Géométrie des cadres de vélo de route

Géométrie des cadres de vélo de route

J’ai déjà eu l’occasion d’écrire sur les questions à se poser avant d’acquérir un  nouveau vélo. Dans tous les cas, le vélo doit être adapté à sa pratique et à son physique. On trouvera ci-dessous les liens correspondants.

http://www.velofcourse.fr/velo-materiel/les-10-questions-a-se-poser-avant-dacheter-un-velo/

http://www.velofcourse.fr/velo-materiel/conseils-velo-course/

http://www.velofcourse.fr/velo-materiel/achat-1er-velo-conseils-choisir-moins1000euros/

Je voudrais aller aujourd’hui un peu plus loin. En effet, si nous savons tous ce qu’est un vélo de course sur route, l’approfondissement du sujet montre qu’il y a vélo et vélo, et que de toute façon tous ne nous conviennent pas dans l’absolu. Pour prolonger ce propos liminaire, il n’y a qu’à se reporter aux indications mentionnées dans les magazines spécialisés concernant tel ou tel vélo présenté. En effet, à l’issue d’un essai, le journaliste précise toujours que la machine testée convient plutôt mieux à une catégorie de cycliste parmi les 3 principales: compétition, cyclosport, cyclotourisme. A cet égard, voir l’article consacré à l’ADN des vélos.

A quoi cela tient ?  Et bien, avant de penser matériau du cadre ou roues, la réponse tient à la géométrie du cadre.

1 – Petit rappel

Un cadre de vélo a une architecture constituée de 3 triangles :

– le triangle principal comprend le tube horizontal, le tube de selle et le tube diagonal, ces 2 derniers s’appuyant sur le tube du boitier de pédalier;

– le triangle avant est formé par le tube diagonal, déjà cité, la douille de direction, elle-même prolongée par la fourche;

– le triangle arrière ajoute au tube de selle (plus le tube du boitier de pédalier) les haubans et les bases.

Les appuis au sol permettent la répartition du poids de l’ensemble homme/machine: ce sont les roues dont les axes sont positionnées d’une part en bas de la fourche, d’autre part au bout des bases, déterminant ainsi l’empattement du vélo.

Rappelons aussi que les 3 appuis du cycliste (selle, pédales, cintre) sont respectivement préfigurés par le tube de selle, l’axe du pédalier, la douille de direction. Bien sûr, ce sont des indications « brutes » qui sont modifiées par d’autres éléments (hauteur du tube de selle et chariot de selle pour l’assise du cycliste, à titre d’exemple.

Enfin, les cadres sont droits (tube supérieur horizontal) ou sloping. Dans ce cas, le tube supérieur est incliné (plus ou moins selon les constructeurs). De ce fait, les triangles principal et arrière sont réduits, ce qui accroît la rigidité du cadre. Concernant les points d’appui, ils restent aux mêmes endroits dans l’espace.

 

2 – Les variables jouant sur la géométrie du cadre

Ces variables sont conceptuellement essentielles car ce sont les choix retenus qui feront que le cadre sera in fine plus adapté à tel ou tel type de pratiquant. Et la taille du cycliste entrera ensuite en ligne de compte car les cadreurs sont obligés d’apporter des corrections aux données considérées comme optimales afin de répondre efficacement aux attentes de tous les pratiquants. D’où des résultats personnalisés pour chaque taille de cadre.

Les plus importantes sont: l’angle du tube de direction, le déport de la fourche, et donc la chasse qui en découle; la hauteur de douille; l’angle du tube de selle; l’empattement; la longueur du tube horizontal et des bases.

Le tracé des cotes sur le vélo présenté ci-dessous indique les éléments les plus importants définissant la géométrie du cadre.

 

Modèle présenté: TREK Emonda SL (Source: TREK)

21 – Le tube de direction

On est ici au coeur de la conception du vélo.

Le tube (ou douille) de direction présente un angle d’une part, une hauteur d’autre part.

211 – L’angle du tube de direction

Ce tube n’est jamais vertical; le bas du tube est projeté vers l’avant. Ainsi, son axe prolongé jusqu’au sol forme avec celui-ci un angle qui typera dès le départ le vélo. Sur la photo ci-dessus c’est l’angle E. Il est généralement considéré qu’un angle variant de 70 à 72 ° convient plus particulièrement à la pratique du cyclotourisme et du triathlon. Ces valeurs permettent d’assurer une trajectoire rectiligne, gage de stabilité. C’est très appréciable pour les triathlètes qui ont besoin de rouler vite sur des parcours comportant souvent de longues lignes droites. A contrario, les vélos concernés manquent de répondant dans les relances, ce qui n’est pas gênant pour les 2 catégories de pratiquants visés.

