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pour la randonnée et le cyclotourisme |
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La plupart de la littérature consacrée à la transmission du vélo est, soit traitée de manière simpliste en procurant des conseils lapidaires dont on ne retient pas grand-chose, soit traitée de manière détaillée mais trop complexe, décourageant parfois les cyclistes qui souhaitent en apprendre davantage pour s'améliorer. Dans les deux cas c'est très dommage, car la transmission du vélo et la manière de pédaler ont un impact direct sur le confort, l'endurance, et les performances des cyclotouristes. Alors comment changer de vitesse, se familiariser avec les braquets et cadences, pédaler longtemps en se fatiguant moins, tenir dans les côtes, ou s'assurer d'avoir la bonne transmission sur son vélo de ville ou de tourisme ? Je promets à l'avance que vous ne trouverez pas ici de tableau avec des chiffres à virgules, des Kilowatt, ou des pourcentages de dénivellation, que je n'emploierai pas de termes savants, et que je n'abuserai pas des équations mathématiques. Au contraire, je vais essayer de traiter un sujet réputé technique et pointu de la manière la plus ludique et agréable possible.
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Un petit quizz pour commencer
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Deux amis en pleine forme physique se lancent le défi d'arriver au 10ème étage d'un immeuble en prenant les escaliers. L'un attaque les marches quatre par quatre, l'autre les prend une par une. Qui arrive le premier au 5ème étage ? Qui arrive tout en haut ?
Réponse :
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Pourquoi on change de vitesse | |||
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Depuis la nuit des temps l’homme essaye de démultiplier sa force physique. La technique la plus courante pour y arriver est le bras de levier, qu'on utilise des dizaines de fois tous les jours sans y penser. Poussez une porte chez vous : une petite impulsion du bout du doigt suffit à la faire bouger. Recommencez en appuyant le doigt à quelques cm de son axe, vous constaterez qu'il faut un effort beaucoup plus important pour la faire bouger. C'est l'effet du bras de levier. La transmission d'un vélo multi-vitesses est un bras de levier variable qui permet de moduler l'effort musculaire pour déplacer le vélo : soit on appuie beaucoup sur les pédales mais on pédale lentement, soit on appuie peu à condition de pédaler plus vite. | |||
Quelques définitions | |||
Braquet
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La chaîne transmet l'effort musculaire du(de la) cycliste à la roue motrice. A l'avant elle s'enroule sur un plateau solidaire du pédalier, et à l'arrière sur un pignon solidaire de la roue. En changeant de vitesse on modifie la taille des plateaux et/ou des pignons autour desquels s'enroule la chaîne et on change le bras de levier d'une transmission. On définit le braquet ainsi :
J'aime pas les maths. OK, je recommence. La chaîne n'étant pas extensible, elle passe sur autant de dents sur le plateau que sur le pignon, même s'ils n'ont pas la même taille. On peut facilement démontrer que le braquet correspond au nombre de tours que fait le pignon à chaque tour du pédalier. Donc le braquet est le rapport de démultiplication de la transmission. A quoi ça sert ? Comme on l'a dit plus haut il permet de moduler l'effort physique qu'il faut exercer pour faire avancer un vélo. |
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Développement | |||
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Le développement, exprimé en mètre par tour, est la distance que parcourt le vélo pour un tour complet du pédalier. On sait que pour chaque tour de pédalier le pignon, donc la roue arrière, tourne d'un nombre de tours proportionnel à leur nombre de dents respectifs. Il suffit donc de multiplier le périmètre extérieur de la roue par le braquet pour obtenir le développement. Le périmètre d'un cercle est obtenu en multipliant son diamètre par le fameux nombre pi (symbole π), égal à 3,141592.....
Notez qu'on utilise le diamètre extérieur de la roue, pas celui de la jante ! (1)
J'aime pas le nombre pi. OK, je vois. Très simplement, le développement traduit la rotation du pédalier en déplacement linéaire du vélo. A quoi ça sert ? Le développement permet de comparer des vélos qui n'ont pas la même taille de roues. Nous verrons plus loin que le développement minimal est un critère important dans le choix d'une transmission pour un vélo de ville ou de tourisme. |
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Cadence | |||
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En mesurant la vitesse du vélo on sait quelle distance il parcourt par minute. D'un autre côté le développement donne la distance qu'il parcourt à chaque tour de pédale. En divisant la distance par le développement on obtient le nombre de tours que le pédalier fait par minute. Il s'agit de la fréquence de pédalage, appelée aussi cadence.
