Cinq mythes sur le carbone

Même si le carbone est utilisé depuis plusieurs années pour la production de cadres de vélos, le matériau et la façon de le travailler restent un mystère pour plusieurs. Parce que nous fabriquons des vélos de performance et que notre expertise des composites est maintenant bien reconnue, on nous pose régulièrement des questions sur le sujet. À l’approche de Kona, nous avons donc pensé qu´il était temps de revoir certains mythes entourant les cadres de vélo en composite.

1. Les cadres en carbone sont fabriqués uniquement de carbone.

Notons d’entrée de jeu qu’il n'existe pas de cadres de vélo en carbone. Il s’agit plutôt de cadres de vélo en composite fabriqués en utilisant des fibres de carbone.

Le carbone se présente sous forme de fibres qui, une fois organisées en tissus, sont utilisés dans la fabrication de pièces en matériau composite. Les composites sont aujourd’hui omniprésents aussi bien en aéronautique, dans l’industrie automobile que dans l’équipement sportif.
Pour construire un cadre en composite haut de gamme, les fabricants de vélos utiliseront principalement un tissu unidirectionnel* [UD], préimprégné d'une résine époxy**. Ce tissu préimprégné est découpé en morceaux qui sont disposés stratégiquement en multiples couches (plis) sur un mandrin. Une fois cela fait, le mandrin est placé dans un moule. Le moule est ensuite chauffé pour que le composite durcisse. Sans résine époxy, il n'y aurait donc tout simplement pas de cadre.

Il faut également comprendre que selon le modèle et le niveau du cadre de vélo produit, plusieurs types et grades de fibres peuvent être utilisés dans des préimprégnés unidirectionnels ou tissés. Par exemple, les fibres de verre sont couramment utilisées en combinaison avec des fibres de carbone dans la fabrication de cadres en composite d'entrée de gamme pour contrôler les coûts de production. Quant à eux, les cadres en composite haut de gamme sont fabriqués en utilisant différents grades de fibres de carbone agencées selon des requis de conception, de performance et de sécurité.

*Un tissu unidirectionnel est composé de fibres qui sont toutes orientées dans la même direction.
**La résine époxy est une matière plastique largement utilisée dans l'industrie des composites.

2. Les cadres en composite sont moins confortables que les cadres en titane, en aluminium ou en acier.

Il y a encore aujourd’hui des débats entourant le choix de matériau utilisé pour la fabrication des cadres de vélo les plus confortables. Il y a une quarantaine d'années, lorsque certains fabricants de vélos ont commencé à utiliser les composites dans la fabrication de leurs cadres, ils y ont vu l'occasion de fabriquer des vélos plus rigides et plus légers que ce qui était possible d’obtenir avec d’autres matériaux. Les vélos fabriqués avec ces cadres en composite de première génération transmettaient les vibrations induites par la route de façon telle que cela leur a valu la réputation d'être inconfortables auprès de bien des cyclistes.

Aujourd'hui, avec toute l'expertise acquise au fil des années, les fabricants de vélos comme Argon 18 contrôlent le niveau de rigidité de leurs cadres, les rendant très rigides dans certaines sections où justement la rigidité est nécessaire et plus flexibles dans celles où le confort est plus important. Cela est possible grâce aux géométries des tubes et aux différents lay-ups* de carbone. Par conséquent, les cadres en composite d’aujourd'hui ne sont pas moins confortables que ceux fabriqués à partir d’autres matériaux traditionnellement utilisés dans l’industrie.

*Pour chaque pli de composite, le lay-up est un ensemble détaillé d'instructions sur la position du pli, l'orientation des fibres et le type de matériau à utiliser dans le processus de fabrication.


Notons d’entrée de jeu qu’il n'existe pas de cadres de vélo en carbone. Il s’agit plutôt de cadres de vélo en composite fabriqués en utilisant des fibres de carbone.

L'équipe R&D Argon 18

3. Les temps de fabrication des cadres en composite haut de gamme sont nettement plus longs, car ils nécessitent plus de plis de carbone.

