Bicyclette - Définition

Typologie

La diversité a toujours été présente dans l'histoire des cycles. Elle réapparaît plus clairement encore depuis la renaissance des vélos couchés. Quelques bicyclettes sont emblématiques de leur histoire, telles :

• la draisienne ;
• la michaudine ;
• le grand-bi ;
• le célérifère.

De nombreuses innovations ont transformé la bicyclette. On voit ainsi l'apparition de machines :

• possédant plus de deux roues : tricycles, triporteurs, rosalie, etc. ;
• ne possédant qu'une seule roue : monocycle ;
• conçues pour plusieurs personnes : tandem ;
• possédant différentes positions de pédales et de la sellerie pour améliorer l'aérodynamique, gagner en vitesse et en confort : vélo couché, vélocar ou vélomobile ;
• ou ne possédant pas de selle : trottinette ;
• équipées d'une batterie : vélo à assistance électrique ou bicyclette assistée ;
• faciles à transporter : le vélo pliable ;
• motorisées : motocyclette, cyclomoteur, scooter.

De ces différentes innovations découlent un certain nombre de pratiques cyclistes :

• pour transporter des passagers : rickshaw ou trishaw ;
• équipé pour le tout-terrain : VTT, cyclocross, descente, free-ride ;
• équipé pour le transport à visée de découverte, sur longue distance : cyclotourisme ;
• équipé pour des épreuves sportive amateur : cyclosport ;
• équipé pour une pratique sur route : cyclisme sur route.

Il existe enfin des bicyclettes de forme insolite, comme par exemple des vélos imitant le style des motos Harley Davidson.

Vélo tout terrain extrême

Vélo de course classique

Vélos de ville en libre-service

Vélo couché de randonnée

Technique

Composants

Les bicyclettes courantes sont constituées d'un ensemble de pièces facilement identifiables.

Cadre

Le cadre en est la partie principale, il consiste généralement en un triangle sur lequel le poids du cycliste est réparti à partir du point d'appui de la selle, associé à un second triangle plus petit sur lequel est monté la roue arrière : ce second triangle se compose de haubans (arrête extérieure du triangle arrière) et de bases (base du triangle arrière). La roue avant est fixée au cadre par une fourche, la partie haute de celle-ci est montée sur des roulements à billes au travers d'un tube presque vertical à l'avant du cadre. Ces roulements à billes constituent le jeu de direction. Le sommet de la fourche constitue une potence à laquelle est fixé le guidon. La fourche peut être suspendue. De nombreux modèles de vélos modernes sont par ailleurs conçus sans haubans fixes, remplacés par un système suspendu. Ce système peut prendre des formes diverses et variées, de l'utilisation d'articulations basées sur des roulements, jusqu'à l'emploi de matériaux flexibles (titane notamment) qui autorisent une déformation progressive. De tels vélos « tout-suspendus » sont conçus pour la pratique en terrain inégal comme le VTT pour apporter un confort supplémentaire.

Pédales, vitesses et transmission

L'énergie est fournie par le cycliste par l'intermédiaire de ses pieds, avec lesquels il appuie sur les pédales, reliées à un ou plusieurs engrenages au niveau du pédalier : le ou les plateaux. L'engrenage arrière, le pignon (mais il y a souvent plusieurs pignons de tailles différentes fixés ensemble, on parle alors de cassette) est monté sur la roue arrière par un mécanisme à cliquet anti-retour : la roue-libre. La transmission du mouvement entre un plateau et un pignon est assurée par la chaîne. En fonction du type de pratique pour laquelle le vélo est conçu, la cassette peut être « plate » comme sur un vélo de route, ce qui veut dire qu'entre deux pignons successifs, il n'y a qu'une dent de plus sur le plus grand ; sur d'autres types de vélos comme les VTT, le nombre de dents peut augmenter bien plus vite entre les pignons successifs. L'ensemble des éléments compris entre les pédales et la roue arrière est désigné par le terme de transmission.

