Les rapports de vitesse d’un vélo ne se limitent pas à la taille du grand anneau. En bref, la taille n’a pas d’importance car ce sont les rapports générés par chaque combinaison des plateaux avec les pignons qui sont les plus importants. Dans ce billet – une version mise à jour d’un article publié pour la première fois en 2014 – le rédacteur technique australien Matt Wikstrom se penche sur la façon de donner un sens aux rapports de vitesse et discute de toutes les nuances qu’ils peuvent apporter.
Au cours des 30 dernières années, le nombre de vitesses sur les vélos de route n’a cessé d’augmenter. Les groupes actuels offrent désormais 22 vitesses grâce à l’association de deux plateaux et de 11 pignons. La gamme de tailles pour les plateaux et les pignons s’est également élargie au cours de cette période, ce qui offre aux cyclistes une grande marge de manœuvre pour affiner l’engrenage de leur vélo.
Avec un nombre aussi généreux de vitesses proposées, il est tentant de penser qu’il n’y aurait pas beaucoup d’intérêt à les bricoler, mais le moteur humain l’exige. Après tout, la puissance offerte est limitée et l’efficacité du système dépend du maintien d’une cadence constante (~80rpm), indépendamment de tout changement dans le terrain ou les conditions de conduite.
Tout cycliste sur route comprend que la taille des plateaux et des pignons dicte l’engrenage du vélo, cependant il y a plus dans ce concept que le simple nombre de dents impliquées. Le plus important est le rapport et la façon dont les pignons multiplient l’effort fourni avec le plateau.
Une introduction aux rapports de vitesse
Avant l’avènement de la transmission par chaîne, les premiers cyclistes ont déterminé que la taille de la roue motrice avait un impact profond sur les vitesses qui pouvaient être atteintes. Les penny-farthings n’étaient pas conçus avec une énorme roue avant pour des raisons esthétiques – la circonférence massive permettait des vitesses plus élevées à condition que le cycliste soit assez fort pour tourner la roue.
L’introduction de la transmission par chaîne a amélioré l’efficacité du vélo car des engrenages pouvaient être utilisés. En combinant un grand pignon sur les manivelles avec un petit sur la roue, un seul tour de manivelle produisait plusieurs tours de la roue arrière, de sorte qu’elle pouvait fonctionner comme la roue motrice massive d’un Penny-farthing.
Le calcul du nombre de tours de roue produits par l’engrenage d’un vélo est simplement une question de détermination du rapport entre le plateau et le pignon arrière. Par exemple, lorsqu’un plateau de 53T est associé à un pignon de 12T, le rapport est de 53:12, soit 4,42, de sorte qu’une rotation complète de la manivelle fera tourner la roue arrière 4,42 fois. En revanche, 39 x 25T produit un rapport de 1,56.
Comparaison des rapports de vitesse
Avec toutes les options disponibles pour les cyclistes sur route d’aujourd’hui, il est possible de produire des rapports de vitesse aussi petits que 1,0 et aussi grands que 5,0 avec des incréments de 0,15-0,40. En soi, ces chiffres ne sont pas particulièrement descriptifs, mais ils peuvent être transformés en valeurs plus significatives de l’une des deux façons suivantes.
La première méthode consiste à relier le rapport de vitesse à la taille de la roue en multipliant le rapport de vitesse par le diamètre de la roue (figure 1A). Dans le cas d’une roue de route, on peut utiliser 27 pouces pour simplifier (bien que le véritable diamètre d’une jante 700c équipée d’un pneu de 23 mm soit plutôt de 26,3 pouces). La valeur résultante, les pouces d’engrenage, représente le diamètre pour une roue équivalente à entraînement direct (comme la roue avant d’un Penny-farthing).
Par exemple, utiliser un rapport d’engrenage élevé comme 53 x 12T équivaut à rouler sur un Penny-farthing avec une roue avant de près de 10 pieds (ou 3m) de haut. À l’inverse, un rapport de vitesse faible comme 39 x 25T équivaut à une roue de 42 pouces.
La deuxième méthode, le roll-out (alias mètres de développement), est calculée en multipliant le rapport de vitesse par la circonférence de la roue (mesurée en mètres, figure 1B). Cette valeur représente la distance que le vélo parcourra avec un tour de manivelle. Ainsi, 53 x 12T donne 9,28 mètres de roll-out pour un vélo de route équipé de pneus 25C, contre 3,28 mètres pour 39 x 25T.
