Bicyclette

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Bicyclettes, « cadre homme » au centre, « cadre femme » à droite.

Dès la guerre de 14-18, les vélos pliants existaient et étaient utilisés

Publicité 1897

Une bicyclette (aussi appelée un vélo ou bicycle en langage familier au Québec) est un véhicule terrestre composé de deux roues alignées (d'où elle tire son nom). La force motrice est fournie par un humain (le cycliste) en position assise ou couchée, par l'intermédiaire de pédales. La bicyclette est l'un des principaux moyens de transport dans de nombreuses parties du monde. Sa pratique, le cyclisme, constitue à la fois un usage quotidien, un loisir populaire et un sport.

L'ordre de grandeur habituel des vitesses de déplacement à bicyclette est de 16 à 32 km/h. Sur un vélo de course rapide, un cycliste raisonnablement entraîné peut atteindre environ 50 km/h sur un parcours horizontal, durant de courtes périodes. La plus grande vitesse jamais atteinte sur du plat, sans utiliser un écran aérodynamique, fut atteinte par le Canadien Sam Whittingham en 2002, constituant le record du monde avec 130 km/h, sur son vélo couché hautement aérodynamique. Ceci constitue le record toutes catégories pour les véhicules à propulsion humaine.

Par rapport à la marche à pied, le vélo est trois fois plus efficace à effort égal et entre trois et quatre fois plus rapide. On a également calculé qu'en termes de conversion en mouvement de l'énergie issue de la nourriture, il s'agit d'une forme de locomotion plus efficace que celle de n'importe quel organisme biologique (l’organisme biologique le plus efficace au kilomètre est le martinet et le second est le saumon).^[1]

[modifier] Histoire

Il existe plusieurs prétendants à l'invention de la bicyclette ou de son précurseur.

Pierre et Ernest Michaux sont souvent cités, mais un autre Français, le mythique Comte Mede de Sivrac est probablement le plus cité, avec son célérifère daté de 1790. Le baron allemand Karl Drais von Sauerbronn est aussi cité avec sa Laufmaschine ou « machine à courir », qu'il présenta à Paris en 1817(Brevet d'importation français déposé par Louis-Joseph Dineur au nom du Baron Drais le 17/02/1818 : "Machine dite vélocipède").

Les premiers engins opérationnels qui ressemblaient à des bicyclettes furent inventés au début des années 1800.

La Draisienne de 1817 possédait deux roues alignées, reliées à un cadre en bois par des fourches, la roue avant pouvant pivoter latéralement. Cet engin connut un certain succès, en particulier au Royaume-Uni et aux États-Unis. La draisienne et les engins qui lui ressemblaient furent connus sous divers noms, comme hobby horse, dandy horse, biciped ou trottinette.

Elles tenaient plus de cette dernière, dans la mesure où le seul moyen de propulsion était de prendre appui au sol pour fournir une poussée. Dès 1837, Galloux, jeune serrurier parisien, adapte des "manivelles" sur la roue avant d'une draisienne; Pierre Michaux, "serrurier en voiture à façon", reprend et perfectionne en 1855 ou 1861 selon les sources, cette première pédale qu'il appelle "pédivelle" (Brevet français n°80 637 déposé par Pierre Michaux le 24/04/1868 : "Perfectionnement dans la construction des vélocipèdes") et en généralise la fabrication en créant son entreprise en 1865, la "Maison Michaux" qui devient "La compagnie Parisienne" en 1869.

Des engins similaires au vélocipède eurent beaucoup de succès après 1866, lorsque Pierre Lallement, ancien associé de Pierre Michaux, obtint un brevet américain pour une machine qu'il appela « bisicle ». Quelques-uns surnommèrent la machine boneshaker (« secoueuse d'os »), en raison de la conception des roues, en bois cerclées de fer. Les garnitures de roues en caoutchouc dur apparurent en 1869 et améliorèrent sensiblement le confort de l'engin. La roue avant devint plus grande, et la roue arrière diminua de taille. Ce genre de bicyclette connut un succès foudroyant. Le premier grand-bi, appelé Ordinary apparut en 1872. En Angleterre, il fut surnommé Penny Farthing (d'après la taille respective de ces deux pièces de monnaie).