Un  vélo de course présentera un angle variant plutôt entre 72 et 74 °, gage de nervosité. Le vélo est très maniable, prêt à changer de trajectoire à tout moment. C’est parfait pour des parcours sinueux, et lorsqu’il faut fréquemment relancer.

La conséquence de ce qui vient d’être dit est qu’un vélo de cyclosport se situera à peu près entre ces deux plages de valeurs.

212 – La hauteur de la douille

Une douille haute, associée à un tube horizontal (relativement) court, est adaptée à la pratique du cyclotourisme. A l’inverse, une hauteur de douille nettement plus basse est très orientée course. Dans ce cas, le tube horizontal est allongé, permettant une position plus allongée sur le vélo, et ainsi un meilleur coefficient de pénétration dans l’air.

Parallèlement à cette donnée, on observe que les coureurs disposent de vélos dont la potence est fixée directement sur le dessus de la douille de direction. Cela procède du même objectif que ci-dessus. En revanche, on voit des vélos qui empilent les bagues au-dessus de la douille pour relever la potence. Cela signifie, soit que la géométrie du cadre n’est pas totalement adaptée à la taille du cycliste, soit que celui-ci, souffrant certainement des vertèbres (lombaires et cervicales), ressent cette nécessité pour son confort. Ok, mais attention à ne pas trop remonter la potence et le cintre, ce qui est de nature à fragiliser le poste de pilotage du vélo. Au plan mécanique, 3 cm de bagues au total est le maximum qui ne devrait pas être dépassé. Au-delà, la rigidité est moindre et l’équilibre du vélo est modifié car cela se traduit par un report non négligeable de poids vers l’arrière (cf ci-dessous).

On peut pallier les deux problèmes évoqués, recherche de confort et rigidité, en optant pour une potence reversible: monter dans un sens, elle permet de relever le cintre; c’est l’inverse dans l’autre sens.

22 – La chasse

Sur le dessin ci-dessus, c’est la donnée R. La chasse correspond à la distance mesurée au sol entre l’axe du tube de direction et la verticale passant par l’axe de la roue avant. Le résultat dépend évidemment de l’angle du tube de direction.

Une chasse de 60 mm garantit une meilleure stabilité du vélo, c’est une caractéristique d’un vélo de cyclotourisme. Un vélo avec une chasse de 4.5 à moins de 6 cm est à l’inverse orienté course. Ce vélo est plus réactif.

23 – L’empattement

C’est la distance entre l’axe des 2 roues. On joue sur cette distance par la chasse (angle du tube de direction et angle de la fourche par rapport à ce tube), et la longueur des bases (de l’axe de pédalier à l’axe de la roue arrière).

Un vélo de course présente un empattement diminué par rapport à un vélo de cyclotourisme. A cet égard, la longueur des bases qui est généralement de 405 mm pour un vélo de course et de contre la montre, passe à 410 mm pour un vélo orienté cyclotourisme. Pour mémoire cette longueur est réduite à 380 mm pour un vélo de pistard.

24 – Le tube de selle

La longueur de ce tube dépend bien sûr de la taille du cadre. Mais c’est son angle qui a toute son importance (cf angle F sur le croquis). On parle ici de l’angle que fait le tube avec le sol horizontal. Cet angle varie généralement entre 70 et 75 °. De sa mesure dépend le centre de gravité du cycliste. Si l’angle est trop grand, il sera déplacé vers l’avant, ce qui réduira le poids supporté par la roue arrière. C’est un facteur d’instabilité du vélo.

Par ailleurs, on fera attention à la sortie de la tige de selle. En effet, plus le sloping est prononcé, plus la tige sortira. Or, pour une question de rigidité, de stabilité (transfert du poids vers l’arrière) et donc de sécurité, il convient que la tige de selle n’excède pas les 30 cm.

25 – La répartition du poids sur les deux roues

Ce n’est pas la première question que l’on se pose lorsqu’on est en quête d’un nouveau vélo. Et pourtant, la géométrie du cadre et les autres éléments qui affectent la position sur la machine (potence, tube de selle, …) ont un impact direct sur la répartition des masses, elle-même déterminante sur les sensations de roulage.

Les spécialistes considèrent que le bon équilibre est de 49 % du poids du cycliste sur la roue avant, et donc 51 % sur la roue arrière.

