Conseils et recommandations pour gagner en performance à moindre coût : les pneumatiques.

Bonjour à toutes et à tous.

Cet article a pour objectif d'informer les utilisateurs de BMX ainsi que les entraîneurs. La réflexion s'applique également au vélo de route, mais dans cette discipline, les utilisateurs sont généralement bien mieux informés et appliquent ces conseils depuis plusieurs années déjà.

Le sujet porte sur le choix des pneumatiques. Le choix d'un bon pneu, d'une section adaptée et d'une pression appropriée change radicalement le comportement du vélo. Un bon choix peut assurément faire la différence sur la piste.

Ce sujet pourrait faire l'objet de 200 pages. Je sais de quoi je parle, puisque la validation de mon cursus s’est porté précisément sur l'étude des pneumatiques dans le cycle. J'ai travaillé en collaboration avec Michelin et Hutchinson pour réaliser cette étude.

Néanmoins, je vais volontairement simplifier le sujet. Afin de vulgariser et de rendre ce document digeste, je vais prendre quelques raccourcis et utiliser certaines exagérations. L'objectif est d'aller à l'essentiel, en occultant volontairement certains détails qui, bien qu'intéressants, alourdiraient inutilement le propos sans changer le fond de la démonstration.

Le constat.

Je développe et fabrique des roues pour le cycle. Il est donc évident que je prends en considération l'élément indissociable d'une roue : le pneumatique. Lorsque je vends une roue, j'en viens automatiquement à aborder ce sujet. Cela me permet de m'assurer que le futur utilisateur tirera un maximum de bénéfices de ses roues.

Lorsque le sujet vient sur la table, je constate régulièrement des montages inadaptés qui pénalisent les pilotes et brident leurs possibilités.

L'observation est toujours la même : des pneus incohérents avec des montages haut de gamme, des sections trop petites et des pressions de gonflage inadaptées.

Les raisons de ces mauvais choix varient. Cela peut aller d'une simple méconnaissance de la part d'un amateur à un conseil très discutable donné par un magasin ou un entraîneur.

Mon objectif est d'expliquer où se situent les erreurs de compréhension et de raisonnement. Je ne vais pas traiter le sujet des gommes ni celui de la structure de la bande de roulement. Je vais m'attarder sur des éléments communs aux différentes marques du marché, à partir desquels nous pouvons tirer des conclusions générales. Je ne citerai volontairement aucune marques de pneumatiques ou de chambre à air.

 

 

Le choix des pneumatiques : une histoire de tringles.

Les pneumatiques comportent plusieurs parties distinctes. L'une d'elles est constituée par les tringles.

Les tringles se situent au niveau des talons du pneumatique. Il s'agit de la zone qui vient prendre place dans les crochets de la jante. Elles déterminent la qualité de la liaison avec la jante, la facilité de mise en place du pneumatique, son poids, et de manière plus globale, la qualité du pneumatique dans son ensemble.

Il existe deux types de tringles sur un pneumatique : les tringles souples et les tringles rigides.

Les tringles rigides sont généralement métalliques, tandis que les tringles souples sont généralement constituées de para-aramide (ex : Kevlar®). Un pneumatique à tringles souples peut se plier, contrairement à un pneu à tringles rigides, qui ne le peut pas sans risquer de détériorer ses tringles.

Les tringles souples sont de meilleure qualité, mais plus onéreuses. Le processus de fabrication du pneumatique est plus complexe. Obtenir un pneumatique parfaitement rond est notamment plus difficile avec des tringles souples. Mais le jeu en vaut la chandelle.

Le principal avantage des tringles souples est le gain de poids. L'intégralité de la réduction de masse ne provient pas uniquement des tringles elles-mêmes, mais également de la carcasse du pneumatique dans son ensemble. Ce type de pneumatique est généralement de meilleure qualité. La carcasse est souvent plus fine, plus souple et plus légère, avec un maillage plus fin.

C'est ce que représente la valeur exprimée en TPI : le nombre de fils par pouce. Plus cette valeur est élevée, mieux c'est. Un maillage fin est plus souple et se déforme mieux pour épouser les aspérités du sol. Cela offre un gain de rendement grâce à une diminution des micro-glissements et à une meilleure absorption des vibrations. Accessoirement, un maillage plus fin est également plus résistant aux perforations.

