédales à l’horizontal (40 kg sur chacune des pédales droites en bout d’une manivelle de 170 mm en position horizontale) assis sur la selle avec un poids de 40 kg (le reste du poids étant sur la pédale). Le pédalage étant intense, les deux cyclos impriment un effort de torsion sur les guidons, contraire aux efforts sur les pédales. Le pédalier de transmission est l’arrière, la chaîne est positionnée sur le braquet médian de 40x19. Le choix de cyclos assis plus qu’en danseuse provient de la volonté de faire travailler la partie supérieure du cadre, de même que la torsion imposée au niveau du guidon.

Les calculs réalisés mettent en évidence la répartition des contraintes dans le cadre : les zones soumises à des contraintes élevées apparaissent en rouge. Il est ainsi clairement visible que les contraintes maximales dans le cadre sont au niveau des pattes arrière et de la liaison entre le tube de selle et la boîte de pédalier. Ceci est satisfaisant pour l’esprit car les calculs apparaissent en cohérence avec les expériences malheureuses : bris au niveau du tube de selle vers la boîte de pédalier ou au niveau d’une patte arrière.

Dans la modélisation du cadre avec tube entre la tête de fourche et la boîte arrière, nous n’avons pas surdimensionné cet élément (Tube “oversized”). Les calculs montrent l’absence d’intérêt à le faire si l'on considère uniquement les contraintes. Ce tube ne reprend pratiquement qu’une infime partie des efforts : moins du sixième des efforts maxima. Le seul cadre qui limite ces contraintes est celui qui est doublement haubané : la réduction sur les contraintes est de l’ordre de 25 %. Il est à noter d’ailleurs que les haubans supplémentaires du cadre arrière reprennent une partie non négligeable des efforts, près de la moitié des efforts maxima. L’architecture du cadre pour limiter la casse visera donc à haubaner la partie arrière du tandem. Nous avons ici symbolisé la fourche grossièrement, car elle se situait en dehors de notre champ d’investigation. Mais il apparaît bien qu’il s’agit d’une pièce essentielle à la sécurité.

Dans un second temps, nous avons regardé l’influence de l’architecture sur les déformations lors du pédalage : la fameuse rigidité du cadre. Les différentes figures montrent le cadre vu du dessus (attention nous avons amplifié les déformations par un coefficient de 25). Visuellement, un cadre sans aucune triangulation se vrille fortement. Le fait de placer un tube diagonal permet de gagner 20 % sur ces déformations. Si c’est un tube de liaison entre direction et pédalier on gagne 30 % (avec un tube surdimensionné ce gain sera encore amélioré). Avec la double triangulation, c’est alors un gain de près de 45 %.
Dans "Ravat-Magazine" cité par Etienne Bernadet, la rigidité latérale de deux petits tubes jumelés était estimée à plus de 3 fois celle d'un tube plus gros.
La solution “ idéale ”, redécouverte avec nos calculs, serait la double triangulation, que nos anciens avaient mise en avant, bien qu’à l’époque, certains étaient des défenseurs du cadre type GMP2 avec dédoublement de tous les tubes diagonaux et des pédaliers pour empêcher la rotation de la boîte de pédalier. Sans doute le “ nec plus ultra ” au niveau de la rigidité, mais quel artisan s’embêterait aujourd’hui à construire une architecture si complexe.

Extrait du catalogue Manufrance de 1936.

Conclusions

Nos expériences de pratiquants sur de nombreuses machines nous ont montré l'intérêt de privilégier la rigidité latérale du tandem. Lorsque l'on utilise un tandem sans aucune triangulation, on sent très bien le flottement de l'ensemble dans les virages pris avec un peu de vitesse. Cet inconvénient d'ailleurs s'amplifie avec le poids croissant du "stocker".

La double triangulation apparaît toujours comme la meilleure façon de rigidifier un tandem. Malheureusement, compte tenu du marché actuel, les tubistes (mis à part Reynolds) ne proposent plus de séries de tubes de qualité. Si la double triangulation tombe en désuétude, ce n'est malheureusement pas à cause d'une innovation supérieure rendant le principe obsolète.


Références

- A.-I. Reiss, La page technique - Mise au point à propos du tandem à double triangulation latérale, "Cyclo-Magazine", n.25, mai 1937, page 11.
-
E. Bernadet, La page technique - De la rigidité du tandem, "Cyclo-Magazine", n.43, février 1938, p. 78 - 80.