La possibilité de changer de vitesses constitue l'une des avancées majeures de la technique cycliste. Le travail des jambes est plus efficace à certaines vitesses de rotation (ou cadences) du pédalier. Disposer d'une possibilité de sélection plus étendue des rapports de vitesses entre plateaux et pignons permet au cycliste de conserver sa cadence de pédalage la plus proche d'une valeur désirée. C'est pourquoi les vélos de route sont équipés de pignons « plats », de manière à permettre au cycliste de bien contrôler sa cadence en fonction du petit nombre de configurations de terrain qu'il pourra usuellement rencontrer. C'est un dispositif simple qui pousse la chaîne latéralement de manière à l'obliger à changer de pignon (ou de plateau pour le dérailleur avant). Les côtés des pignons eux-mêmes ont une forme spécifique avec des indentations aux dimensions des maillons de la chaîne, pour « attraper » la chaîne lorsqu'elle est poussée contre le pignon, l'engageant ainsi sur les dents de ce pignon. Le système est considérablement plus simple que les systèmes plus anciens comme la bicyclette à trois vitesses, mais tarda à conquérir le marché, en raison de la différence fondamentale avec tous les systèmes de changement de vitesses utilisés auparavant.

Frein

L'un des plus importants organes d'un vélo est le système de freinage. Il est composé de deux poignées de frein indépendantes, commandant chacune une mâchoire venant appliquer des tampons en caoutchouc sur la jante par l'intermédiaire de câbles de frein. Les câbles sont la plupart du temps protégés dans des gaines. Certains systèmes de freinage, pour plus de performance, sont basés sur le principe du frein à disque, ou du frein à tambour, intégré dans le moyeu.

Depuis les années 1950, la plupart des systèmes de freinage sont dérivés de la conception des mâchoires à tirage latéral inventée par Campagnolo. Les deux bras de la mâchoire se resserrent lorsque le câble, fixé à l'extrémité d'un des bras et passant par l'extrémité de l'autre, est tendu. La pression des tampons appliqués par la jante s'équilibre grâce à un ressort qui répartit l'effort entre les deux bras de mâchoires.

L'usage de plus en plus fréquent de pneumatiques plus gros sur les VTT a fini par poser un problème : la jante et son pneumatique devenaient trop larges pour passer entre les mâchoires de freins. Dans un premier temps, le système cantilever a apporté une réponse à ce problème. Les bras de la mâchoire devenaient indépendants, tout en étant reliés par un câble court de répartition de l'effort de freinage. Le câble de commande vient alors se fixer au milieu du câble de répartition. Cependant ce système présente quelques faiblesses : si la fixation du câble de commande n'est pas centrée, l'effort est mal réparti entre les bras, et si le connecteur se décroche, le câble de répartition peut bloquer la roue brutalement en se coinçant dans les dessins du pneumatique, ce qui peut entraîner un accident si cela se produit sur la roue avant.

Une solution plus adaptée au problème de la largeur des pneumatiques est le v-brake. Le câble est fixé de manière à être dirigé vers le haut de manière à ne pas pouvoir retomber sur le pneumatique, et transmet en outre de bien meilleure façon la puissance de freinage impulsée par la poignée de frein, tout en étant un peu plus facile à centrer lors du montage.

Pneus et jantes

Les roues sont munies de pneumatiques, ou pneus, afin d'accroître le confort du cycliste, et de diminuer les contraintes subies par la mécanique.

Les pneumatiques peuvent être fixés de deux manières sur les jantes : soit collés (on parle alors de boyaux), soit montés sur une encoche qui fait le tour de chaque côté de la jante (pneumatiques classiques). La largeur et les sculptures des pneumatiques sont adaptées en fonction de l'usage du vélo : fins et lisses pour la course, plus épais et avec de nombreux crampons pour le VTT, etc.

En Amérique du Nord et dans les autres régions où le sol gèle pendant l'hiver, il est possible d'installer des pneus dotés de pointes métalliques. Ceux-ci assurent une plus grande adhérence sur des surfaces glacées et les adeptes de ce moyen de déplacement peuvent ainsi circuler pendant tout l'hiver.

Signalisation

L’équipement de signalisation est principalement composé d'un éclairage actif et de réflecteurs.

L'éclairage est constitué par une lampe blanche vers l'avant, une rouge vers l'arrière, le plus souvent alimentées par un alternateur, souvent improprement appelé dynamo.

Des réflecteurs destinés à compléter la visibilité du cycliste peuvent être installés. Pour la visibilité latérale, il peut s'agir de réflecteurs orangés que l'on fixe entre les rayons des roues, ou de bandes réfléchissantes blanches peintes sur les pneumatiques ou insérée entre les rayons tout contre la jante. Pour la visibilité de face et depuis l'arrière, les feux de position sont normalement doublés de réflecteurs de la même couleur et les pédales sont équipées de réflecteurs orangés.