Des deux, le roll-out est un peu plus informatif, ne serait-ce que parce qu’il est plus tangible qu’un diamètre de roue théorique. Néanmoins, l’une ou l’autre valeur peut être utilisée pour calculer facilement la vitesse attendue pour n’importe quelle cadence donnée :
Vitesse (km/h) = Déroulement/1000 x cadence (tr/min) x 60
Vitesse (miles/h) = Pouces de vitesse/63, 360 x Pi (3,14159) x cadence (tr/min) x 60
Ces considérations sont critiques pour les coureurs utilisant une vitesse fixe (par exemple, les coureurs sur piste et les coureurs de BMX). Dans ce cadre, une différence mineure dans les rapports de vitesse (0,1 m/1 pouce de vitesse) peut affecter la facilité avec laquelle le coureur peut accélérer et la vitesse maximale qu’il peut atteindre. Sur la route, cependant, de telles différences ne seront pas ressenties, et en général, des incréments plus importants (0,5m/5 pouces de vitesse) sont plus significatifs.
Un coup d’œil sur le déploiement des groupes routiers
La figure 2 montre la gamme de déploiements fournis par chacune des principales combinaisons de plateaux – standard (53/39T), semi-compact (52/36T) et compact (50/34T) – avec une variété de tailles de pignons. À première vue, il est facile de voir qu’un pédalier standard génère des roulements plus élevés que les autres combinaisons de plateaux, mais il y a aussi beaucoup de chevauchement. En effet, il y a beaucoup plus de similitudes entre les trois pédaliers que de différences réelles.
Par exemple, il existe six combinaisons de plateaux et de pignons qui fournissent 5m de roll-out : 39 x 16T, 36 x 15T, 34 x 14T, 53 x 23T, 52 x 21T et 50 x 21T. À une cadence de 80 tr/min, un cycliste finira toujours par croiser à 24 km/h, quelle que soit la combinaison spécifique qu’il se trouve utiliser.
Il en va de même pour presque n’importe quel roll-out donné : le rapport de vitesse est bien plus important que le nombre de dents impliquées. Ce n’est que lorsqu’un cycliste espère maximiser, ou minimiser, le déploiement du vélo qu’il devient important de prêter attention à la taille des plateaux et/ou des pignons.
Les transmissions 2x produisent un nombre important de rapports de vitesse redondants
À première vue, la combinaison de deux plateaux et de 11 pignons promet une gamme impressionnante de rapports de vitesse, cependant elle donne également lieu à une quantité importante de redondance, quels que soient le pédalier et les pignons utilisés (figure 3A).
Cette redondance se produit toujours autour du milieu de la gamme de rapports de vitesse, où les roulements générés par le petit plateau et les plus petits pignons correspondent essentiellement à ceux produits par le grand plateau et les plus grands pignons. Lorsque ce chevauchement est supprimé, le nombre de rapports d’engrenage discrets offerts par une transmission 2 x 11 peut être aussi petit que 14 et aussi grand que 17, selon la gamme de pignons (figure 3B ; voir également la figure 7).
Pour les cyclistes qui s’abstiennent diligemment de faire du cross-chaining, une grande partie de cette redondance passera inaperçue. Elle est simplement le produit de la différence relativement modeste entre les grands et les petits plateaux, il n’y a donc aucun moyen de la réduire ou de l’éliminer sans opter pour une combinaison de plateaux très différente.
Par exemple, un pédalier 53/28T combiné à une cassette 7 vitesses 11-19T fournira le même nombre de rapports discrets qu’un pédalier standard apparié à une cassette 11 vitesses 11-27T, comme le montre la figure 4.
Bien que l’idée d’une transmission sans aucun rapport redondant puisse être assez séduisante, ces combinaisons » gaspillées » rendent la transmission plus pratique à utiliser. En effet, il n’est pas strictement nécessaire de passer d’un plateau à l’autre pour trouver le rapport suivant. Le fait que chaque fabricant de groupes ait créé des dérailleurs avant mieux à même de s’adapter au cross-chaining ne fait qu’ajouter à cette commodité.
