Inventer le vélo

Inventer le vélo Certaines catégories de personnes créatives doivent trouver plutôt désagréable l’expression ironique – «tu as inventé le vélo, pas vrai ?». Oui, ce moyen de transport n’a pas fondamentalement changé en un siècle et demi, utilisant toujours la transmission de la puissance musculaire humaine à la roue.

Mais pourquoi, par exemple, ne dit-on pas cela des voitures ? Là aussi, le principe fondamental de mise en mouvement ne change pas : le travail des innovateurs est axé sur l’amélioration du moteur, des suspensions, de la facilité de conduite, du confort de l’habitacle, de la sécurité et bien d’autres aspects.

Beaucoup seront probablement surpris d’apprendre qu’un grand nombre d’ingénieurs, concepteurs, designers créatifs et passionnés par le vélo travaillent constamment à trouver de nouvelles solutions pour améliorer les machines à deux roues, explorant les mêmes domaines que pour les voitures. Et les inventions dans le domaine du vélo sont nombreuses, parfois même surprenantes par leur audace et leur caractère inattendu.

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La transmission par chaîne devient-elle obsolète ?

Vélo sans chaîne Les premiers vélos étaient propulsés par des pédales directement fixées à l’axe de la roue. Puis, un grand pas en avant a été réalisé avec l’introduction de la transmission par chaîne, permettant de transmettre le couple à la roue motrice. Avec le temps, ce système a été perfectionné pour permettre le réglage de l’effort appliqué – grâce au changement de vitesses.

On pourrait penser que cette solution, éprouvée par le temps, est suffisante puisqu’elle est simple et fiable. Pourtant, les concepteurs et inventeurs ne s’en satisfont pas.

Il y a quelques années, un groupe d’ingénieurs hongrois a présenté à Padoue, en Italie, un système entièrement nouveau pour transmettre l’effort des pédales à la roue motrice. Cette technologie appelée Stringdrive ressemble un peu à une transmission par courroie, mais ce n’est qu’une ressemblance superficielle.

Lorsque les pédales tournent, l’effort est transféré à des leviers profilés qui effectuent un mouvement de va-et-vient. Ces leviers sont équipés de chariots dotés de deux poulies chacun, pouvant se déplacer de haut en bas le long d’une crémaillère lors du changement de vitesses.

De chaque côté de la roue arrière motrice sont montés des embrayages à ressort avec des câbles solidement fixés, qui passent ensuite par les poulies des leviers des pédales et sont attachés rigidement au cadre du vélo.

https://www.youtube.com/watch?v=AAvWD23nHBU#t=52

Le principe de fonctionnement est le suivant : lorsque les pédales avancent, les câbles se tendent et mettent en rotation l’embrayage de la roue motrice, qui la fait avancer. Quand la pédale revient en arrière, l’embrayage, sous l’effet du ressort, revient à sa position initiale, enroulant à nouveau les câbles autour de ses poulies. L’action alternative des pédales gauche et droite produit un mouvement continu du vélo.

Le déplacement des chariots le long de la crémaillère des leviers permet de choisir la vitesse de transmission du couple – le modèle Stringbike, par exemple, propose 19 vitesses.

Fait intéressant, le changement de vitesse peut se faire aussi bien en roulant qu’à l’arrêt. Par ailleurs, il est possible non seulement d’effectuer un changement synchrone sur les deux côtés du cadre, mais aussi de régler chaque pédale individuellement – ce qui peut être utile aux personnes présentant des différences anatomiques significatives dans le développement des membres inférieurs.

Ce vélo se distingue également par la symétrie de sa conception, ce qui améliore sa stabilité et sa maniabilité. Les essais ont montré que la machine offre un confort de conduite exceptionnel, ce qui peut rendre la conduite d’un vélo classique un peu moins agréable en comparaison.

Un autre avantage considérable est que les câbles en polymère, contrairement à une chaîne, n’ont pas besoin d’être lubrifiés ou nettoyés, ne craignent ni le sable ni l’eau et ont une durée de vie 2 à 3 fois supérieure à celle d’une transmission par chaîne.

