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Histoire des techniques
3°
Introduction :
L’analyse technique permet de décomposer un vélo en quelques unités fonctionnelles principales :
- la fonction de soutien assurée par le cadre, les fourches et les 2 roues.
- la fonction transmission de l’énergie entre le cycliste et sa machine réalisée par l’ensemble pédales, plateaux, pignons, chaînes et roues arrières.
- la fonction direction assurée par le guidon, la fourche et la roue avant.
- la fonction freinage (pour la sécurité).
Son moteur est assuré par l’énergie musculaire du cycliste. Pour qu’un vélo soit en équilibre, il faut qu’il soit en mouvement.
C’est un équilibre dynamique.
I. Naissance du vélo
1817 Le baron Drais invente la draisienne, de caractéristiques suivantes : pas de pédale, roue avant orientable, technique inspirée des charrettes de l’époque.
1818 : le baron Drais dépose le brevet de son invention, sous le nom de vélocipède. Étymologiquement, cela signifie pied
(cipède) rapide (vélo).
1861 : Michaux, père et fils, apportent une amélioration au vélocipède : 2 pédales de part et d’autre de la roue avant. Un tour
de pédale fait tourner la roue d’un tour. Pour rouler vite, il faut donc modifier le vélo, en lui donnant une très grande roue
avant. Le vélocipède s’appelle alors le bicycle, ou grand bi (il est périlleux de démarrer et de se hisser sur la selle…).
1867 : on invente le système pédalier – chaîne – pignon, ce qui va révolutionner le vélo. La rotation du pédalier transmet le
mouvement à la chaîne, qui entraîne le pignon et la roue arrière.
1898 : c’est la fin du 19° siècle, on invente la roue libre. : en tournant dans le sens avant, le pignon entraîne la roue ; en tournant dans l’autre sens, la roue est libérée. Résultat : le cycliste n’est plus obligé de pédaler dans les descentes ! La bicyclette
moderne est née.
II. Analyse et évolution des systèmes
Un vélo est un système technique constitué de plusieurs blocs fonctionnels qui ont évolué au fil des inventions.
a) la fonction de soutien (ou de sustentation) est assurée par les 2 roues, le cadre, les fourches, la selle. Les 1° cadres étaient
en bois. Cependant, on adopte très vite le métal. Puis la forme du cadre évolue au fil des années, avec de nombreuses adaptations comme celle du grand bi. Le plus grand d’entre eux possédait une roue de 2,30 mètres de diamètre, ce qui plaçait son
conducteur à 2,50 m de haut !
Une transformation particulière fut celle de l’adaptation du cadre aux vêtements des femmes, jupes ou robes, forme de cadre
toujours utilisée actuellement.
Les évolutions se poursuivent de nos jours, en particulier avec l’adoption de systèmes de suspension sur le cadre et les fourches des vélos tout terrain, ce qui amortit les chocs et améliore la tenue de route.
Les roues subissent également de nombreuses modifications. Après avoir été équipées d’un bandage plein, elles sont équipées
de pneus dès 1890. Puis, pendant quelques années, on fabrique des jantes et des garde-boue en bois pour alléger le système.
Aujourd’hui les roues se montent et se démontent très facilement grâce à l’utilisation des attaches rapides, et il existe autant de
formes de pneus que de types de vélo et d’utilisation.
b) la fonction transmission de l’énergie entre le cycliste et le vélo est réalisée par l’ensemble pédale – plateaux – chaîne –
pignons– et roue arrière. Muni d’un dérailleur et d’un changement de plateau, ce système assure aussi l’adaptation de l’énergie entre le cycliste et sa machine en permettant les changements de vitesse. Actionné par un câble, le dérailleur se déplace latéralement et entraîne la chaîne d’un pignon sur un autre. Le dérailleur possède un bras articulé muni d’un ressort, qui assure
une tension permanente de l’ensemble.
Le développement, c’est à dire la longueur parcourue par les roues sur le sol pendant un tour de pédale dépend du rapport de
taille entre le plateau et le pignon.
Dans cette étude fonctionnelle, il est intéressant d’analyser 2 systèmes particuliers qui n’ont pas eu de suite évolutive :
Reynaud M. histoire des techniques\video hist bicyclette.pub
Vidéo : histoire de la bicyclette (17 mn)
- regardez ce vélo inventé en 1899. Il ne possède pas de chaîne. Le pédalier entraîne une tige de transmission qui entraîne à
son tour la roue, le tout grâce à des engrenages, comme dans un système de cardan de voiture.
- inventé dans les années 1930, le mécanisme hirondelle est un système à 2 vitesses, constitué de 2 pignons de taille moyenne
et de roues libres inversées. En pédalant en avant, la chaîne tire sur le petit pignon ; le grand pignon est alors en roue libre. En
pédalant en arrière, c’est l’inverse : la chaîne tire sur le grand pignon et libère le petit. On peut alors facilement monter une
côte.
c) fonction fondamentale et sécuritaire, le freinage a subi de nombreuses évolutions au cours de l’histoire du vélo.