Suite à la Guerre de 1870, un inventeur français eut l'idée d'utiliser les fourreaux de sabre devenus inutiles pour remplacer les tubes pleins. Ceci permit d'alléger considérablement l'ensemble.

En 1884, John K. Starley de la société the Coventry Sewing Machine Company (« société des machines à coudre de Coventry »), qui deviendra Rover, inventa la « bicyclette de sécurité » avec des roues de taille raisonnable et une transmission par chaîne. Le cycliste y est installé à l'arrière, ce qui rend presque impossible la chute de type « soleil » où le cycliste est catapulté par-dessus la roue avant (Brevet anglais n°1 341 déposé par John K. Starley le 30/01/1885 "Improvements in roller bearings for velocipedes, carriages, or like light vehicles or light machinery").

Un engrenage plus grand à l'avant (le plateau) qu'à l'arrière (le pignon) fait tourner la roue arrière plus vite que les pédales ne tournent, ce qui permet à ce type d'engin d'aller vite même sans une roue géante.

John Boyd Dunlop inventa le pneumatique en 1888 (Brevet français n°193281 déposé par John Boyd Dunlop le 1/10/1888 : "Garniture de jante applicable aux roues de véhicules"). Ceci contribua à améliorer encore le confort du cycliste.

Les bicyclettes de sécurité de 1890 ressemblaient déjà beaucoup aux bicyclettes actuelles. Elles avaient des pneumatiques de taille comparable à ceux d'un vélo moderne, des roues à rayons, un cadre en acier et une transmission par chaîne. La seule chose qui leur manquait était un système de changement de vitesses.

Dans les années 1890 ce nouveau modèle de bicyclette a élargi la cible des utilisateurs potentiels. De plus, les bicyclettes devinrent un produit industriel, réduisant leur prix à un point qui les rendait abordables aux ouvriers. Ceci conduisit à une « folie de la bicyclette », qui fut à l'origine d'une évolution sociale importante (voir ci-dessous).

En 1903, naît le Tour de France.

Les systèmes à plusieurs vitesses commencèrent à être utilisés dans les compétitions de vélo dans les années 1930.

Le vélocar apparaît dans les années 30, vélo couché et ancêtre de la vélomobile.

Les dérailleurs se développèrent durant les années 1950.

Les vélomobiles renaissent à la fin des années 80.

[modifier] Dimensions sociale et historique

En 1929, la forme et les principales fonctions du vélo étaient fixées, dont une fonction de loisir, qui se développera surtout avec les congés payés

Sous sa forme à deux roues avec un cadre composé de deux triangles dos à dos, la bicyclette (quasiment identique à celle que nous utilisons maintenant) a procuré aux femmes une mobilité sans précédent, facilitant ainsi leur émancipation. Dans les années 1890 l'engouement pour le cyclisme chez les femmes a été à l'origine de la création d'une mode de vêtements comme les jupes-pantalons qui ont aidé les femmes à se libérer du corset et d'autres vêtements contraignants.

En ville, en Europe, mais surtout en Chine et dans certains pays d'Asie du Sud-Est, les bicyclettes ont réduit la concentration de population du centre-ville en donnant aux travailleurs un moyen d'effectuer des déplacements pendulaires entre des habitations individuelles en banlieue proche et les lieux de travail de la ville. Le recours aux chevaux a également diminué dans la même période. La bicyclette, combinée aux congés, permit aux gens de voyager dans leur pays d'origine, avec une grande autonomie, et sans polluer et occuper autant d'espace qu'avec la voiture.

La bicyclette a été utilisée par différentes armées dans des régiments d'infanterie cycliste.

D'un point de vue historique, le développement de la bicyclette moderne a eu deux implications majeures.