J'aime toujours pas les maths. Je vous rassure, c'était la dernière formule. Contrairement à un avion qui vole ou une voiture qui roule, un vélo qui avance est un système hybride formé d'une machine et son moteur humain. Braquets et développements résultent des seules caractéristiques techniques du vélo. La fréquence de pédalage, elle, dépend seulement du(de la) cycliste, et reflète sa contribution énergétique au système. Donc la cadence mesure l'effort musculaire pour faire avancer un vélo. A quoi ça sert ? A prendre de bonnes habitudes comme nous le verrons plus loin ! |
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Comment on change de vitesse | |||
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Savoir que le braquet est le rapport de démultiplication de la transmission permet déjà de comprendre la logique du changement de vitesse sur un vélo. En passant sur un plus petit plateau on pédale moins dur (ou on pédale plus), alors qu'en passant sur un plus petit pignon c'est le contraire : on pédale plus dur (ou on pédale moins). Il faut éviter les combinaisons petit plateau/petits pignons et grand plateau/grands pignons car non seulement elles ne servent à rien puisqu'on annule d'un côté l'effet qu'on obtient de l'autre, mais surtout l'angle que forme la chaîne par rapport aux dentures des plateaux et des pignons devient trop important, augmentant l'usure de la transmission et pouvant même provoquer des pannes mécaniques. Pour éviter les croisements de chaîne et ne pas se mélanger les pinceaux il suffit de se rappeler que le déplacement latéral de la chaîne a le même effet devant et derrière. Plus elle est à l'intérieur du vélo, plus le braquet est petit, plus on pédale vite (ou on le fait avec moins d'effort). Plus la chaîne est à l'extérieur du vélo, plus le braquet est grand, moins on pédale vite (ou on le fait avec plus d'effort). | |||
L'escalier de Patrick | |||
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Définir braquets, développements, et autres cadences est une chose, comprendre en quoi cela pourrait vous aider concrètement, par exemple à rouler plus longtemps avec le minimum de fatigue, ou venir à bout d'une pénible côte avec un vélo chargé de sacoches en est une autre.
D'un point de vue biomécanique grimper un escalier est similaire à l'action de pédaler. Les mouvements répétitifs, les sensations qu'il laisse dans les jambes, son effet sur le souffle et le rythme cardiaque, tout est très proche. Essayons donc de grimper au 10ème étage d'un immeuble. Aucune expérience en la matière, aucune idée sur la manière de s'y prendre ? Pas un problème : comme sur une table de mixage, amusons-nous à bouger les curseurs et voir l'effet que chaque variable produit sur l'escalade, et traduisons le tout en langage vélo. Quel que soit l'escalier, la hauteur et la largeur de ses marches sont des constantes géométriques, l'équivalent du diamètre des roues. On peut choisir le nombre de marches qu'on veut gravir à chaque pas : ce nombre représente le braquet. Plus il est grand plus la hauteur gagnée à chaque pas est grande : cette dernière est donc bien le développement. Enfin, c'est nous qui décidons du rythme avec lequel on s'attaque à l'escalade : le nombre de pas par unité de temps est logiquement l'équivalent de la fréquence de pédalage. |
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Braquet : l'illusion de la force | |||
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Sur l'escalier. Vous grimpez marche par marche, mais pensez que vous pouvez faire mieux. Vous y allez alors deux par deux, vous montez plus vite. Encouragé(e) par vos performances vous passez à trois par trois : ça tiraille dans les cuisses et les mollets, mais un coup d'œil en arrière vous indique que vous êtes en tête, alors vous laissez tenter et décidez de grimper quatre par quatre. Bientôt vous devez appuyer une main sur une cuisse pour soulever l'autre jambe. A chaque enjambée vous ressentez une douleur aigue dans les articulations. Malgré votre volonté vous ralentissez au fur et à mesure que vous grimpez parce que l'escalade devient de plus en plus douloureuse. Au 5ème vos muscles gonflés et durcis ne répondent plus. Vous vous arrêtez ...
Sur le vélo. A cadence égale plus le braquet est grand plus on avance vite mais on doit aussi appuyer plus fort sur les pédales. Vos aptitudes physiques étant limitées, forcer longtemps sur les pédales finit par provoquer des douleurs musculaires, en particulier dans les hanches et les rotules des genoux. Utiliser des grands braquets est utile pour sprinter, accélérer, et permet de fournir un effort important pendant une courte durée quand par exemple il faut passer un obstacle ou dépasser un concurrent. Mais utiliser des braquets excessifs n'est pas la meilleure manière de rouler longtemps sans fatigue. |
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Développement minimum : le coup de pouce du vélo | |||
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Sur l'escalier. Vous avez tenté plusieurs styles et rythmes et avez constaté que grimper l'escalier deux par deux vous convenait parfaitement. Vous vous rappelez de ça lors de votre prochain essai sauf que ce nouvel escalier a de très petites marches. Et là problème : si vous vous en tenez au même braquet vous ne montez plus à la même vitesse, et accélérer la cadence pour compenser vous fatigue rapidement. Autre escalier, cette fois avec des marches très hautes. Là aussi il y a un problème : vos jambes ne sont pas assez longues pour continuer de grimper deux par deux sans avoir mal aux articulations et vous devez bientôt réduire le rythme auquel vous grimpez.