La diminution de la masse est doublement importante. On réduit l'inertie de la roue : à la fois l’inertie de rotation, mais aussi l'inertie de translation du vélo dans son ensemble.

Une inertie de roue plus faible signifie qu'il faudra moins d'énergie pour mettre la roue en rotation. Concrètement, le pilote accélérera plus vite à puissance égale. Une diminution de l'inertie, c'est aussi moins d'effet gyroscopique et par conséquent un gain de maniabilité.

C'est par ce phénomène qu'une roue avec moins d'inertie tourne moins longtemps à vide. En effet, puisqu'elle emmagasine moins d'énergie pour atteindre une vitesse de rotation donnée, elle en a tout autant moins à restituer. C'est la raison pour laquelle les roues équipées de jantes en carbone tournent souvent moins longtemps à vide que celles équipées de jantes en aluminium.

En suivant ce raisonnement, vous comprendrez l'impact des chambres à air sur le comportement du vélo. C'est ici que réside le principal intérêt des chambres à air en TPU : elles sont très légères et apportent un avantage réel en matière de performance.

Cela souligne le manque de cohérence qu'il y a à utiliser des pneumatiques à tringles rigides avec des roues haut de gamme en carbone. Vous dépensez des centaines d'euros pour réduire l'inertie de vos roues grâce à l'utilisation de composites en carbone, mais vous altérez cet avantage pour économiser quelques dizaines d'euros sur les pneumatiques. D'autant plus que, comme évoqué précédemment, la qualité globale des pneumatiques est sensiblement différente.

Quelque soit la gamme de vos roues, des pneumatiques avec tringles souples amélioreront le comportement du vélo.

La section d'un pneumatique : quel impact ?

C'est ici que les choses sérieuses commencent. Car ce sujet souffre d'énormes lacunes dans la compréhension qu'en ont les utilisateurs.

Il existe une idée reçue selon laquelle un pneu avec une section plus fine offre plus de rendement et qu'un pneumatique plus gros fait « plus tirer ». Il faut avouer que ce raisonnement semble logique. Mais la réalité comporte des nuances qui le rendent erroné.

Souvent, on imagine que, comme sur une automobile, si l'on augmente la largeur du pneumatique, on augmente la surface de contact avec le sol : l'aire de contact. On se dit : plus de contact = plus d'adhérence = plus de friction = perte de rendement.

Fondamentalement, ce raisonnement n'est pas juste, ou, à tout le moins, il mérite d'être nuancé.

Mais au fait, c’est quoi le rendement ?

Le rendement, c'est la capacité d'un système à retransmettre une force sous forme de mouvement, avec le moins de pertes d’énergie possible.

 

 

 

Sauf cas particulier, plus l’aire de contact avec le sol augmente, plus il y a d'adhérence. En parallèle, un manque d'adhérence entraîne une perte de rendement. Une augmentation de l’aire de contact peut donc augmenter la friction de manière localisée, sans pour autant générer une perte de rendement dans son ensemble. Car selon le contexte, le gain obtenu par un phénomène peut supplanter la perte d’un autre.

Or, dans le vélo, l'une des principales causes de perte de rendement est précisément le glissement. Lors d'une accélération, un changement de direction, le pneumatique glisse de manière imperceptible sur le sol. Même si la roue ne patine pas, il y a toujours des micro-glissements. Cette propension au glissement dépend principalement du type de sol. Ainsi, un gain d'adhérence ne fait donc pas forcement perdre du rendement.

L'autre élément qui rend la comparaison avec un pneumatique de voiture peu pertinente est la forme de la bande de roulement.

Vu en coupe transversale, un pneumatique de voiture a une forme globalement rectangulaire. Ce n'est pas le cas de celui d'un vélo. Un pneumatique de vélo a une forme circulaire, d'où l'appellation quelque peu disparue de « pneu ballon ou demi-ballon » pour désigner les pneumatiques de vélo.