Il est important de noter que si un cycliste croise ses chaînes pendant de longues périodes, cela accélère l’usure de la chaîne, de la cassette et des plateaux. Cela peut également indiquer que le coureur bénéficiera d’un changement subtil des rapports de vitesse.
La taille des plateaux a un effet subtil sur tous les rapports de vitesse
J’ai déjà abordé le fait que les pédaliers standard, semi-compacts et compacts génèrent tous plusieurs des mêmes rapports de vitesse. Cependant, pour un jeu de pignons donné, un pédalier standard générera toujours plus de roll-out que les pédaliers semi-compacts et compacts (figure 2). Ainsi, le choix des plateaux fait beaucoup pour déterminer la sensation globale de l’engrenage du vélo.
Pour les cyclistes qui aiment tourner et peuvent maintenir une cadence élevée pendant de longues périodes, les plateaux compacts sont susceptibles de leur convenir mieux qu’une combinaison standard. En revanche, les coureurs qui peuvent pousser des vitesses plus grandes à une cadence plus faible sont plus susceptibles de préférer des plateaux plus grands.
Cependant, l’effet de la taille du plateau sur l’engrenage du vélo est plus important que la simple maximisation ou minimisation du roulement. Elle a également un effet sur la taille des étapes entre chaque rapport de vitesse. On peut en avoir une certaine idée à partir de la figure 2, mais il est plus facile de visualiser en utilisant un graphique linéaire pour tracer les mêmes valeurs, comme le montre la figure 5A.
C’est la pente de chaque ligne de cette figure qui est importante : elle devient plus raide à mesure que les pas entre les rapports de vitesse deviennent plus grands. Dans cet exemple pour une cassette 11 vitesses 11-28T, la pente de la ligne pour un pédalier standard est plus raide que celle des pédaliers compacts, surtout pour le petit plateau, il y a donc des pas relativement plus grands entre chaque rapport de vitesse. Il en va de même pour les manivelles semi-compactes, bien que les différences ne soient pas aussi marquées.
Est-ce qu’on les ressent sur la route ? Pour certains cyclistes, la réponse est un oui catégorique, tandis que pour d’autres, cela peut se résumer à une simple nuance. En fin de compte, cela dépendra de la facilité avec laquelle un coureur est capable de varier sa cadence et s’il a la liberté de dicter son propre rythme. Pour les coureurs qui ont besoin d’affiner leur cadence pour une vitesse donnée (par exemple, lors d’une course ou d’un contre-la-montre), de telles nuances seront importantes et les avantages peuvent être mesurés en termes de confort et d’efficacité.
Il arrive cependant un moment où les pas entre les vitesses peuvent être trop importants pour le cyclisme sur route. La figure 5B compare les déroulements pour une transmission 1×11 (plateau 50T/10-42T cassette) avec un pédalier standard apparié à une cassette 11-32T. À l’extrémité inférieure, les deux combinaisons offrent les mêmes rapports de vitesse avec des paliers relativement doux, mais à mesure que le roll-out augmente, les paliers deviennent progressivement plus grands pour la transmission 1x.
Bien que ces paliers plus grands promettent des augmentations de vitesse plus importantes à chaque changement de vitesse, les cyclistes peuvent trouver beaucoup plus difficile de maintenir une cadence régulière sans modifier brusquement leur vitesse (ou vice versa). Néanmoins, au moins une équipe professionnelle utilisera des transmissions 1x dans le peloton l’année prochaine, bien qu’avec un changement vers une cassette à 12 vitesses et peut-être l’introduction d’un pignon de 9T.
Il vaut la peine de prêter attention aux pignons aussi
La taille des pignons affecte également la progression des rapports de vitesse. Lorsqu’il y a de petites différences entre chaque pignon (c’est-à-dire 1-2T), les rapports de vitesse présenteront des étapes relativement petites par rapport à une cassette où il y a de plus grandes différences entre les pignons (c’est-à-dire 3-4T).
Par exemple, une cassette 11 vitesses 11-23T offre une progression très douce des déroulements en raison du fait qu’il y a une différence d’une dent entre tous les pignons sauf les deux plus grands (figure 6A). En revanche, la majorité des pignons (9/11) qui composent une cassette 11-32T sont séparés par deux dents ou plus, donc bien qu’elle fournisse trois rapports inférieurs, les marches sont généralement plus raides et la progression beaucoup plus cahoteuse.