Publicité pour les tubes DURIFORT parue dans Cyclo-Magazine le 15 juillet 1939.

 

 

 

Publicité pour le tube Reynolds 531 parue dans  le numéro de juillet 1953 du Cycliste.

 

 

 

 

 

 

Publicité pour le tube AluMag parue dans le numéro d'octobre 1949 du Cycliste.

 

 

 

 

 

 

Tubes

Tubes acier

Pendant des années, l'acier régna en maître sur les matériaux utilisés pour la fabrication des tubes. Les grandes marques furent
- françaises : Durif (devenue Durifort) avec ses séries extra-légères Vitus et Electrotube Solesmes,
- anglaises comme Reynolds dont l'importation fut bloquée après la Seconde Guerre Modiale par l'Office des Changes,
- ou encore suédoises : 808.
Les tubes à hautes caractéristiques sont des tubes sans soudure qui sont étirés. Les tubes mécaniques sont généralement des tubes sans soudure, ils sont réputés plus solides (une soudure est toujours une zone potentielle de défaut). Par l'écrouissage, les caractéristiques sont augmentées.

Reynolds devint rapidement une marque de référence grâce à la dépose d'un brevet par le fondateur John Reynolds portant sur un tube à diamètre extérieur constant, mais plus épais à ses extrémités (pour lui garantir sa résistance au droit de l'assemblage) et plus fin en son centre (pour lui garantir sa légèreté). Dans les années 1930, le petit fils Austin Reynolds mit au point des alliages d'acier trempé et revenu offrant des caractéristiques mécaniques élevées capables de résister à la chauffe des opérations de brasage. Son alliage de référence fut le fameux 531, un alliage à 0,25% de carbone, 1,5% de manganèse et 0,5% de molybdène - multipliez les chiffres par deux et vous obtiendrez 531. Celui-ci fut mis sur le marché en 1935. 10000 séries de tubes 531 auraient été commercialisées en 1979.
Ce serait Jacques Oudart du Groupe Montagnard Parisien, si l'on en croit un entrefilet paru dans "Le Cycliste" en 1953, qui aurait décidé la firme à fabriquer et à commercialiser des séries de tubes pour les tandems, dont les tubes longs permettant la réalisation de la double triangulation.

Ces tubes en acier sont à inertie variable : l'épaisseur des extrémités est supérieure à l'épaisseur au milieu du tube où les contraintes sont moindres. Ainsi, en mettant de la matière là où elle est nécessaire, il est possible d'obtenir une diminution de poids. Ces tubes à épaisseur variable sont nommés "Double-Butted" s'ils présentent deux épaisseurs différentes : 0,5 au milieu et 0,7 mm aux extrémités sur une longueur de 60 mm environ (par exemple pour la série 531) ou "Triple-Butted" pour des tubes avec trois épaisseurs différentes. Quelle que soit l'épaisseur la plus fine, l'épaisseur aux extrémités sera à peu près la même, car la résistance à la fatigue l'impose dans les zones les plus contraintes, ainsi que la facilité du soudage ou du brasage.

Ces tubes à épaisseur variable existaient déjà en 1904 quand Alphonse Thomann les assemblait par soudage sur ses premiers vélos légers.

De ce fait, la recherche du poids en gagnant sur l'épaisseur des tubes est très limitée. Si on gagne 600 grammes entre un cadre en 7/10e et un cadre en 3/10e, ce gain n'est que d'environ 300 grammes entre un cadre en 5/10e et un cadre en 3/10e.

Les tubes acier sont généralement ronds ou coniques. Certains constructeurs les aplatissaient pour augmenter leur inertie et plaçaient le grand diamètre de l'ovale de manière adéquate comme par exemple au niveau du pédalier. En particulier, les bicyclettes et tandems Hurtu furent construits de la sorte. De nombreux constructeurs de tandems continuent encore aujourd'hui d'écraser le tube de liaison entre les deux pédaliers pour apporter la rigidité à moindre poids.

Les fournisseurs de tubes ne sont pas des aciéristes. Ils transforment des ébauches qu'il obtiennent auprès de ces derniers en les calibrant et en les modelant. Le tubiste italien Dedacciai, par exemple, travaille ses tubes acier en 18MnCrMoV6 à partir d'acier qu'il achète chez le Français Vallourec.