Géométriquement, la fonction de contact avec le sol d'un cercle est un point, quel que soit son diamètre. Celle d’un pneu de voiture est une ligne. C'est notamment pour cette raison que l'on parle communément de « largeur » pour un pneu de voiture et de « section » pour un pneu de vélo.

Vous allez me dire : « OK, mais le pneumatique se déforme, s'écrase et ce n'est donc plus un point. »

Oui, effectivement, j'y viens.

Il est logique d'admettre qu'un pneumatique de plus grosse section contient davantage d'air qu’un pneu plus petit. Je ne vais pas vous détailler la physique des gaz, mais retenez qu'un pneumatique contenant plus d'air possède une meilleure capacité de portance. Que vous rajoutiez de la pression, c’est à dire ajouter plus d’air dans le pneu, ou que vous ayez un pneu plus gros avec moins de pression mais autant d’air, le résultat sera sensiblement le même : la capacité de portance augmente.

Par conséquent, un pneu de section supérieure, soumis à la même charge, s'écrasera moins. Son aire de contact avec le sol n'augmente pas, mais change de forme.

Sur un pneu fin, l'aire de contact prend la forme d'un ovoïde étiré dans le sens longitudinal (dans le sens de la longueur du vélo), alors que sur un pneu de plus grosse section, l'ovoïde se contracte davantage dans le sens transversal (perpendiculairement au vélo).

Ainsi, à pression et charge équivalentes, l'aire de contact n'augmente pas, au contraire, elle tend à diminuer.

Par ce phénomène, un pneumatique plus gros ne diminue pas le rendement et ne fait pas « plus tirer ».

La pression de gonflage : la clé de tout .

Il y a un élément dont on oublie souvent de parler : les vibrations induites par le roulage. Pour gagner en réactivité et en précision, on recherche des composants de plus en plus rigides. Cependant, de manière générale, un élément plus raide, c'est-à-dire qui se déforme moins sous contrainte, tend à moins filtrer les vibrations.

Ces vibrations ont un impact important sur les capacités musculaires des pilotes. Tout ce que le matériel n'absorbe pas, ce sont les fibres musculaires et les articulations qui doivent le faire.

Une étude américaine réalisée par le groupe SRAM (sur le vélo de route) démontre que les vibrations de basse intensité et de haute fréquence détériorent sensiblement le rendement musculaire d'un cycliste. L'étude évoque une perte pouvant atteindre 40 watts.

 
 

Études de références :

- Source 1 : Laboratoire SRAM Rockshox

- Source 2 : Theses.fr

- Source 3 : Sports Biomechanics

- Source 4 : Hal Open Science

 

 

Elle met en avant qu'il vaut mieux disposer d'un matériel capable d'absorber les vibrations, quitte à perdre quelques watts de rendement sur ce même matériel, afin de réduire la perte de rendement musculaire, qui est plus importante. Comme je l’ai souligner plus haut, il vaut mieux perdre 10 pour gagner 20.

Dans le BMX Race, il n'y a pas de suspension pour réguler ces vibrations. Pour y remédier, plusieurs éléments peuvent être travaillés, notamment le rayonnage des roues (d'où les recherches menées chez Pulse/Bemor sur l'optimisation des alliages de rayons, du nombre de rayons et des types de rayonnage), mais aussi, et principalement, avec le système de pneumatique/chambre à air.

C'est ici que nous retrouvons le lien avec ce que nous avons vu précédemment au sujet des carcasses des pneumatiques et de la finesse du maillage. Un pneumatique qui se déforme davantage absorbe davantage les vibrations. Sauf, évidemment, si les pneumatiques sont bridés par une pression trop élevée.

Alors qu'il y a quelques années, les utilisateurs de vélos de route gonflaient leurs pneus à 7 bars, nous voyons aujourd'hui ces pressions descendre sous les 5 bars, et parfois même sous les 4 bars. Pourtant, les pneumatiques sont bien plus fins qu'en BMX même s’ils tendent à des sections de plus en plus grosses.

Alors comment justifier que des pilotes de BMX mettent 6 bars ou plus dans leurs pneumatiques ?