Système rudimentaire, ce type de freinage sur vélocipède est assuré par un câble que l’on enroule avec la poignée. Il actionne
un patin de frein muni d’un ressort de rappel. Puis, on équipe les bicyclettes avec des freins à palette. Il s’agit alors d’une simple tige venant appuyer le patin métallique directement sur le dessus du pneu. Puis on adapte des patins en caoutchouc. Vers
1880, apparaissent les 1° freins sur jante. Le mouvement de la poignée lève la tige, solidaire des mâchoires de frein munies de
patins, qui viennent exercer une pression sur la jante. En 1920 apparaissent les freins à mâchoire commandés par un câble
coulissant dans une gaine. Un type de mécanisme analogue est toujours utilisé aujourd’hui, en particulier sur les vélos de
route.
Après avoir été équipé du système appelé cantilever, dans lequel le câble tire directement sur les 2 patins latéraux, les VTT
sont actuellement équipés de freins V-brake à tirage latéral, beaucoup plus efficaces.
Dernière innovation, certains vélos sont aujourd’hui munis de freins à disque avec commande par câble ou par pression
d’huile. L’intérêt de ce type de freinage, au demeurant assez lourd, est d’être indépendant d’une éventuelle déformation de
roue voilée.
Les autres systèmes fonctionnels, comme la sonnette, l’éclairage, la protection par les garde-boue, ou beaucoup d’autres
(porte-bagages, béquille, bidon d‘eau…) ne sont pas nécessaires au fonctionnement d’un vélo et dépendent de l’usage que
l’on en fait. Attention cependant à toujours être équipé d’une sonnette et d’un éclairage (la nuit) : la loi les rend obligatoires.
III. La fabrication d’un vélo
Elle s’organise en grandes étapes successives qui commencent par le façonnage du cadre. Les tubes cylindriques sont coupés à
longueur, puis, si nécessaire, mis en forme ovale grâce à une presse adaptée. Ils sont ensuite calibrés et découpés sur leur partie terminale pour permettre leur positionnement lors de l’assemblage du cadre. Préalablement, on soude les différentes pièces
de support.
La fabrication des fourches arrières s’opère en 2 temps :
- création des demi fourches latérales
- puis assemblage de la fourche par soudage.
Les supports de freins sont ensuite soudés électriquement.
Une fois ces préparatifs terminés, le cadre est prêt à être assemblé, ce qui s’effectue sur différents gabarits et en plusieurs étapes, toutes réalisées par soudage.
Après décapage et contrôle, les cadres sont peints de façon automatisée.
On procède ensuite à la pose et à l’encollage des différents éléments décoratifs.
Les cadres subissent ensuite plusieurs opérations de préparation telles que l’emmanchement des cuvettes de direction et la
mise en place des boîtiers de pédalier.
Pendant ce temps, dans un autre atelier de l’usine, on fabrique les roues et on prépare les guidons avec les différentes poignées. La fabrication des roues s'effectue à partir de pièces détachées : réalisation du moyeu central avec les rayons, puis vissage des rayons sur la jante. Cette machine assure la tension définitive des rayons et permet de régler la planéité de la roue. Le
montage de la chambre à air et des pneus nécessite l’interposition d’un ruban ou mèche qui les protège de la tête des rayons.
Le vélo est ensuite construit sur une ligne d’assemblage, à partir des éléments fabriqués dans l’usine et de pièces détachées,
fournies par des entreprises de sous-traitance. Mise en place du cadre sur son support, emboîtement et fixation de la fourche
avant , positionnement et vissage du pédalier, puis du dérailleur. Tout au long de la ligne de montage, les pièces sont approvisionnées au niveau de chaque poste de travail.
Entre les passages de 2 vélos, les opérateurs pré assemblent les éléments à poser comme les garde-boue et leurs attaches qui
seront ensuite fixés en une seule opération. Puis la chaîne est mise en place sur le pédalier et le pignon. En fin de ligne, les
opérateurs effectuent les derniers assemblages puis procèdent à tout un ensemble de vérifications qui garantissent la qualité du
montage.
Puis les vélos sont préparés pour l’expédition et emballés dans des caisses en carton en vue de leur livraison chez les clients.
…
La bicyclette est aussi à l’origine des engins à 2 roues motorisés, comme les solex, les vélomoteurs et les motos, idée qui n’est
pas récente puisqu’elle date de 1885.
Le VTT apparaît en Amérique dans les années 1970 – 1980.
Jadis appelée la petite reine, on appelle aujourd’hui cette invention le vélo.