Sur le vélo. Le développement est le produit du braquet et du diamètre des roues. Si le braquet était fixe, la seule façon de modifier le développement serait de changer la taille des roues. Avec un développement trop petit on monte si lentement qu'il faut pédaler beaucoup plus vite au risque de se fatiguer inutilement. Avec un développement trop grand on doit appuyer très fort sur les pédales au risque de se faire mal et ne pas tenir jusqu'au bout. D'un côté ça ne sert à rien de pédaler beaucoup sans avancer, de l'autre même si on sait pédaler à une haute fréquence la transmission du vélo risque de ne pas permettre de le faire. Ainsi sur un singlespeed un braquet (unique) choisi pour pédaler à la bonne cadence sur le plat ne permettra de grimper une côte qu'en faisant appel à la puissance musculaire. La taille des roues ne change pas sur un vélo mais ce cas théorique permet de mettre en évidence l'importance du développement minimum pour un vélo de ville ou de cyclotourisme, comme nous le verrons plus bas. | |||
Cadence : la vision à long terme | |||
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Sur l'escalier. Vous grimpez à un rythme mesuré en vous disant qu'il faut tenir jusque là-haut. Au 2ème vous sentez que vous avez les capacités d'accélérer un peu la cadence, et ça marche puisque vous arrivez au 5ème sans encombre. Vous vous sentez au meilleur de votre forme, alors vous décidez d'accélérer encore le rythme. Mais au 7ème vous êtes à bout de souffle et votre cœur bat la chamade. Cependant vos muscles répondent encore, alors vous continuez à un rythme plus raisonnable. Au 9ème votre respiration s'est à peu près calmée, ce qui vous permet malgré l'épuisement d'atteindre le 10ème. Là vous vous rappelez qu'on ne vous avait pas demandé d'arriver avant tout le monde, mais juste d'arriver là-haut, et que vous auriez pu vous contenter de monter très très lentement. En fait vous auriez été plus fatigué(e) qu'en y mettant un peu de volonté. Ca peut paraître curieux mais c'est logique : le simple fait de rester debout finit par épuiser nos ressources énergétiques. Autant donc être en mouvement.
Sur le vélo. Si vous pédalez trop vite vous vous épuisez rapidement. Notez que vous ne pouvez pas non plus pédaler trop lentement avec un petit braquet, car même si ça ne vous coûte rien en effort musculaire le vélo est si lent que vous perdez beaucoup d'énergie à le garder en équilibre pour l'empêcher de tomber. Pédaler à la bonne cadence produit le meilleur rendement. Certes, vos mouvements de jambes sont plus nombreux, mais vous n'appuyez pas trop fort sur les pédales. Vos muscles sont sollicités longtemps, mais gentiment. Vous n'allez pas très vite, mais au final vous roulez plus longtemps et vous allez plus loin. |
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Braquets, dévéloppements, cadences : l'optimisation des ressources | |||
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Amusons-nous à jongler avec les trois variables histoire d'assimiler définitivement les notions de braquet, développement, et cadence. Avec le même braquet et en pédalant à la même cadence, un vélo qui a de plus petites roues va moins vite qu'un autre avec de plus grandes roues (1 et 2). Pour compenser ceci on a deux possibilités : soit augmenter le braquet (3) soit augmenter la cadence (4), ou bien entendu une combinaison des deux. 3 et 4 montrent bien le rapport de démultiplication de la transmission, et ce choix permanent entre appuyer beaucoup et pédaler peu ou appuyer peu et mouliner plus. On sait qu'on ne peut pas faire l'un ou l'autre excessivement sans se fatiguer prématurément. D'autres enseignements peuvent être tirés de l'escalier. Par exemple, 1 et 3 montrent bien que, contrairement à une idée reçue, on ne mouline pas plus avec les vélos à petites roues comme les vélos pliants du moment que leurs braquets sont bien choisis. | |||
La réponse au quizz
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A ce stade là je pense qu'on l'aura deviné : celui qui grimpe quatre à quatre s'arrête épuisé au 5ème et .... voit passer celui qui monte plus lentement à un rythme plus saccadé. | |||
L'importance de la cadence | |||
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J'ai utilisé l'escalier parce que c'est plus facile d'illustrer braquets, développements, et cadence, mais les conclusions ci-dessus s'appliquent tout le temps, et pas seulement dans une montée. Quand on pédale trop vite on se fatigue pour rien, quand on pédale trop lentement on se fatigue plus vite. La fréquence de pédalage idéale est celle qui permet de rouler longtemps et d'aller le plus loin avec le minimum de fatigue. En fait, consciemment ou pas, c'est pour se situer autour de cette cadence optimale qu'on change de vitesse, quelles que soient la force du vent, la dénivellation, ou sa propre forme physique du moment.