Premièrement, la fabrication industrielle des bicyclettes avec cadre en double triangle dos à dos a nécessité la mise au point de techniques avancées de travail du métal pour la production des cadres, et de composants comme le roulement à billes et les engrenages. Ces techniques ont permis plus tard de développer des pièces mécaniques qui furent utilisées dans les premières automobiles et en aéronautique. Un exemple d'une telle évolution est celui des frères Wright, qui ont fait leurs débuts en tant que fabricants de bicyclettes.

La seconde implication du développement de l'usage du vélo fut l'organisation sur le plan politique des cyclistes et des amateurs de bicyclette, sous forme de groupes de pression, pour promouvoir auprès des institutions la création d'un réseau routier revêtu, bien entretenu et cartographié.

Tant le modèle d'organisation de ces groupes de pression que celui des routes elles-mêmes facilita plus tard le développement de l'usage d'un autre véhicule à roues : l'automobile. Dans certaines sociétés occidentales, la bicyclette fut reléguée après la Seconde Guerre mondiale au rang de jouet pour les enfants, et il en fut ainsi durant plusieurs années, notamment aux États-Unis. Dans certains pays occidentaux, en particulier aux Pays-Bas et en Allemagne, la bicyclette continua d'être utilisée couramment comme moyen de transport.

Toutefois, l'intérêt pour le vélo s'est progressivement accru dernièrement, principalement pour son usage en tant qu'instrument de remise en forme, de loisir et de sport de compétition. De plus, une proportion croissante de la population l'utilise comme un moyen de transport pour de courtes distances, surtout dans des villes densément peuplées où la circulation est congestionnée, et où les coûts d'usage et de stationnement de l'automobile comme la demande en qualité environnementale ont rendu l'usage de l'automobile moins intéressant. Cette tendance s'est accélérée avec le processus de vieillissement de la population des banlieues proches de nombreuses villes. De plus en plus de villes construisent maintenant des aménagements cyclables comme des pistes ou des bandes cyclables le long des rues, pour faciliter et favoriser l'usage du vélo tant comme moyen de locomotion au quotidien que comme loisir. Des tableaux comparatifs restent à publier.

La bicyclette est toujours l'un des véhicules individuels les plus utilisés dans de nombreux pays en voie de développement. L'image de la ville asiatique fourmillant de vélos est un cliché fréquemment rencontré, bien qu'en réalité la bicyclette ait tendance à y avoir de moins en moins de succès.

Selon le magazine The Economist, l'une des raisons principales de la prolifération de bicyclettes fabriquées en Chine sur les marchés extérieurs à ce pays serait la tendance des Chinois à préférer de plus en plus l'automobile et les deux-roues motorisés.

En France, notamment dans les grandes villes, et comme dans les pays qui utilisent beaucoup le vélo, le vol est assez fréquent, ce qui a conduit à la mise en place de meilleurs moyens d'anti-vols. Ainsi aux Pays-Bas (comme en France, en Scandinavie et en Allemagne) une institution vérifie la fiabilité des anti-vols ^[2].

D'autres moyens de transport tentent de s'adapter à la cohabitation avec la bicyclette en fournissant des moyens favorisant la complémentarité des modes : système de transport de vélos sur les bus, dans les trains, etc. Pour réduire les risques de vol, de nombreux parcs à vélos s'équipent d'arceaux ou de mini-garages à vélos (consignes à vélo).

[modifier] Dimension environnementale

Vélomobile

Le vélo est le moyen de déplacement le plus économe en énergie, peu dangereux et occupant peu d'espace. Il a une faible empreinte écologique (s'il est utilisé). Pour les déplacements courts il est une bonne alternative à l'automobile. Un réseau dit véloroutes et voies vertes, paneuropéen est en cours de constitution pour que les cyclistes puissent se déplacer sans danger au travers de toute l'Europe, tout en ayant un accès facilité à des lieux de restaurations.