Ici encore la croyance populaire ne correspond pas à la réalité. En général, les temps de fabrication sont très similaires pour tous les cadres en composite quel que soit leur niveau puisque les plis de carbone sont tous appliqués à la main.

Il est vrai que le temps de fabrication dépend du nombre de plis qui composent le cadre. Il n’est pourtant pas évident qu’un cadre haut de gamme soit composé de plus de plis. Comme il est composé de fibres à haut module de rigidité, il faut normalement moins de matière pour atteindre la rigidité voulue qu’avec de la fibre à bas module comme dans un cadre d’entrée de gamme. Cependant, le placement des plis sur un cadre haut de gamme requiert plus d’attention en raison de la complexité du lay-up. De plus, comme il y a moins de matière, les performances du cadre sont plus sensibles aux défauts de fabrication. Comme les cadres d’entrée de gamme sont souvent composés de plus de matière, on a tendance à utiliser des plis plus épais pour éviter d’avoir à placer un trop grand nombre de ces derniers. Cette façon de faire permet de diminuer le temps nécessaire à la pose de plis.

C'est dans la phase de conception que les cadres haut de gamme demandent beaucoup plus de temps à développer que les cadres d'entrée de gamme. La somme de travail, investie en recherche et développement, nécessaire à la conception d'un cadre haut de gamme pour qu’il réponde à toutes les exigences et requis du design est incomparable à celle des cadres d'entrée ou de milieu de gamme. Ces derniers, dans la plupart des cas, bénéficient de transfert de technologies, de géométries et de concepts développés au départ pour les modèles de niveaux supérieurs.

4. Les cadres en composite très légers sont fabriqués en utilisant seulement la fibre de carbone la plus dispendieuse.

Encore une fois, il s’agit d’un mythe. Plus le grade de la fibre est élevé, plus sa rigidité est grande, sa résistance basse et son coût élevé. Par contre, la masse d’une fibre de carbone dépend peu de son grade. Une fibre a haut grade a donc le meilleur rapport rigidité/masse.

Si on fabriquait des cadres en utilisant seulement la fibre de carbone du plus haut grade, cela donnerait des vélos plus rigides et probablement plus légers. Mais ces vélos seraient aussi beaucoup plus fragiles. Un compromis doit être fait afin de construire de véritables vélos haut de gamme qui peuvent être utilisés dans des conditions normales et quotidiennes.

La fabrication de cadres en composite légers haut de gamme se fait donc à partir d’assemblages de différents types de fibres de carbone disposées en lay-ups complexes pour répondre à toutes les exigences de conception et réussir tous les tests de sécurité. Ces tests de sécurité sont les mêmes pour tous les niveaux de vélos et sont définis par des normes internationales (normes ISO). La conception de cadres ultralégers en composite haut de gamme exige un niveau d'expertise et de savoir-faire qui ne vient qu'avec des années d'expérience dans la conception et la fabrication de vélos en composite.

5. Avec le temps, les cadres en composite perdent leurs caractéristiques de comportement routier.

Tous les matériaux utilisés dans la fabrication des cadres de vélo, qu'il s'agisse d'aluminium, d'acier ou de composite, perdront certaines de leurs caractéristiques avec le temps en raison de sollicitations et de contraintes répétées. Cette dégradation dépend toujours de l’intensité du chargement ainsi que du nombre de répétitions. Afin d'éviter cela, tous les cadres Argon 18 sont soumis à des tests de fatigue afin que l'entreprise puisse développer des recettes de composite et des techniques de fabrication qui rendront cette dégradation imperceptible pour le cycliste tout au long de la vie du vélo. Un modèle de cadre Argon 18 ne sera mis en production que si ses valeurs de rigidité et de résistance respectent les normes établies par Argon 18 pour l'approbation des essais. Ces normes imposent des contraintes beaucoup plus élevées que ce qu’un cadre subira sur la route au quotidien.