Plus de poids sur l’avant, c’est un vélo instable, peu agréable à piloter. La transmission de l’effort n’est pas optimale car la roue arrière est insuffisamment plaquée au sol. Les éléments susceptibles d’expliquer une telle situation sont: une potence trop longue, un cadre trop court, une position trop avancée.

Un % de poids excessif sur l’arrière, c’est une perte d’adhérence de la roue avant, un vélo moins réactif, peu maniable. Le cycliste a l’impression d’être collé à la chaussée. L’efficacité du pédalage est moindre, surtout en montée. Un cadre trop long, une potence trop courte, une position reculée sur la selle (attention au recul du chariot de selle) expliquent ces constats.

26 – Le reach et le stack

Deux nouvelles données entrent depuis quelques années en ligne de compte, mais elles étaient déjà utilisées en triathlon au préalable. Un vélo a une architecture qui s’articule autour du placement de ses éléments dans l’espace. Le reach et le stack renseigne le cycliste sur sa position sur le vélo. Le croquis ci-dessus montre ces deux mesures.

261 – Le reach

C’est la distance du cadre, mesurée horizontalement de l’axe supérieur de la douille de direction à la verticale passant par le centre de la boite de pédalier. Le reach permet notamment de définir la longueur de la potence.

262 – Le stack

Le stack correspond à l’élévation du cadre. Cette mesure est la distance verticale entre la hauteur maximale de la douille de direction et le niveau horizontal de l’axe de pédalier. Cette mesure est utile pour déterminer la hauteur du cintre et donc le nombre de bagues à placer sous la potence.

Ces deux valeurs n’étaient pas mentionnées par les constructeurs il y a encore peu. C’est maintenant de plus en plus courant, car l’objectif est d’abord de faciliter la comparaison entre les productions des différents manufacturiers. Plus la valeur du stack est élevée, plus la position sur la machine est relevée et confortable. Plus le reach est important, plus la position est aérodynamique. On parle maintenant de ratio stack/reach. Généralement il varie de 1.45 à 1.55 pour les vélos les plus confortables, jusqu’aux plus spécifiques telles les machines de contre la montre (par exemple 0.782 pour le LOOK 796).

De fait, le reach et le stack sont des données utiles qui, cependant, ne doivent pas nous faire oublier de regarder l’ensemble de la géométrie du cadre que l’on projette d’acheter.

A titre d’exemple, la géométrie du vélo de route LOOK 765 en taille M (hauteur de la douille de direction 182.2 mm) a un reach de 375 mm et un stack de 578 mm (source: Catalogue LOOK 2016). Dans cet exemple, le ratio est de 1.54.

27 – Un exemple de cotes de cadre de vélo de route

Le croquis ci-dessous associé à un tableau de cotes (par taille) permet d’appréhender la géométrie d’un cadre de vélo de course sur route.

3 – Les autres déterminants de la position sur le vélo

Tout ce qui vient d’être abordé sur la géométrie du cadre est à coupler avec la taille à choisir, ainsi que les autres éléments intervenants dans la position du cycliste sur sa machine.

31 – La taille du cadre

On observe, depuis déjà longtemps, que la taille des cadres commercialisés, pour un gabarit de cycliste donné, diminue. Il n’y a qu’à comparer les photos de coureurs cyclistes des années 1970/80 et d’aujourd’hui pour s’en rendre compte. On a vécu la même évolution avec les skis alpins.

Ce n’est pas un effet de mode; cette réduction apporte le surplus de rigidité dont ont besoin les compétiteurs.

Un cadre plus petit (enfin, il ne faut pas exagérer, on parle surtout ici de la taille inférieure lorsque le cycliste se situe a priori entre deux tailles), associé à une potence directement « posée » sur le jeu de direction, sans entretoise, c’est plus de rigidité, de nervosité, et une position plus aérodynamique.

A contrario, sur les Classiques du printemps par exemple, un coureur va choisir un cadre de cyclosport, un peu plus confortable. Ce cadre présentera une meilleure stabilité (sur les pavés, il en faut !) et plus de motricité. Cependant, une telle machine présente une certaine perte de nervosité et de maniabilité.

32 – Les autres éléments

D’autres éléments jouent sur la position:

– la potence: angle avec le pivot de la fourche, longueur,

– la forme du cintre: anatomique, compact, forme ronde, forme « shallow », forme « wing »,

– les manivelles: de l’axe du pédalier à celui de la pédale, les manivelles sont classiquement de 175 mm. Cependant, selon les fabricants les tailles proposées peuvent varier de 165 à 180 mm,

– le type de pédale: selon la marque et le produit, la distance « idéale » entre axe de pédale et dessus de la selle devra être corrigée de quelques millimètres en + ou en -.