Vélo électrique Yamaha PAS Il existe également d’autres innovations originales pour transmettre la puissance à la roue. Par exemple, des ingénieurs allemands et japonais ont perfectionné la transmission par cardan, déjà utilisée dans le passé à certaines occasions. La nouveauté réside dans le fait qu’ils l’ont équipée d’une boîte de vitesses automatique, informatisée, qui choisit elle-même le mode de conduite optimal en fonction du relief de la route et des conditions de circulation. De plus, ces nouveautés des entreprises Yamaha et Mercedes sont dotées de systèmes d’éclairage et de signalisation «intelligents» qui s’allument automatiquement en cas de baisse de la luminosité ambiante.

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Peut-on modifier le cadre ?

Un câble à la place du tube Un groupe de concepteurs américains est arrivé à la conclusion que le schéma classique du cadre triangulaire présent sur bon nombre de vélos est une excès inutile, alourdissant le poids total de la machine.

En effet, le tube reliant les pédales à la direction est soumis à une tension constante de traction, alors pourquoi ne pas le remplacer par un câble résistant ?

Non seulement la structure du vélo s’en trouve significativement allégée, mais l’utilisation d’un amortisseur à ressort dans la partie avant du câble en acier inoxydable, ainsi qu’une articulation entre le tube horizontal du cadre et celui vertical, permet d’amortir les chocs reçus par la roue avant, sans affecter la solidité générale de la structure.

Un tel vélo se plie facilement presque en deux et peut être rangé dans une housse – un autre avantage pour son stockage ou son transport.

Mais ce n’est pas tout. Les essais ont montré une augmentation significative de l’efficacité d’un tel vélo.

Le ressort, installé à l’avant du câble, a la capacité d’accumuler de l’énergie, qui était auparavant gaspillée dans la «zone morte» du cycle de pédalage, ainsi que l’énergie des impacts reçus par la roue avant.

Lorsqu’il s’étire, le câble avec le ressort augmente légèrement l’empattement du vélo, et lorsqu’il se contracte, il lui confère un effort additionnel en avant.

Ne craignez plus les chutes !

Chute à vélo Un vélo en mouvement reste stable pour plusieurs raisons, notamment grâce aux propriétés gyroscopiques des roues en rotation – leur capacité à maintenir l’orientation de leur axe dans l’espace.

Mais il est difficile d’expliquer cela à un débutant ; pour lui, l’essentiel est de surmonter sa peur initiale de tomber – tout le reste viendra par la suite. Comment aider un novice, qu’il s’agisse d’un enfant ou d’un adulte n’ayant pas acquis ces compétences durant son enfance ?

Il n’y a qu’une solution : lui fournir un vélo à deux roues avec une plus grande stabilité, lui accorder quelques secondes de confiance pendant lesquelles il pourra se maintenir ou s’arrêter sans problème.

La solution semble évidente – renforcer l’effet gyroscopique des roues. C’est précisément cette voie qu’ont empruntée certains concepteurs pour développer des vélos avec une sécurité accrue.

Roue stable avec gyroscope intégré Une des options consiste à installer, sur le même axe que la roue avant, entre les rayons, un dispositif supplémentaire – un gyroscope.

Ce dernier tourne avec la roue dès le début du mouvement. Étant de masse importante, il possède donc une grande inertie et continue de tourner même lorsque la vitesse du vélo diminue considérablement, lui garantissant ainsi une stabilité verticale.

Une équipe d’étudiants du Dartmouth College a réussi à concrétiser cette idée et a appelé sa création GyroBike. Leur conception a d’ailleurs été brevetée et est entrée en production en série, le nom de leur premier modèle devenant la marque de l’entreprise créée par la suite : «GyroBike».

Dès les premiers tests, il est apparu que les débutants maîtrisent beaucoup plus rapidement l’art du vélo sur de telles machines. En outre, ces vélos sont une vraie trouvaille pour les personnes ayant certaines limitations physiques ou des troubles du système locomoteur.

Un seul inconvénient – le gyroscope commence à fonctionner uniquement lorsque le vélo est en mouvement. Est-il possible de le démarrer à l’avance, par exemple pour les tout-petits qui apprennent à parcourir leurs premiers mètres ? Bien sûr que oui, grâce aux roues Gyrowheel dotées d’un gyroscope électrique intégré.

