Effet de chaîne

Antidote Solutions poursuit l’exploration des arcanes de la technologie du VTT, dans ce nouvel épisode de son feuilleton didactique, consacré à l’effet de chaîne. Il y a du pompage dans l’air !

 

Ce qu’on appelle communément effet de chaîne est l’un des multiples paramètres qui rendent passionnante la vie de concepteur de VTT. Faire cohabiter une suspension efficace avec une transmission multivitesses par chaîne et dérailleurs relève en effet du casse tête chinois, les deux systèmes ayant une fâcheuse propension à l’incompatibilité d’humeur mutuelle. Pour conserver un rendement efficace, sans altérer le fonctionnement de la suspension (ou l’inverse), on est donc obligé de trouver des parades aux multiples effets parasites du pédalage sur la suspension (et inversement !).

Afin de ne pas se mélanger les pinceaux, il convient de bien identifier les dits effets, et les différencier les uns des autres. Nous allons donc les traiter séparément en commençant par le fameux effet de chaine. Nous traiterons le kick back ( qui relève de l’effet de bras) dans un prochain épisode.

L’effet de chaîne est l’un des résultats de l’action de pédaler sur le fonctionnement de la suspension arrière. Le pompage, quoi, entends-je  depuis le fond de la salle. Oui, si vous voulez, quoique : le pédalage ne provoque ni forcément ni seulement du pompage. Il peut même produire… l’inverse.

L‘effet de chaîne peut donc se définir comme la résultante de l’activation de la transmission sur le fonctionnement de la suspension. Evidemment il y a pédalage et pédalage. Nous ferons donc abstraction de la puissance exercée ou de l’amortisseur utilisé. Des éléments qui joueront un rôle dans les sentiers, mais qui sont bien trop variables pour être pris en compte dans l’analyse du phénomène. Ici il ne sera question de de l’aspect purement mécanique de la transmission sur la suspension.

Que se passe-t-il donc lorsque tu pédales ? Question triviale, voire idiote, je sais. Quand bien même, y répondre nous permettra d’avancer un peu : en pédalant, tu entraînes la roue arrière via la chaîne. Plus précisément via le brin dur de la chaine, soit la section en tension, située entre les points d’accroche sur le pignon arrière et sur le plateau avant. On comprend aisément que  ce brin dur tire la roue en avant, et donc a tendance à la faire pivoter autour du bien nommé point de pivot du système de suspension. D’où généralement prise de débattement, donc compression de l’amortisseur, qui tend à se détendre aussitôt -puisque c’est son métier, et qu’il croit avoir affaire à un caillou sur le chemin- à nouveau compression et ainsi de suite. Ça pompe, quoi.

Si l’activation de la transmission via tes petits mollets entraîne une prise de débattement de la roue arrière (ou peut être même l’inverse, nous le verrons plus tard), tu comprendras aisément que l’origine de ce phénomène parasite se situe précisément dans le rapport entre la force exercée par le pédalage et le point de pivot de la suspension. C’est le principe du bras de levier. On exerce une force sur un système articulé. Plus la force est éloignée du point de rotation plus le bras de levier est important (tu a serré ta potence comme un malade, résultat il te faut utiliser une longue clé allen pour la desserer). C’est aussi ce que l’on appelle le couple, quand on est savant. Et si tu l’es un peu, tu sais que le couple est une force multipliée par une distance.

En l’occurrence, la force en question est celle exercée par la chaîne, sur son point d’accroche sur le plateau. Et elle est multipliée par sa distance avec le point de pivot de la suspension arrière. On peut visualiser aisément le couple exercé par le pédalage sur la suspension arrière en fonction des types de suspension utilisés (voir schémas). On constate également qu’en fonction de la disposition du point de pivot par rapport au point d’accroche de la chaîne, le phénomène se traduit soit par un enfoncement (prise de débattement), soit par une extension (verrouillage) de la suspension.