Nous avons vu qu'un pneumatique de grosse section possède une meilleure capacité de portance. Par conséquent, il est possible de réduire la pression de gonflage sans pour autant perdre sur la balance du rendement, tout en limitant de manière raisonnable les risques de pincement.

Une pression moindre permet un meilleur travail de la carcasse. Le pneumatique glisse moins, filtre davantage les vibrations et est capable de s'écraser davantage sous de fortes contraintes.

Concrètement, cela signifie que dans les virages serrés, il va augmenter plus facilement son aire de contact, accroître davantage son adhérence et, in fine, améliorer la stabilité tout en réduisant les glissements.

Pour rappel : moins de glissement = plus de rendement.

C'est tout aussi important lors des départs. Le pilote se jette sur l'avant du vélo, ce qui a tendance à décharger l'arrière. Si le pneumatique est trop gonflé, il adhérera moins, ce qui augmente les risques de patinage et de glissement.

Puis, dans les situations délicates, par exemple une sortie de trajectoire, un pneu avec moins de pression offrira davantage de tolérance pour retrouver sa trajectoire et revenir dans la course.

Un choc ? Il protégera mieux le matériel et ralentira moins le pilote à l'issue de l'impact.

 

 

Une illusion trompeuse !

Certains pilotes me disent qu'ils ont l'impression d'aller plus vite avec des pneus sur-gonflés.

Prenons un exemple parlant. Imaginez rouler à 130 km/h en voiture. Pensez-vous ressentir les mêmes sensations si vous êtes dans une Citroën Saxo ou dans une Audi RS5 ?

Non. Vous aurez une sensation de vitesse supérieure avec la Citroën, car elle vibrera davantage, fera plus de bruit et sera moins stable.

Pourtant, vous n'allez pas plus vite. Ce n'est qu'une illusion. Vous retrouverez ce même phénomène de perception sur un vélo.

 

 

Sachez cependant qu’il existe un cas particulier, où l’utilisation de pneumatiques fins et avec une pression élevée peuvent être avantageux : c’est le vélo de piste. Dans cette discipline, le sol est parfaitement lisse, il n’y a presque pas de contrainte latérales ou verticales à gérer, les accélérations sont progressives et la direction presque rectiligne (c’est le plan des virages qui fait tourner).

Conclusion.

J’espère que vous disposez à présent de plusieurs éléments de réflexion pour comprendre l'impact du type de pneumatique, de sa section et de sa pression de gonflage sur les performantes et le comportement du vélo.

Néanmoins, il sera malgré tout difficile de vous donner une pression et une section idéales. Cela dépendra du poids du pilote, de son style de pilotage, de sa technique, etc. La section et la pression sont intimement liées, changer l’un nécessite un ajustement de l’autre.

Pour autant, voici quelques recommandations :

• Pour les plus jeunes, oubliez les sections de 20 x 1 1/8. Passez directement au 20 x 1 3/8, quelque soit le poids du pilote.

• Un pneu 20x1 3/8 à la même section qu’un pneu en 20x1,40.

• Au delà de 5,5 bars de pression à l'arrière et 4,5 bars à l'avant, les performances se dégradent fortement. Si vous y être contraint, c’est que la section est trop petite.

• Si l'avant flotte en virage, que le pneu cisaille, c'est que la pression est trop basse.

• Si le pilote pince régulièrement, augmentez la section et/ou la pression.

• Si le pilote patine au départ, augmentez la section et/ou diminuez la pression.

• La pression maximale indiquée sur un pneumatique n'est pas la pression idéale.

• Les sections réelles peuvent varier selon les marques malgré une taille donnée identique.

• Réduisez un peu la pression (0,3-0,7 bar) par temps de pluie.

• Adaptez la pression et la section à la piste : piste avec fortes vibrations = pression moindre et/ou section supérieure.

• Si la piste est « molle », montez la plus grosse section possible.

• Favorisez les pneumatiques à tringles souples. Si vous y êtes contraint, privilégiez la section aux types de tringles.

• 1 Bar = 14,5 Psi

• Norme ETRTO 40-406 = diamètre de 406mm  et largeur de 40mm gonflé.

Crédit : JF BIKES SAS Pulse & Bemor Factory