Tube en alliage d'aluminium

Les premiers à s'investir dans les tubes en alliage d'aluminium pour vélo furent les Tréfileries & Laminoirs du Havre, puis Cegedur dans les années 1930. Grâce aux travaux de Nicola Barra, ils purent comprendre les contraintes spécifiques liées aux vélos et tandems et proposer un alliage aux caractéristiques relativement élevées pouvant être mis en oeuvre par soudage.

Pendant de nombreuses années, l'alliage d'aluminium disparut quasiment de la fabrication des cadres. Sa résurrection en France est due à la série Vitus 979 qui fut dédiée aux cadres collés dans les années 1980. Même si déjà le cadreur italien Alan proposait dès le début des années 1970 un cadre en aluminium collé aux raccords protubérants.

Pour les tandems, la série la plus utilisée actuellement provient de Columbus avec en particulier la série Altec 2 plus qui est un tube de nuance 7000 "Triple-Butted" avec 1 mm au centre et 1,3 à 2 mm aux extrémités.

La recherche de la plus grande inertie sans sacrifier le poids a conduit à la réalisation de tubes de plus en plus travaillés avec des ovalisations, des creux et des renflements placés pour répondre au mieux aux sollicitations. Grâce à l'utilisation de logiciels de calculs de résistance des matériaux, les tubistes inventent des formes à partir d'hypothèses de travail. Que ce soit pour répondre à un réel besoin ou pour répondre à la mode, ces formes sont obtenues par hydro-formage. Ainsi les tubes ouvragés de tous les producteurs sont comprimés dans une forme par une pression hydraulique.

La série de tubes "over-sized" en aluminium de type 7000 sera d'un poids équivalent à celui d'un 5/10e acier. En tube classique, le poids sera compris entre un 5 et 3/10e acier. Il faut utiliser des nuances de type 6000 qui seront traitées après soudage pour gagner à nouveau 200 g par rapport à un cadre acier 3/10e.

La nécessité d'obtenir des tubes "over-sized" n'est absolument pas récente. Dans un article de 1938, P. Ledieu a démontré tout le gain qui peut être obtenu en matière de poids quand on diminue l'épaisseur tout en augmentant la section. Grâce à l'augmentation de la section, cette diminution de l'épaisseur ne se fait d'ailleurs nullement au détriment de la rigidité en torsion.

COMPARAISON DU POIDS ET DE LA RIGIDITE
Matériau
Module d'élasticité (GPa)
Diamètre du tube x ép.
(mm x mm)
Poids (gr/m)

Rigidité (mm4.GPa)

Acier
210
26 x 0.75
467
2 000 000
Alliage d'aluminium
72
27 x 2.2
480
2 100 000
Alliage d'aluminium
72
34 x 1.2
346
2 400 000
Alliage d'aluminium
72
44.5 x 0.8
308
3 700 000

Tube en alliage de titane

Les tubes en alliage de titane sont généralement réalisés à partir de la nuance Ti3,5AlV. Certains constructeurs partent de feuilles de titane qu'ils roulent pour ensuite les souder. Il s'agit donc de tubes soudés puis étirés. Ce sont souvent dans ce cas des tubes d'une seule épaisseur. D'autres tubes sont "Double-Butted" comme les tubes Reynolds 2000.

Le spécialiste du tandem en titane est incontestablement Litespeed, qui met en oeuvre ses propres tubes en alliage de titane depuis 1986. Tous les quatre ans, de nombreux couples tandémistes américains participent au Paris-Brest et Retour sur ces fameux tandems prouvant la fiabilité et le confort de ces machines.


Références

- J. Garnault, Au 36e Salon du Cycle..., "Le Cycliste", novembre 1949, P.238.
- L'homme des Grands Chemins, Par Monts et par Vaux, "Le Cycliste", Février 1953, P.87.
- D. Rebour, "Cycles de compétition et randonneuses", Ed. Technique & Vulgarisation,1976, P. 34-35.
- M. Delore, "Manuel technique de la Bicyclette", Ed. Amphora, 1979, P. 31 à 41.
- En lisant... les autres, "Le Cycliste", avril 1953, P. 118.
- P. Ledieu, Duralumin ou Acier traité ?, "Cyclotourisme", n°127, Juin 1938, p.112
- P. Tooth, Mister 531, Café racer, n°65, septembre 2013, p.50

Mise à jour : 11.11.2013