Il semble donc facile pour un concepteur de vélo avisé de modérer l’effet de chaîne en jouant sur la position du point de pivot par rapport au point d’accroche de la chaîne. En théorie oui, mais le point de pivot idéal pour le fonctionnement de la suspension n’est pas forcément situé là où l’effet de chaine serait neutralisé. Il faudra donc trouver un compromis. Les choses se compliquent encore lorsque l’on s’aperçoit que le point d’accroche de la chaîne varie en fonction du plateau utilisé. Et que son orientation varie aussi en fonction du pignon arrière !

Enfin, dans le cas d’une suspension à pivot principal unique (appelée communément mono pivot), le point de pivot est fixe, l’effet de chaîne varie donc essentielelemnt en focntion du plateau utilisé. Mais avec un système dit VPP à point de pivot virtuel, ledit point de pivot affiche une incorrigible tendance à la bougeotte, et se déplace allègrement avec la prise de débattement… ce qui complique encore notre histoire.

Reste que l’on touche avec ce sujet à un point crucial de l’évolution technique du vélo. La transmission classique par chaîne et dérailleurs a beaucoup été décriée pour son côté anti-mécanique. Pourtant on n’a jamais trouvé de système plus efficace et surtout plus léger. Or sur un vélo, le poids, ça compte énormément. On a donc fait évoluer les transmissions de vélo au point d’en faire de petits joyaux mécaniques. Mais avec l’augmentation des débattements, les choses sont devenues plus complexes, et il serait peut-être temps d’envisager d’autres systèmes. Idéalement il faudrait pouvoir isoler la transmission de la suspension, ce qui passerait par une transmission à tension constante, type boite de vitesse intégrée soit au moyeu soit au pédalier. Pour le moment, tout ce qui existe dans ce domaine reste lourd, et ajoute de la masse non suspendue dans le cas des moyeux. Il n’en reste pas moins que le futur du VTT passe nécessairement par le développement de systèmes qui affranchissent la suspension des inconvénients induits par la transmission traditionnelle.

 

Ce schéma permet de visualiser comment on calcule le couple obtenu par l'effet de chaîne, et comment il se traduit à la roue arrière. L'exemple ici proposé est un cadre mono pivot, dont l'articulation du bras se situe en avant du boîtier de pédalier. Pour mesurer le couple produit par l'action de pédaler, on prolonge la ligne de chaîne de façon théorique, puis on mesure la distance entre cette ligne et le point de pivot (d). La distance multipliée par la force exercée sur le pédalier au point d'accroche donne le couple exercé sur le bras oscillant. L'objectif est bien entendu d'obtenir la valeur la plus faible possible pour ne pas induire de réaction parasite sur la suspension.



Avec un vélo à point de pivot virtuel, on applique le principe décrit dans le schéma 1, mais il faut aller trouver ce fameux point de pivot. Lequel se déplace en fonction de l'enfoncement de la suspension arrière. La valeur obtenue au SAG fera office de référence. Elle variera cependant avec le déplacement du point de pivot. On voit sur cet exemple que suspension non comprimée, le couple est faible, avec une tendance à verrouiller la suspension. Au SAG (suspension légèrement comprimée), le couple est nul. Aucun effet parasite. Avec un enfoncement un peu plus prononcé, le phénomène sera inversé : compression, donc léger pompage possible. En cas de gros choc, l'effet deviendra très prononcé... mais on ne pédale généralement pas lorsque l'on prend un gros choc !

On comprend ici comment l'utilisation des plateaux joue sur l'effet de chaîne. Le Santa Cruz Butcher a manifestement été conçu dans l'optique d'un effet de chaîne nul sur le moyen plateau. Ce qui semble plutôt logique. Si le couple sera toujours assez faible, il sera cependant inversé selon que l'on utilise le grand ou le petit plateau. Et là encore de façon assez logique. 

 

Focus

 

Mono pivot et VPP

Une suspension dite mono pivot présente un bras oscillant articulé en un seul point fixe. Ce qui ne veut pas forcément dire que l’amortisseur soit en prise directe : il peut être actionné par un jeu de biellettes / basculeur. Visuellement, un mono pivot peut donc présenter plusieurs articulations, dont une seule est le VRAI pivot du système : l’axe autour duquel la roue se déplace lors de la prise de débattement. Avec un mono pivot, tu en as donc déjà déduit que le parcours de la roue arrière est toujours un arc de cercle.  

