Centre de gravité

Le centre de gravité est souvent utilisé dans le vocabulaire vélo sans que l'on sache précisément de quoi il s'agit. Pour commencer, une définition du centre de gravité s'impose: le centre de gravité est le point de rencontre des forces qui permet à l'ensemble formé par le pilote et son vélo de tenir en équilibre. Sa position a une incidence sur la capacité du vélo à prendre les virages, mais aussi à accélérer et à freiner. C'est donc un critère de performance important.

 

La position du centre de gravité du vélo seul a une influence faible sur le comportement en dynamique de l'ensemble car le poids du véhicule compte peu par rapport à la masse totale qui inclut le pilote et sa machine. Par exemple, un vélo de 12kg utilisé par un pilote de 73kg compte pour 14% environ de la masse totale. La position et la distribution des masses des composants (roues, fourche, transmission, poste de pilotage) étant plutôt figés sur un vélo, c'est l'architecture du cadre, sa cinématique – et donc la position de l'amortisseur – et surtout la position géométrique des points d'appuis du pilote sur le vélo qui vont conditionner la position du centre de gravité de l'ensemble.

 

Le centre de gravité est facilement localisable longitudinalement en mesurant en statique et à l'horizontale, d'une part la masse totale du pilote et de sa machine, et d'autre part la répartition des masses sur les roues avant et arrière (fig.1). C'est une opération facilement réalisable à l'aide d'un pèse personne par exemple. Le plus souvent la distribution des masses est exprimé en pourcentage. Sur un vélo de XC elle évolue autour de 50% arrière et 50% avant alors que sur un vélo de descente, elle est plutôt de l'ordre de 65% arrière et 35% avant. La position du centre de gravité en longitudinal détermine donc la charge exercée sur chaque pneu. Le but est d'obtenir une position la plus équilibrer possible en situation pour éviter soit le sur-virage (roue arrière qui glisse), soit le sous-virage (roue avant qui glisse) même si en VTT, un vélo sur-vireur est plus sécurisant contrairement à l'auto notamment.

Plus la charge sur le pneu est élevé, plus l'adhérence est forte et inversement. Les grands (gros?) gabarits génèrent donc plus de grip que les gabarits légers. De plus quand le centre de gravité est placé en avant (vélo de XC) grâce à un angle de selle relevé (supérieur à 74°) ou à une longueur de tube supérieur importante ou encore à une potence longue, on peut remarquer qu'il est difficile de cabrer le vélo. En d'autres termes, le transfert de puissance au sol à la roue arrière est facilité. A l'inverse, quand le centre de gravité est placé en arrière (vélo de descente), c'est l'efficacité du freinage notamment à l'avant qui est privilégié, réduisant les risques de blocage de la roue et les OTB*!

 

La position vertical du centre de gravité a elle aussi une incidence significative sur le comportement dynamique du vélo notamment dans les phases d'accélération et de freinage en ligne droite. En tout terrain, l'adhérence est souvent précaire en comparaison du contact d'un pneu de vélo de route avec l’asphalte. En VTT, le centre de gravité plutôt haut de l'ensemble pilote et machine favorise l'adhérence que ce soit dans les montées lorsqu'on cherche de la motricité à la roue arrière ou au freinage en descente lorsqu'on souhaite du grip sous la roue avant. Dans le même temps, les forts transferts de masses peuvent provoquer de forts décollement des roues, notamment celui de la roue arrière sur les gros freinage et donc une perte de contrôle.

A l'inverse, un centre de gravité bas augmente la stabilité d'ensemble même si la mise en angle du vélo est plus difficile. La roue avant à tendance à glisser lors des gros freinages et la roue arrière a tendance à patiner lors des accélérations dans les montées abruptes par exemple.

 

Le comportement dynamique d'un vélo dépend aussi de l'inertie du vélo et de son pilote. Autrement dit de la répartition des masses par rapport au centre de gravité qui conditionne les capacités de l'ensemble a tourner autour d'un axe. L'effet dynamique d'une masse est par exemple facilement observable lorsqu'on fait simplement tourner sur son axe, une roue de XC et une roue de descente entre ses mains: la roue de descente est beaucoup plus difficile à lancer car le pneus et la jante sont plus lourds. On distingue 3 mouvements de rotation générant 3 moments d'inertie (fig.2):

  • autour l'axe de roulis (2), influence sur la capacité du vélo à virer. Plus le moment d'inertie en roulis est important, plus le changement d'angle est difficile. C'est le cas dans une succession de petits virages rapprochés par exemple. Ceux qui ont la chance d'avoir essayer une Rock Shox Totem et une Rock Shox Boxxer dans les mêmes conditions, ont peut-être pu remarquer que la Totem, plus large et lourde qu'une Boxxer, rend le vélo moins facile dans les pif-pafs.

  • autour de l'axe de tangage (3), influence lors du freinage et des accélérations. Plus le moment d'inertie en tangage est important plus les risques de délestage de la roue arrière sont importants au freinage et inversement pendant les phases d’accélération avec la roue avant. Le maitrise du vélo est alors plus difficile. Quelques centaines de grammes gagné sur les roues réduit donc le moment d'inertie en tangage et du fait le comportement du vélo.

  • autour de l'axe de lacet (1), influence sur la manœuvrabilité du vélo. Un vélo court d'empattement est maniable et facile à inscrire en courbe mais difficile à maitriser à haute vitesse. C'est l'inverse pour un vélo d'empattement long.

 

A chaque moment sur ton vélo, tu expérimentes le changement de position du centre de gravité et tu ressens les effets des moments d'inertie que ce soit lors des freinages lorsque ta fourche plonge ou lorsque tu abordes à bonne vitesse une courbe glissante. Plus ou moins intuitivement, ton corps compense partiellement les transferts de masses et donc les mouvements de l'ensemble. Pour l'aider à trouver le juste équilibre, tu peux changer ta longueur de potence ou ta largeur/hauteur de guidon mais le premier paramètre à prendre en compte est bel est bien la géométrie du cadre et notamment la position du boitier de pédalier et l'empattement total.