CADRES : alu...titane...carbone ?

Les cadres ? alu, titane, carbone ?

 

Les matériaux employés pour la constitution d'un cadre de vélo sont divers. Suivant les utilisations recherchées et les contraintes de coût et de technicité, les structures et matériaux utilisés pour la fabrication d’un cadre se rapprochent de plus en plus souvent de ceux utilisés en aéronautique. L'objectif est d'obtenir une structure la plus légère qui soit, en privilégiant en priorité la résistance à la déformation due aux différentes forces exercées sur le cadre durant un effort maximal. De nos jours les critères de légèreté et de rendement passent largement devant celui du confort. Toutefois les constructeurs jouent avec ces trois constantes pour en faire un argument commercial de premier ordre. C’est ainsi que les matériaux et les techniques de fabrication évoluent . Les fibres de carbones, par exemple, accordent aujourd’hui une certaine place au confort alors qu’il y a quelques années en arrière, l’image d’un cadre en carbone était directement associée à la fermeté extrême et à l’inconfort total.

Les qualités d’alliage d'un matériau ainsi que la manière dont il est pensée et créée sur les bancs d’étude, déterminent l’utilisation que les constructeurs approprient à la fabrication d’un modèle de cadre. C’est ainsi que par exemple, on a vu apparaître les cadres de type monocoque en carbone, les cadres " slooping " TCR de chez Giant ou même les cadres aluminium avec le " wishbone " (bases et haubans) en carbone. Ils répondent évidemment tous les trois à des critères précis d’efficacité en terme de rendement et de coût pour l’utilisateur. Sans rentrer dans les détails très techniques des différents types d’alliage utilisés dans chaque matière, voici quelques généralités qui caractérisent les différents genres de cadres.

L’aluminium

Les cadres fabriqués avec des alliages d'aluminium vieillissent moins bien dans le temps que les cadres en titane et surtout en carbone. Contrairement aux alliages de titane, qui possèdent une limite d'élasticité naturelle en deçà de laquelle le cadre ne se fatigue pas, l'aluminium n'a pas cette limite. Même les plus faibles contraintes issues d'une utilisation normale et répétée du cadre finiront par entamer les caractéristiques initiales du cadre. On estime qu’un cadre aluminium perd de sa qualité de rigidité au bout de 3 années complètes d’utilisation régulière. Ce phénomène de fatigue du cadre est limité par une construction et une géométrie très étudiées. Ainsi, à diamètre égal, les tubes en aluminium sont moins rigides que les tubes en carbone. Pour compenser ce manque relatif de rigidité, les tubes en aluminium ont un diamètre volontairement supérieur à celui de leurs homologues en titane ou en carbone. Cette augmentation de diamètre aboutie généralement à un cadre significativement plus rigide. L’apparition du cadre dit " slooping ", cher à GIANT, précurseur dans le domaine, répond (en plus du surdimensionnement des tubes) à cette demande de rigidité accrue et de rendement maximum dans le temps. Cette rigidité, synonyme de nervosité, de précision et de rendement est très cher aux yeux d’une grande majorité de cyclistes. Des alliages aluminium de type CU92, directement issus de l’aéronautique, ont fait des cadres aluminium " haut de gamme " des cadres très compétitifs tant en termes de légèreté que d’efficacité et de rendement.

Le titane

Le titane est certainement le métal le plus exotique et le plus cher qui est communément employé dans la construction des tubes de cadre. Il combine de nombreuses caractéristiques recherchées par certains utilisateurs telles que le très bon ratio solidité / poids / confort ou encore son excellente résistance à la corrosion.

La relative rigidité du titane (quoique très inférieure à celle du carbone) permet d'employer dans la majorité des cas des tubes de diamètre correct, même si des tubes de diamètre supérieur permettent d'améliorer significativement cette rigidité. Longtemps utilisé pour ses qualités de confort, le titane perd régulièrement de sa notoriété au profit du carbone plus rigide, plus actuel et très léger.

Beaucoup d'alliages de titane et mêmes des tubes spécifiques ont été originellement conçus pour l'industrie aérospatiale. Les cadres titanes sont principalement fabriqués sur mesure. De part les coûts ajoutés élevés de la matière et de la main d’œuvre nécessaire pour la fabrication, les cadres en titane sont onéreux et n’intéressent plus aujourd’hui qu’une toute petite partie des cyclistes.

Fibre de carbone

La fibre de carbone, structure composite , est le seul matériau non métallique utilisé couramment dans la fabrication des cadres de vélo. La fibre de carbone est très légère, résistante à la corrosion et ne perd aucune de ses caractéristiques initiales dans le temps. C’est une matière très onéreuse. De part ses qualités, les fibres de carbone peuvent être utilisées de très nombreuses façons, ce qui participe largement à son succès commercial. Un cadre carbone peut être conçu et élaboré pour une utilisation très précise. Les fibres très maléables permettent, grâce à un tressage élaborée et approprié, une conception sur mesure des qualités demandées à un cadre carbone léger, efficace voir confortable et même aérodynamique. Certaines parties du cadre peuvent être élaborées précisément pour une rigidité et une motricité maximale, alors que certaines parties du cadre seront plus " souples " pour accroître le confort. Cette notion de modelage dans le concept de l’élaboration d’un cadre ne peut être reproduite avec des alliages aluminium ou titane. D’où le succès incontesté chez les constructeurs pour ce matériau, et ce malgré son coût élevé.

Certains cadres en fibre de carbone utilisent des tubes cylindriques qui sont collés entre eux à l'aide de manchons en aluminium ou en carbone (cadres type Look), tandis que d'autres cadres font appel à une fabrication de type monocoque et donc conçu en une seule pièce (cadres type Giant, Cervélo, Willier, Kuota…) ce qui les rend techniquement plus nerveux et efficaces dans les relances.

Alors que ces cadres en matériaux composites sont excessivement légers et nerveux, ils ont une résistance aux chocs nettement inférieure aux cadres en aluminium et sont donc plus sensibles aux dommages en cas de chute ou d'accident.

@BientôtWILL