Les cinématiques à point de pivot virtuel (VPP, FSR, FPS2, DW Link…) utilisent un système de bras oscillant complexe articulé en plusieurs points. La roue se déplace en suivant un point de pivot dit virtuel puisqu’il n’est pas physiquement identifiable sur le vélo, mais est projeté quelque part dans l’espace. Du coup, le parcours de roue ne suit pas un arc de cercle.

           

 

Et l’amortisseur alors ?

Nous avons donc compris que le pédalage provoque une compression ou une extension de la suspension arrière. Ce phénomène varie en fonction des systèmes, et peut être plus ou moins jugulé par l’hydraulique de l’amortisseur. Dans la réalité, c’est plutôt moins que plus d’ailleurs, et en outre, la fonction première de l’amorto étant de contrôler les mouvements de suspension dus aux chocs, on ne lui en voudra pas de ne pas filtrer correctement ceux qui sont dus au pédalage. Pour les as de la mise au point, nous nous contenterons d’indiquer que les effets du pédalage provoquent des mouvements à basse vitesse (on parle de vitesse d’entrée de tige de l’amortisseur). C’est donc sur le réglage de compression basse vitesse qu’il faudra agir pour juguler un effet de chaîne trop prononcé.

 

 

Sur le terrain

L’effet de chaîne peut se concrétiser soit par une compression, soit par une extension de la suspension. Sur le terrain il en résulte un changement d’assiette plus ou moins sensible. Le vélo s’écrase en arrière, ou plonge sur l’avant. Dans le premier cas de figure, dans une montée abrupte, le fait de pédaler enfonce la suspension, et va provoquer des cabrages intempestifs, qui peuvent vous faire perdre le contrôle de la direction. C’est comme ça qu’on échoue lamentablement dans un talus à deux à l’heure en pleine montée.

Dans le cas inverse, la suspension ayant tendance à se détendre, à vitesse élevée sur le plat, on pourra subir des à-coups désagréables et répétés qui vous projettent vers l’avant.

Dans les deux cas, en fonction, de la fréquence de pédalage on peut ressentir un effet de pompage. Mais cela ne veut pas dire que le rendement en soit affecté de façon significative. Un vélo qui ne pompe pas peut aussi s’avérer catastrophique en termes d’adhérence de la roue arrière, donc perdre en efficacité. Vous pouvez également laisser des watts dans vos efforts pour combattre le pompage ou perdre de la motricité en chargeant moins la roue arrière dans une montée abrupte. On touche là au sujet complexe du rendement en tout terrain… qui fera l’objet d’un prochain article !

 

 L’effet de chaîne est-il un élément essentiel à prendre en compte dans la conception d’un vélo?

C’est comme toujours l’utilisation prévue du vélo qui va déterminer si, pour le concepteur, le phénomène l’effet de chaîne est à prendre un peu, beaucoup ou pas du tout en considération. Et méfiez vous des chapelles ! Ce phénomène n’étant qu'un élément parmi d’autres, qui inter agissent les uns sur les autres, un bon concepteur en fera un cheval de bataille au moment de dessiner un vélo, mais pourra en faire fi, sans renier ses théories ni sa vision du vélo, à l’heure de pondre un modèle destiné à une pratique différente. Les exemples montrés dans les schémas prouvent cependant que les concepteurs tiennent particulièrement compte de l'effet de chaîne dans la conception d'enduros en 140 / 160 mm.



 

L’effet de chaîne est-il un élément essentiel à prendre en compte dans le choix d’un vélo?

Pas forcément ! Bien entendu il faut en tenir compte. Mais il n’est qu’un paramètre parmi d’autres. Il peut aussi expliquer certaines réactions de la suspension arrière que l’on croyait dues à d’autres phénomènes. Pour bien régler son vélo, il est donc important de savoir si on a un effet de chaîne prononcé, de par le système utilisé ou pas, et le cas échéant quelle en sera la manifestation : pompage ou verrouillage de la suspension.