[modifier] Aspect technique

La vélodiversité a toujours été présente depuis l'histoire des cycles. Elle réapparait plus clairement encore depuis la renaissance des vélo couchés.

Les bicyclettes courantes sont constituées d'un ensemble de pièces facilement identifiables. Le cadre en est la partie principale, il consiste généralement en un triangle sur lequel le poids du cycliste est réparti à partir du point d'appui de la selle où est assis le cycliste, associé à un second triangle plus petit sur lequel est monté la roue arrière : ce second triangle se compose de haubans (arrête extérieure du triangle arrière) et de bases (base du triangle arrière). La roue avant est fixée au cadre par une fourche, la partie haute de celle-ci est monté sur des roulements à billes au travers d'un tube presque vertical à l'avant du cadre. Ces roulements à billes constituent le jeu de direction. Le sommet de la fourche constitue une potence à laquelle est fixé le guidon. La fourche peut être suspendue. De nombreux modèles de vélos modernes sont par ailleurs conçus sans haubans fixes, remplacés par un système suspendu. Ce système peut prendre des formes diverses et variées, de l'utilisation d'articulations basées sur des roulements, jusqu'à l'emploi de matériaux flexibles (titane notamment) qui autorisent une déformation progressive. De tels vélos « tout-suspendus » sont conçus pour la pratique en terrain inégal comme le VTT pour apporter un confort supplémentaire.

Vélo tout terrain

L'énergie est fournie par le cycliste par l'intermédiaire de ses pieds, avec lesquels il appuie sur les pédales, reliées à un ou plusieurs engrenages au niveau du pédalier : le ou les plateaux. L'engrenage arrière, le pignon (mais il y a souvent plusieurs pignons de tailles différentes fixés ensemble, on parle alors de cassette) est monté sur la roue arrière par un mécanisme à cliquet anti-retour : la roue-libre. La transmission du mouvement entre un plateau et un pignon est assurée par la chaîne. En fonction du type de pratique pour laquelle le vélo est conçu, la cassette peut être « plate » comme sur un vélo de route, ce qui veut dire qu'entre deux pignons successifs, il n'y a qu'une dent de plus sur le plus grand ; sur d'autres types de vélos comme les VTT, le nombre de dents peut augmenter bien plus vite entre les pignons successifs. L'ensemble des éléments compris entre les pédales et la roue arrière est désigné par le terme de transmission.

La possibilité de changer de vitesses constitue l'une des avancées majeures de la technique cycliste. Le travail des jambes est plus efficace à certaines vitesses de rotation (ou cadences) du pédalier. Disposer d'une possibilité de sélection plus étendue des rapports de vitesses entre plateaux et pignons permet au cycliste de conserver sa cadence de pédalage la plus proche d'une valeur désirée. C'est pourquoi les vélos de route sont équipés de pignons « plats », de manière à permettre au cycliste de bien contrôler sa cadence en fonction du petit nombre de configurations de terrain qu'il pourra usuellement rencontrer. C'est un dispositif simple qui pousse la chaîne latéralement de manière à l'obliger à changer de pignon (ou de plateau pour le dérailleur avant). Les côtés des pignons eux-mêmes ont une forme spécifique avec des indentations aux dimensions des maillons de la chaîne, pour « attraper » la chaîne lorsqu'elle est poussée contre le pignon, l'engageant ainsi sur les dents de ce pignon. Le système est considérablement plus simple que les systèmes plus anciens comme la bicyclette à trois vitesses, mais tarda à conquérir le marché, en raison de la différence fondamentale avec tous les systèmes de changement de vitesses utilisés auparavant.

Vélo de course classique

Le dernier des plus importants organes d'un vélo est le système de freinage. Il est composé de deux poignées de frein indépendantes, commandant chacune une mâchoire venant appliquer des tampons en caoutchouc sur la jante par l'intermédiaire de câbles de frein. Les câbles sont la plupart du temps protégés dans des gaines. Certains systèmes de freinage, pour plus de performance, sont basés sur le principe du frein à disque, ou du frein à tambour, intégré dans le moyeu.