A quelle fréquence faut-il pédaler ? Certes, la cadence optimale varie d'un individu à l'autre, et elle peut même changer chez le même individu en fonction de sa forme physique du moment où encore son âge. D'une manière générale on peut dire :
C'est évident que lors de fortes sollicitations comme une côte sévère et/ou interminable et un vélo chargé la fréquence de pédalage va chuter mais plus on sera habitué(e) à pédaler vite et mieux on tiendra le coup. |
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Apprendre à mouliner | |||
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L'erreur de beaucoup de cyclistes est de ne pas pédaler aussi vite qu'ils le pourraient. Les cadences lentes doivent être limitées aux sorties de courte durée, comme les petits trajets en ville sur un vélo relativement léger. Penser qu'on se fait des muscles parce qu'on appuie dur sur les pédales est aussi une illusion. La seule manière d'améliorer ses capacités physiques ou son endurance, en particulier pour le cyclotourisme, c'est de rouler à une cadence plus élevée. Les cyclistes inexpérimentés peuvent améliorer leur fréquence de pédalage habituelle en se forçant à mouliner plus vite que d'habitude. Durant cette phase d'apprentissage trois obstacles peuvent se présenter :
• avoir l'impression désagréable qu'on n'avance pas et qu'on mouline pour rien.
Les deux premiers sont des blocages d'ordre psychologique et physiologique. Il s'agit juste de changer ses mauvaises habitudes. Le troisième est d'ordre neurologique. A une haute fréquence de pédalage on a tendance à rebondir sur la selle et on n'arrive plus à contrôler le mouvement de ses jambes, le rythme est cassé avec des à-coups brutaux qui peuvent faire glisser les pieds sur les pédales. Ceci est dû à une augmentation des ordres envoyés par le cerveau, et cette surcharge inhabituelle cause le brouillage momentané des circuits neuromusculaires. Toutes ces sensations désagréables disparaissent peu à peu avec l'entraînement et l'habitude. Avec le temps il devient plus facile de pédaler efficacement et longtemps à une cadence plus élevée, et on se fait de bons muscles souples et flexibles qui permettent d'augmenter à nouveau ses braquets et sa vitesse. Attention seulement : durant cette phase il serait judicieux d'installer des cale-pieds ou de monter des pédales automatiques qui éviteront de glisser sur les pédales et se blesser. |
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L'importance du plus petit développement pour le cyclotourisme (et la ville) | |||
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Résumons rapidement ce qu'on a dit jusqu'à maintenant. Un vélo qui avance est un système hybride, il y a vous et il y a la machine. Votre compétence est de savoir pédaler à une bonne cadence. La contribution du vélo c'est d'avoir une transmission qui vous permette d'aller où vous voulez, en particulier qui vous permette d'affronter les côtes que vous risquez tôt ou tard de rencontrer dans votre pratique du cyclotourisme. Pour cela :
J'entends déjà les exclamations de quelques sportifs aux gros mollets : "1,5m ?!? Pour faire quoi, grimper aux murs ?!?!". Non pas du tout, mais les sportifs aux gros mollets qui vont se donner à fond pendant quelques heures sur un vélo dépouillé ultra léger et dans un esprit de compétition n'ont pas les mêmes besoins que les cyclistes qui se déplacent parfois toute la journée sur un vélo chargé et trouvent l'endurance nécessaire en roulant à des allures modérées et en restant en deça de leurs limites physiques. Ce développement minimum, ainsi que les chiffres qui vont suivre, découlent de mes observations et je les assume entièrement. Avez-vous déjà mesuré la vitesse d'un vélo que vous poussez à pied ? Dans une forte montée avec un lourd vélo chargé elle est souvent proche de 4-5km/h. D’autre part, même si on sait pédaler à haute fréquence il faut s'attendre à une chute de la cadence lors de fortes sollicitations comme une côte sévère et/ou interminable et un vélo chargé. En supposant qu’on grimpe à une vitesse de 4,5km/h en pédalant à une cadence de 50tr/min, on obtient un développement d'1,50m. Ce plus petit développement est le point d'équilibre entre effort, efficacité, rendement, et endurance. Au dessus de cette valeur certains cyclistes n’auront pas assez de force pour appuyer sur les pédales pendant un long moment. En dessous de cette valeur se pose la question de l’utilité de mouliner à tout prix pour avancer à la même vitesse qu'une marche à pied. Et rappelons-nous qu'un vélo qui va très lentement, que ce soit sur une pente ou sur le plat, est difficile à maîtriser et on perd son énergie à donner des coups de guidon à droite à gauche pour l'empêcher de tomber. Cet exercice d'équilibre est encore plus pénible sur une pente ascendante, surtout si on n'a pas distribué le poids des bagages entre l'avant et l'arrière, et que la direction devient encore plus légère. Pour nuancer un peu plus le développement le plus petit :
• proche de 2m si vous faites des randonnées sur un vélo léger avec peu de bagages, si vous êtes certain(e) de ne pas grimper des cols, ou si avez une très bonne forme physique et des muscles puissants dans les jambes.
