Matériaux du cadre de vélo expliqués : fibre de carbone

La fibre de carbone semble être devenue le matériau de choix pour le cadre de vélo.

Mais cela n'a pas toujours été le cas. Dans les années 80 et 90, l’acier et l’aluminium dominaient l’industrie. Le titane était destiné aux cadres personnalisés ou aux vélos à la pointe de la lance. Les cadres de vélo en fibre de carbone commençaient à se développer, mais ce matériau était encore inaccessible pour la plupart.

Les prix ont changé de manière intéressante au cours des 30 dernières années de développement des cadres de vélo. La fibre de carbone, le matériau de cadre le plus rare du passé, est désormais courante. Même s'ils restent chers, les prix ont baissé.

L’acier était autrefois abordable et peut toujours l’être. Mais désormais, les constructeurs sur mesure bénéficient de prix plus élevés pour ce qui était autrefois le matériau de cadre le plus courant. Le titane et l'aluminium semblent avoir conservé leur position relative dans la hiérarchie des prix des matériaux de cadre.

Voici notre analyse du comment et du pourquoi des cadres de vélo en fibre de carbone.

La fibre de carbone est un excellent matériau pour fabriquer un cadre de vélo. Le rapport résistance/poids des cadres de vélo en carbone est imbattable et les marques peuvent « programmer » d’autres caractéristiques. Les fabricants peuvent modifier la taille et la direction des fibres, le motif de tissage, le cas échéant, le nombre de couches, la forme des pièces et l'agent de liaison.

Les cadres en fibre de carbone partent de ce à quoi cela ressemble ; de fins filaments 10 à 20 fois plus petits qu'un cheveu humain. Les fournisseurs de tissus de carbone regroupent les filaments pour former un « câble » ou un ruban. Le nombre de filaments par câble décrit généralement le carbone dans l'industrie du cyclisme. Le carbone « 3K » comporte 3 000 filaments par câble.

Les fournisseurs combinent les câbles en fibre de carbone avec un agent de liaison, généralement une résine époxy en deux parties. À ce stade, la résine et le câble constituent désormais un matériau composite que l'industrie appelle polymère renforcé de fibres de carbone (CFRP).

Les filaments de carbone à eux seuls sont incroyablement légers. La résine époxy, en revanche, est lourde. Les fabricants font donc tout ce qui est en leur pouvoir pour limiter la quantité de résine et les éventuels vides au sein du composite.

La « recette » de filaments et de résine suivie par les producteurs de fibre de carbone affecte le « module » de la fibre de carbone. Ce terme apparaît souvent dans les supports marketing pour les cadres et roues de vélo en fibre de carbone. Le module fait référence à la rigidité du CFRP.

Bien qu’il puisse sembler qu’une plus grande rigidité est meilleure, cela signifie également que la fibre de carbone a moins de résistance. Ainsi, comme de nombreux aspects d’un vélo, c’est un compromis. De plus, la fibre de carbone à module plus élevé est plus coûteuse à produire.

Le tissu en fibre de carbone est généralement expédié aux fabricants de cadres sous forme de rouleaux « préimprégnés ». Le fournisseur de fibre de carbone imprègne le tissu avec de la résine époxy, le fabricant du cadre n'a donc pas à effectuer cette étape. Le matériau est prêt à être découpé en morceaux et disposé dans des moules.

Au moins une marque applique de la résine sur un tissu sec en fibre de carbone drapé sur des formes en cire. D'autres processus, commeimpression de cadre de vélo en fibre de carbone, se développent.

La plupart des vélos et composants en fibre de carbone utilisent aujourd'hui de la résine époxy comme liant. Quelques petites entreprises utilisent des polymères à longue chaîne comme agents de liaison. Cela confère une caractéristique de flexion différente au produit final. Et le rend également recyclable, alors que les produits en fibre de carbone qui utilisent de la résine époxy ne le sont pas.

Les fabricants de cadres créent leurs propres « recettes » de pièces en fibre de carbone, placées dans des moules de leur création et « cuites » selon leur processus spécifique. Chacune des nombreuses variables confère au cadre du vélo la rigidité latérale, la souplesse verticale, la résistance aux chocs et d'autres attributs physiques ciblés par l'équipe de conception.

Les ouvriers déposent le tissu préimprégné en fibre de carbone à plat sur des tables et découpent les centaines de pièces individuelles qui composent un cadre. Ces pièces sont ensuite déposées à la main dans des moules, généralement en métal, dans un ordre et dans le sens des fibres spécifiés par les ingénieurs.

Les marques de cadres en fibre de carbone déterminent le degré de chevauchement et le nombre de couches nécessaires pour produire les attributs souhaités. Le « manuel d'instructions » pour ce processus de drapage est le programme de drapage, qui peut varier pour chaque taille de cadre afin de gérer les différentes charges.