Avant de définir une force, nous allons d'abord définir les fondamentaux permettant de faire fonctionner un vélo.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Comprendre le développement : sur une bicyclette, le braquet est le rapport entre le nombre de dents de la roue dentée du pédalier, appelée plateau, et celui de la roue dentée du moyeu arrière, appelée pignon.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

On définit le braquet sous la forme d'une fraction : nombre de dents du plateau / nombre de dents du pignon.

 

Le braquet correspond au nombre de tours de roues que fait le vélo lorsque le cycliste effectue un tour de pédales. Le produit du braquet par la circonférence de la roue est appelé développement.

Cela correspond à la distance parcourue par le vélo lorsque le cycliste effectue un tour de pédale (en supposant que le vélo roule sans glissement). Plus le développement est grand, plus on parcourt de distance. Pour bien comprendre, plus le plateau est grand et plus le pignon est petit, alors plus on parcourt de distance.

On écrit habituellement le braquet sous la forme 52 × 12, bien que l'opération mathématique à faire pour calculer le braquet soit la division 52 / 12 ; mais on dit bien « cinquante-deux, douze » ; avec 52.12 nous développons 9,18m (voir tableau des développements). Plus le braquet est important, plus on développe de distance.

Si la bicyclette est munie d'un ou de deux dérailleurs, le cycliste fait varier le braquet lorsqu'il change de plateau et / ou de pignon. S'il existe un système de démultiplication dans le moyeu, il faut le prendre en compte.

 

La transmission, à quoi sert-elle ?

 

La plupart des vélos actuellement disponibles sur le marché comportent un mécanisme permettant de modifier le rapport de transmission, c'est-à-dire le rapport obtenu en divisant le nombre de tours du pédalier par le nombre de tours de la roue motrice (la roue arrière). Ce rapport peut être déterminé de deux façons :

- En comptant directement les tours, comme le suggère la définition.

- En établissant le rapport suivant : le nombre de dents du pignon de la roue arrière divisé par celui du plateau du pédalier.

En calculant différentes valeurs de rapports de transmission, on s'aperçoit que plus le nombre de dents de la roue arrière augmente, plus le rapport augmente. Par ailleurs, plus le nombre de dents du pédalier augmente, plus le rapport diminue. On note aussi que certaines combinaisons de roues dentées donnent le même rapport de transmission. Il en est ainsi, par exemple, lorsqu'on choisit la plus petite roue du pédalier avec la plus petite du pignon. Le rapport est de 0,5, tout comme lorsqu'on choisit la plus grande roue du pédalier et la deuxième plus grande du pignon. Cependant, l’effort à fournir n’est pas le même puisque la tension de la chaîne n’est pas la même. Pourquoi tant de rapports de transmission? Il semble que nos muscles soient plus forts et plus efficaces lorsqu’ils se contractent rapidement. Pour leur permettre de fonctionner efficacement quelle que soit la vitesse du vélo, il faut modifier le régime des roues par rapport à celui du pédalier. Il sera ainsi plus facile de maintenir une bonne cadence en dépit du vent ou des variations de la pente. Les cyclistes professionnels maintiennent une cadence d’environ 100 tours/minute tandis que les cyclotouristes peuvent pédaler longtemps à environ 60 tours/minute. C’est le même principe qu’une voiture qui, à 60 km/h, va plus loin avec son litre d’essence qu’à 100 km/h.

 

Beaucoup de cadence finalement sans force donne une vitesse faible, mais beaucoup de force sans cadence revient à la même chose.

C'est pour cela que les développements sont intéressants et permettent d'optimiser la relation force/vitesse.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Maintenant que nous avons bien compris comment fonctionne un vélo, nous allons étudier les forces qui entrent en jeux.

 

 

Finalement, quelles sont les forces qui entrent en jeu ?

 

La force F est une donnée personnelle de chaque cycliste. Pour la connaître, il faut la mesurer en instrumentant le vélo. Cela peut se faire en équipant le vélo d’un capteur dit « capteur de puissance » du type SRM. Ce capteur se place dans le pédalier lui-même et mesure le couple transmis entre la manivelle et le plateau.
Rappelons que le couple C induit par la force F exercée à l’extrémité de la manivelle est égal à C = mF, m étant la longueur de la manivelle (comprise généralement entre 170 et 185mm). Connaissant C qui s’exprime en N-m (Newton-m), on en déduit F en N (Newton).
Le capteur SRM permet d’enregistrer la valeur du couple en fonction du temps. Les coureurs utilisent ce capteur pour améliorer leur performance.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lors d'une transmission de force sur une pédale, beaucoup de forces entrent en jeux. Dans l’équation proposée par Frédéric Grappe (2005), la vitesse de déplacement (Vd) dépend à la fois des forces motrices appliquées à la pédale (F), de la longueur de manivelle (L), de la fréquence de pédalage (ώ) et de la résistance totale à l’avancement (RT) :

                                                                                         Vd = (F.L. ώ) / RT

 

Donc :

On définit la puissance comme le produit de la force par la vélocité. Afin d'optimiser la transmission des forces, nous utilisons des cales automatiques pour améliorer les phases de pédalage.

La force exercée sur les pédales se décompose en force utile F (perpendiculaire à la manivelle) et en force inutile R (parallele à la manivelle).

- La Force utile F va être multipliée par la longueur des manivelles m pour donner le moment de Force mF, correspondant à la quantité de force appliquée pour faire tourner le pédalier.

- Ce moment de force mF va être multiplié par la vitesse de rotation du pédalier (qui va dépendre de la cadence) pour donner la puissance P.

- Cette puissance P va être transmise au moyeu de la roue grâce à la chaine et va permettre de vaincre les résistances qui s'opposent à l'avancement et donc de faire avancer le vélo.

Il y a quatre phases dans le pédalage : la phase 1 de descente de la pédale, où mF est important car il est issu de l'action de pousser sur les pédales ; la phase 3 de remontée, où mF est faible car il est permis uniquement par l'action de tirer sur la pédales ; et enfin les phases 2 et 4 de point mort, où mF est faible car les manivelles sont à l'horizontale et il est difficile d'appliquer des forces perpendiculaires.

Comme il y a 2 manivelles pour les 2 jambes, lorsqu'un pied est en phase 3, l'autre est en phase 1. Ainsi, le mF global reste élevé dans ces deux phases. En revanche, le mF est faible pour les deux jambes dans les phases 2 et 4 de point mort.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Quand l’individu pédale, il amène la pédale au point le plus bas du cycle grâce à un mouvement d’extension du genou. En revanche, l’efficacité réclame que la force soit appliquée perpendiculairement à la manivelle, ce qui implique de la ramener en arrière, utilisant pour cela une flexion du genou. L’individu met donc en œuvre une coordination complexe au cours de laquelle il contracte la chaîne des extenseurs et des fléchisseurs du genou qui réorientent la force. 

 

Nous vous invitons fortement à visioner la vidéo ci-dessous, réalisée par nous-même, qui récapitule cette partie.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lien direct vers YouTube : https://www.youtube.com/watch?v=MV9LuqFv4N4&feature=youtu.be

 

 

 

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