Le même effet peut également être observé en comparant une cassette 11 vitesses 11-28T avec une cassette 14-28T (figure 6B). Dans les deux cas, une gamme plus réduite de tailles de pignons permet non seulement de lisser la progression des roulements, mais aussi d’augmenter le nombre de rapports de vitesse discrets. Cependant, cela limitera la gamme globale de rapports, de sorte que les coureurs doivent être prêts à sacrifier au moins deux vitesses à une extrémité du spectre afin de profiter de petits pas entre chaque rapport de vitesse.
À ce stade, il convient de noter que les transmissions 3x peuvent surmonter une grande partie de ce type de compromis, en étendant la gamme de rapports de vitesse bas tout en préservant un taux de progression modeste (bien que cela dépende finalement du choix des pignons arrière). Cependant, les transmissions 3x ont largement disparu du marché, et pour les produits qui persistent, ils ne sont pas toujours compatibles avec un cadre de route contemporain.
La taille des pneus a un effet sur l’engrenage d’un vélo
Au cours des dernières années, il y a eu un changement de pensée et les coureurs sur route ont commencé à célébrer le confort et l’adhérence supplémentaires fournis par des pneus plus larges. Lorsqu’un pneu devient plus large, il devient également plus haut, augmentant à la fois le diamètre et la circonférence de la roue. Cela va, à son tour, augmenter le roulement pour chaque combinaison de vitesse sur le vélo.
Cet effet peut largement être écarté lorsque la différence de taille des pneus est faible. Par exemple, la circonférence d’un pneu 28C n’est supérieure que de 1,4 % à celle d’un pneu 23C, ce qui n’a qu’un léger effet sur le roll-out (figure 7A). En revanche, le diamètre d’un pneu 40C est presque 4 % plus grand qu’un pneu 23C, et l’effet sur le roulement du vélo est équivalent à l’ajout de deux dents supplémentaires à chaque plateau (Figure 7B).
Donc, pour ceux qui envisagent un vélo gravel/all-road, il vaut la peine d’envisager un pédalier compact ou même sous-compact pour compenser le changement de braquet.
Comment choisir l’engrenage
La seule façon de décider comment tous ces effets sur l’engrenage d’un vélo se traduisent sur la route est de les mettre à l’épreuve. Cet exercice peut s’avérer coûteux, surtout si l’on envisage de changer les plateaux, et le meilleur moment pour explorer la question est donc lorsqu’une ou toutes les pièces de la transmission doivent être remplacées. En général, le changement des pignons aura un effet plus faible sur l’engrenage du vélo que le remplacement de la taille des plateaux.
Pour les cyclistes qui prévoient un voyage pour s’attaquer à un terrain plus difficile (par exemple, visiter les Alpes françaises), alors il est possible de faire quelques suppositions en se basant sur la gamme de rapports bas qui sont actuellement utilisés. Personne ne veut jamais être coincé en souhaitant un rapport inférieur, il est donc prudent d’ajouter au moins un rapport bas supplémentaire pour faire face au pire des scénarios.
Dans ce contexte, il y a généralement beaucoup moins besoin de rapports de vitesse élevés, en particulier lors de la dégringolade sur des routes non familières, de sorte qu’un couple de rapports élevés peut être sacrifié sans affecter l’utilité du vélo. En effet, on insiste généralement beaucoup trop sur la préservation des rapports de vitesse élevés sur les vélos de route, car la majorité des cyclistes n’ont tout simplement pas la puissance nécessaire pour pousser ces rapports à tout moment, sauf en descente, auquel moment la gravité peut faire une grande partie du travail.
Pour ceux qui sont en train de sélectionner les pièces pour une construction de vélo de route personnalisé, les rapports de vitesse sur un vélo existant serviront d’assez bon point de départ. Si les tailles des roues et des pneus sont identiques, des modifications mineures des tailles des pignons peuvent suffire, mais il vaut la peine de passer par une comparaison des rapports offerts par des combinaisons de plateaux spécifiques (comme détaillé ci-dessus) avant de prendre une décision finale sur les manivelles.