– les leviers de dérailleurs: leur forme – différente selon que l’on est équipé en Shimano, Campagnolo ou Sram – fait que l’appui des mains et doigts varie quelque peu,

– la tige de selle: hauteur,

– la selle: marge de réglage offerte par le chariot.

Je n’irai pas plus loin sur ces différents éléments car, là, on sort de la thématique « géométrie des cadres ».

4 – Choix de la taille du cadre

Les données présentées dans cet article donnent des indications précises relatives à l’impact des variables sur le comportement final de l’ensemble cadre/fourche/potence/tige de selle. Le stack et le reach (élévation et distance entre pédalier et tube de direction) apportent également une aide intéressante concernant la position générale dans l’espace. Mais toutes ces données ne sont pas complètement suffisantes pour choisir la bonne taille de cadre.

La vieille formule de détermination de la hauteur du cadre par application d’un coefficient (0.66 pour le cyclotourisme; 0.65 pour la course) à la longueur de l’entrejambe est jugée aujourd’hui trop empirique. Surtout, elle valait pour les cadres droit. Or, aujourd’hui, l’offre du marché est très orientée vers les cadres sloping. Je pense qu’elle reste toutefois indicative. Mais cela nécessite de projeter dans l’espace l’intersection entre le tube horizontal et le tube de selle pour reconstituer le cadre droit théorique.

En tout état de cause, la bonne taille est celle qui permet les meilleurs réglages des fameux points d’appui (selle, pédales, cintre). Dès lors, le cycliste correctement posé pourra bénéficier totalement des caractéristiques du cadre choisi in fine.

Les tailles des cadres sont de plus en plus données par les lettres XS, S, M, L, …, chacune se rapportant à la mesure très précise des différents paramètres définissant la géométrie du cadre correspondant. Avec tout ce qui précède, il est relativement aisé de repérer 1 ou 2 tailles de cadre pour un vélo donné. Pour un achat projeté chez un vélociste, c’est le moment de se positionner sur la machine convoitée et d’en ressentir les conséquences par rapport à sa morphologie. La même chose sur la taille la plus voisine, surtout si vous êtes  entre deux tailles, permettra de valider ou corriger le choix initial. Le vélociste est bien entendu là pour vous guider dans votre choix par rapport.

Enfin, pour choisir la bonne taille et trouver les appuis vous correspondants, existe la possibilité de l’étude posturale. Plusieurs sociétés se sont spécialisées en la matière; certains vélocistes disposent du matériel nécessaire à cette étude.

Avant d’acheter un nouveau vélo, relevez toutes les cotes de votre machine actuelle – surtout si votre position vous convient – et étudiez les problématiques abordées dans cet article. Selon la pratique à laquelle vous vous destinez, nul doute que vous trouverez la cadre qui vous convient parfaitement.

Louis

(publié le 25 novembre 2015)

Sources:

Géométrie vélo : l’ADN des cadres

http://www.docvelo.com/geometrie_velo.htm

http://www.mec.ca/AST/ContentPrimary/Learn/Cycling/Bikes/FrameGeometry.jsp?bmLocale=fr_CA

Les mesures de stack (élévation) et de reach (distance)

Magazine LE CYCLE n° 465 – Novembre 2015

8 réactions au sujet de « Géométrie des cadres de vélo de route »

    1. Bonjour,
      Merci pour cette appréciation. Passionné, oui; passionnant, ça dépend. En tout cas, ce sont des aspects techniques auxquels on ne pense pas toujours.
      J’ai une petite suite en gestation.
      Cordialement,
      Louis

    1. Bonjour,
      C’est bien sûr vrai. La longueur des bases des vélos « course » est généralement de 405 mm; pour les autres c’est 410 mm, voire un peu plus. Du choix de cette longueur dépendra effectivement le degré de confort et de réactivité.
      Peut-être n’ai-je pas assez insisté sur ce point.
      En tout cas, merci.
      Cordialement,
      Louis

  1. comment faire avec les cadres qui sont très redréssés pour avoir la bonne position,au fianl on adopte une position tri,mais si on n’a des grands femurs on peut pas voir le recul de selle necessaire,obligé de passer sur du sur mesure

  2. Merci pour vos articles
    Je roule sur des vélos en cadres aciers ancien mais de qualité

    Votre article m a permis de choisir les cadres en fonction de l usage : randonnée, sortie rapide, hors route….

    Et d être plus efficace
    Merci encore

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