Depuis les années 1950, la plupart des systèmes de freinage sont dérivés de la conception des mâchoires à tirage latéral inventée par Campagnolo. Les deux bras de la mâchoire se resserrent lorsque le câble, fixé à l'extrémité d'un des bras et passant par l'extrémité de l'autre est tendu. La pression des tampons appliqués par la jante s'équilibre grâce à un ressort qui répartit l'effort entre les deux bras de mâchoires.

L'usage de plus en plus fréquent de pneumatiques plus gros sur les VTT a fini par poser un problème : la jante et son pneumatique devenaient trop large pour passer entre les mâchoires. Dans un premier temps, le système cantilever a apporté une réponse à ce problème. Les bras de la mâchoire devenaient indépendants, tout en étant reliés par un câble court de répartition de l'effort de freinage. Le câble de commande vient alors se fixer au milieu du câble de répartition. Cependant ce système présente quelques faiblesses : si la fixation du câble de commande n'est pas centrée, l'effort est mal réparti entre les bras, et si le connecteur se décroche, le câble de répartition peut bloquer la roue brutalement en se coinçant dans les dessins du pneumatique, ce qui peut entraîner un accident si cela se produit sur la roue avant. Une solution plus adaptée au problème de la largeur des pneumatiques est le v-brake. Le câble est fixé de manière à être dirigé vers le haut de manière à ne pas pouvoir retomber sur le pneumatique, et transmet en outre de bien meilleure façon la puissance de freinage impulsée par la poignée de frein, tout en étant un peu plus facile à centrer lors du montage.

L'aérodynamique est redécouverte pour réaliser des vélos encore beaucoup plus rapides : les vélo couchés et les vélomobiles. Tous les records de vitesse vont être battus. Le confort est sans comparaison.

Les matériaux utilisés pour la fabrication des bicyclettes sont proches de ceux utilisés en aéronautique, l'objectif dans les deux cas étant d'obtenir une structure légère et résistante. Presque tous les vélos d'avant les années 1970 étaient faits d'un alliage d'acier et de chrome : le chromaloy (ou chromoloy). Au début des années 1980 l'aluminium connut un certain succès, notamment en raison de la baisse de son coût.

À ce jour, ce métal est probablement le plus utilisé pour des vélos de milieu de gamme. Dans le haut de gamme on utilise la fibre de carbone et le titane, mais ces matériaux sont très chers. Chaque type de matériau utilisé pour le cadre a ses avantages et ses inconvéninents, bien que pour une géométrie de cadre donnée, l'ensemble des bicyclettes possèdent des qualités quasiment identiques dans leur comportement à l'effort.

Les différences les plus flagrantes entre matériaux apparaissent lorsqu'on compare leur tenue dans le temps, leur esthétique, leur capacité à être réparés et leur poids. Comme la rigidité du cadre dans le plan vertical, même pour un matériau très élastique, est d'un ordre de grandeur supérieur à celui de la rigidité des pneumatiques et de la selle, le confort du vélo se résume plutôt à un problème de choix de la selle, de la géométrie du cadre, des pneumatiques et de réglage général du vélo.

Bien que réparer un vélo soit simple dans son principe, nombre de pièces sont relativement complexes et certains préfèrent déléguer la maintenance de leur engin à des professionnels.
Toutefois, beaucoup de personnes préfèrent entretenir leur vélo autant que possible, que ce soit pour économiser de l'argent, ou tout simplement pour le plaisir de bricoler, par passion pour le vélo.

[modifier] Législation

En France, le décret n°95-937 d'août 1995 relatif à la prévention des risques résultant de l'usage des bicyclettes précise la nature d'un vélo : « On entend par bicyclette tout produit comportant deux roues et une selle, et propulsé principalement par l'énergie musculaire de la personne montée sur ce véhicule, en particulier au moyen de pédales ».