Quelques notes sur le matériel
Il fut un temps (il y a plus de 20 ans) où les pignons étaient vendus individuellement et où les cyclistes pouvaient choisir les tailles qu’ils voulaient pour la roue arrière. Aujourd’hui, les acheteurs sont contraints par ce que les fabricants de cassettes choisissent d’assembler, et il y a donc beaucoup moins de liberté lorsqu’il s’agit de choisir l’engrenage d’un vélo.
Par exemple, lorsqu’on regarde les cassettes 11 vitesses actuellement proposées par Shimano et SRAM, presque toutes privilégient un pignon de 11T, même lorsque des pignons aussi grands que 32T ou 36T sont inclus. Il n’y a que trois exceptions – 12-25T, 12-28T et 14-28T – qui sont toutes proposées par Shimano.
Le même type de contraintes s’applique également à la sélection des plateaux – alors qu’il était autrefois possible d’obtenir des plateaux de route par incréments d’un pied, cela se limite désormais à quelques choix. La gamme d’options pour une manivelle donnée est également limitée par le modèle de boulon (par exemple, quatre boulons ou cinq boulons) et le diamètre du cercle de boulon (par exemple, 110 mm ou 130 mm). Par conséquent, il y a beaucoup moins d’interchangeabilité entre les plateaux que ce à quoi on pourrait s’attendre.
Une variété d’incompatibilités affecte également les dérailleurs. Dans le cas du dérailleur avant, s’il est possible d’utiliser de nombreux modèles actuels avec une gamme de grands plateaux (46-54T), il existe une limite (due aux dimensions de la cage) sur la taille du deuxième plateau. Celle-ci ne dépasse généralement pas 16T, ce qui explique pourquoi un 34T ne peut jamais être apparié à un 53T.
Pour ce qui est du dérailleur arrière, la géométrie de ce composant dicte la taille des pignons qui peuvent être utilisés. Les dérailleurs à cage courte sont limités à 28T (ou 29T dans le cas de Campagnolo) ; les cages de longueur moyenne peuvent accueillir des pignons jusqu’à 32T ; tandis qu’un dérailleur à cage longue est nécessaire pour un pignon de 36T. Dans certains cas, il est possible d’utiliser un pignon légèrement plus grand pour un dérailleur donné, mais cela doit être évalué au cas par cas. de préférence par un mécanicien expérimenté.
Pensées finales et résumé
Les cyclistes sur route d’aujourd’hui sont équipés de plus de rapports de vitesse que jamais, et grâce à la taille croissante des pignons et au rétrécissement des plateaux, ces rapports ont également diminué. C’est ce dernier point qui a bien servi le sport, en abaissant la barrière d’entrée et en permettant aux cyclistes occasionnels de passer plus de temps sur le vélo.
Bien que l’industrie ait fourni une gamme raisonnablement généreuse de tailles de chaises et de pignons, il n’existe aucun moyen facile pour un cycliste de décider de l’utilité d’une combinaison donnée sans la mettre en pratique. En fin de compte, l’engrenage est un choix personnel et chaque cycliste devrait avoir la liberté de décider de la question pour lui-même plutôt que d’obéir à la sagesse conventionnelle.
À cet égard, l’apparition de nouvelles technologies entourant les groupes électroniques est très prometteuse. Il est désormais possible de visualiser et de collecter des données sur le temps passé à utiliser chaque rapport de vitesse sur le vélo et ce type d’information s’avérera précieux pour évaluer l’utilité de combinaisons spécifiques de plateaux et de pignons. En les combinant avec des mesures de la fréquence cardiaque et/ou de la puissance, il est possible d’identifier les rapports les plus efficaces pour un cycliste tout en mettant en évidence les mauvaises habitudes qu’il a pu développer (comme le cross-chaining pendant des périodes prolongées).
Au fil du temps, les transmissions routières pourraient progresser au point que le changement de vitesse intelligent devienne une réalité, intervenant pour préserver l’efficacité du moteur humain plutôt que de laisser le choix de l’engrenage entre les mains d’un cycliste inexpérimenté. Bien que cette notion puisse offenser les puristes, on peut espérer qu’elle libérera les motocyclistes du fardeau que représente l’utilisation des vitesses afin qu’ils puissent mieux profiter de leur activité. Et à ce stade, ils n’auront pas besoin de méditer sur les nuances des rapports de vitesse.
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