Enfin, les vélos disposent en général d'une sonnette actionnée au guidon, et qui les distingue clairement des avertisseurs de véhicules automobiles.

Matériaux

Les matériaux utilisés pour la fabrication des bicyclettes sont proches de ceux utilisés en aéronautique, l'objectif dans les deux cas étant d'obtenir une structure légère et résistante. Presque tous les vélos d'avant les années 1970 étaient faits d'un alliage d'acier et de chrome : le chromaloy (ou chromoloy). Au début des années 1980 l'aluminium connut un certain succès, notamment en raison de la baisse de son coût.

À ce jour, ce métal est probablement le plus utilisé pour des vélos de milieu de gamme. Dans le haut de gamme on utilise la fibre de carbone et le titane, mais ces matériaux sont onéreux. Chaque type de matériau utilisé pour le cadre a ses avantages et ses inconvénients, bien que pour une géométrie de cadre donnée, l'ensemble des bicyclettes possèdent des qualités similaires dans leur comportement général.

Les différences les plus flagrantes entre matériaux apparaissent lorsqu'on compare leur tenue dans le temps, leur esthétique, leur capacité à être réparés et leur poids. Comme la rigidité du cadre dans le plan vertical, même pour un matériau très élastique, est d'un ordre de grandeur supérieur à celui de la rigidité des pneumatiques et de la selle, le confort du vélo se résume plutôt à un problème de choix de la selle, de la géométrie du cadre, des pneumatiques et de réglage général du vélo.

Entretien

L'entretien courant d'un vélo consiste principalement à s'assurer de la pression et de l'état des pneumatiques, réparer les petites crevaisons, changer les patins et les câbles de freins, graisser les câbles de freins et les organes de transmission, nettoyer la boue et la poussière qui se déposent sur le cadre. Dans le cas où l'éclairage utilise des piles ou des batteries, il convient également de les remplacer ou de les recharger régulièrement.

À intervalles plus larges, il peut être nécessaire de dévoiler les roues voire de les remplacer, il faut aussi vérifier et remplacer les organes de la transmission (plateau de pédalier, chaîne, pignons de la roue libre) lorsque leur usure devient trop importante, ainsi que réduire le jeu du tube de direction.

Bien que réparer un vélo soit simple dans son principe, nombre de pièces sont relativement complexes et certains préfèrent déléguer la maintenance de leur engin à des professionnels. Toutefois, beaucoup de personnes préfèrent entretenir leur vélo autant que possible, que ce soit pour économiser de l'argent, ou tout simplement pour le plaisir de bricoler, par passion pour le vélo.

Principes physiques

Une bicyclette ne disposant que de deux points d'appui au sol, elle se trouve nécessairement en équilibre instable (on parle d'équilibre métastable, car le passage de la position d'équilibre temporaire à une position d'équilibre perceptible est relativement lent). L'équilibre est maintenu dynamiquement par les actions du cycliste, qui s'emploie à toujours redresser sa machine en la faisant tourner légèrement dans la direction où elle commence à tomber.

Les principales forces en action sont :

• la gravité, qui tend à attirer le vélo vers le sol ;
• la force centrifuge, qui lorsque le vélo vire, tend à le redresser vers l'extérieur du virage.

Le cycliste jongle donc en permanence entre ces deux forces pour compenser les effets de l'une avec l'autre et réciproquement. Il est aidé en cela par la chasse du vélo : il s'agit de la distance entre l'intersection de l'axe de la fourche avec le sol et du point de contact de la roue avant au sol. En effet, l'axe de la fourche est incliné de manière à ce que son intersection avec le sol se trouve en avant du point de contact de la roue avec le sol. Ainsi, si le vélo est penché d'un côté, la roue avant va être forcée à se placer de manière à faire tourner le vélo du même côté, engageant ainsi un virage tendant à équilibrer cette inclinaison.

Enfin, on peut noter que lorsque le vélo roule, l'effet gyroscopique lié à la rotation des roues vient contrarier toute variation de la position de leurs axes, mais au regard de la relative légèreté des roues et des vitesses pratiquées, cet effet reste négligeable et est normalement imperceptible par le cycliste.