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Le cas particulier des moyeux à vitesses intégrées | |||
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Avec des vitesses dans le moyeu on a un seul pignon à l'arrière donc un seul braquet apparent. Les braquets réels sont obtenus en multipliant le braquet apparent par un coefficient donné par le fabricant du moyeu pour chaque rapport, qui correspond à la démultiplication interne de la transmission :
Avec ce type de moyeu il n'est pas possible de changer la progression entre les rapports mais on peut décaler tous les développements vers le bas ou le haut en changeant le braquet apparent. Etant donné que la plage totale d'utilisation est fixe, choisir le plus petit développement détermine automatiquement le plus grand et vice-versa |
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Aller plus loin | |||
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Cet article se veut accessible à toutes et tous et j'ai essayé de faire simple, mais les braquets, développements, et cadences peuvent devenir aussi techniques qu'on le souhaite. Sélectionner le nombre de dents des plateaux et des pignons pour obtenir son braquet de base (celui qu'on utilise le plus souvent pour rouler à sa cadence préférée), optimiser la ligne de chaîne en fonction du braquet de base, choisir les dentures pour améliorer le nombre de braquets utiles, sélectionner un couple pédalier/cassette pour maîtriser la plage totale d'utilisation et la progression entre les rapports, les sujets ne manquent pas (ces deux derniers sont traités en partie dans mon article sur le Rohloff).
1 : Le développement exact d'un pneu se mesure sur la route mais j'utilise cette approximation suffisante : diamètre extérieur de la roue = diamètre E.T.R.T.O. de la jante + 2 x section du pneu moins quelques mm pour prendre en compte son léger écrasement sous le poids du vélo (0-2mm pour une section inférieure à 25mm, 2-6mm au dessus). Par exemple, avec un pneu 42-622 on fait 622 + 2 x (42-3) = 700mm. En multipliant par π on obtient la circonférence ou le périmètre extérieur du pneu, une constante invariable, dans ce cas 2199mm. Pour obtenir le développement on multiplie le périmètre par le braquet, par exemple 32/14, qui donne dans ce cas 2199 x 32/14 = 5026mm. Ca signifie que pour chaque tour du pédalier le vélo avance de 5,03m. (revenir au développement) 2 : La cadence exacte se mesure instantanément avec des compteurs électroniques qui intègrent cette fonction, mais leur montage est compliqué et parfois peu fiable, une source de complications inutiles sur un vélo de cyclotourisme. Une suggestion pour avoir une idée de sa fréquence de pédalage est d'utiliser les fonctions de base d'un simple compteur électronique. Pour chaque combinaison plateau/pignon notez le nombre N = 16,67 / développement, faites-en un petit tableau que vous imprimez et collez à côté du compteur. Vous pouvez calculer la cadence en multipliant la vitesse instantanée que vous lisez en km/h par ce nombre N. Par exemple, avec des pneus 42-622 et un braquet de 32/14 le développement est de 5,03m et N = 16.67/5,03 = 3,31. Si votre compteur lit une vitesse de 24km/h vous pédalez à une cadence de 24 x 3,31 = 79 tr/min. Plus intuitif encore, vous pouvez faire un petit tableau d'équivalence entre vitesse du compteur et cadence pour plusieurs vitesses différentes ce qui vous donne une idée immédiate de la fréquence de pédalage à laquelle vous roulez. (revenir à la cadence) |
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