Les premiers produits étaient des roues de 12 pouces pour vélos d’enfants. Leur conception intègre un moteur électrique, des batteries et un lourd volant-gyroscope. Le moteur permet de lancer le système de stabilisation avant même que le vélo ne commence à rouler, augmentant considérablement la vitesse angulaire du gyroscope et, par conséquent, la stabilité du vélo.

https://www.youtube.com/watch?v=JkOywUxdUlI

Le succès des premiers modèles a été si notable qu’il a été décidé de produire des roues de 16 pouces, et même des roues pour vélos standard destinés aux adultes. Par ailleurs, l’entreprise envisage une collaboration avec des fabricants de vélos pour lancer un modèle de vélo de sécurité renforcée sous une marque commune.

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Accordons un peu de repos à nos jambes !

Vélo avec une hélice La grande majorité des modèles de vélos utilisent la force musculaire des jambes du cycliste pour se déplacer. Il existe des conceptions intéressantes où la propulsion s’effectue avec les mains, mais elles ressemblent davantage à des appareils de fitness qu’à un moyen de transport.

Les ingénieurs se sont toujours penchés sur la manière de simplifier la vie des cyclistes et sur les méthodes supplémentaires pour améliorer les fonctionnalités de cette petite machine.

Des moteurs à combustion interne compacts sont installés sur certains vélos. Il existe également de nombreuses variantes de motorisation électrique, y compris la roue-moteur .

Certains concepteurs vont encore plus loin et créent des vélos électriques, où l’énergie provient de panneaux solaires intégrés dans les roues.

Mais que faire si, au lieu de repenser complètement la conception du vélo, on donnait un coup de pouce directement au cycliste ? C’est cette idée qui a conduit au développement de moteurs dorsaux.

En réalité, cette idée a émergé il y a longtemps, avec des passionnés fabriquant à plusieurs reprises des dispositifs faits maison. Cependant, il y a quelques années, la société américaine PacificWind a introduit sur le marché une gamme de moteurs dorsaux à hélice spécialement conçus pour le cyclisme.

Cette idée a également séduit les amateurs de patins à roulettes, de skis et de skateboards.

Sac à dos Thrustpac Compact et relativement silencieux, le sac à dos est équipé d’un moteur délivrant une puissance d’environ une cheval et demi. Il permet au cycliste d’atteindre une vitesse supérieure à 50 km/h sans même utiliser les pédales. Pour des raisons de sécurité, l’hélice est protégée par une structure recouverte de matériau souple.

Le moteur possède un système de contrôle ingénieux : un câble flexible relié à un gant spécial permet au cycliste de passer d’un mode à l’autre par un simple mouvement du doigt.

Ce système est également très économique : en moyenne, 1,5 à 2 litres de carburant suffisent pour 100 kilomètres, avec un sac à dos pesant seulement entre 5 et 8 kilogrammes, en fonction du modèle et de sa puissance.

Il existe aussi des idées plus audacieuses, comme équiper les vélos de propulseurs à réaction portatifs. Toutefois, ces initiatives relèvent davantage de l’expérimentation que d’applications pratiques pour un usage quotidien.

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Vélo amphibie

Vélo amphibie Ce n’est pas un mythe : certains vélos peuvent franchir des obstacles aquatiques et permettre à leur propriétaire de rouler sur des eaux calmes. Cela n’est désormais plus seulement un concept expérimental audacieux, mais bien un modèle fabriqué en série.

L’entreprise italienne SBK Engineering, basée à Vigevano, a développé un kit transformant en quelques minutes un vélo de route en catamaran autopropulsé.

Tous les éléments du kit, sauf quelques pièces fixées en permanence au vélo, tiennent dans un petit sac à dos pesant seulement 11 kilogrammes. La conversion d’un vélo terrestre en vélo aquatique prend 10 à 15 minutes et ne nécessite aucun outil particulier.

Le mécanisme de propulsion à hélice est fixé à la roue avant et permet non seulement de générer une poussée, mais également de contrôler ce véhicule flottant.

Le cycliste prend place normalement sur la selle, pédale et dirige le vélo comme sur terre, grâce au guidon.

Le mouvement des pédales est transmis à la roue arrière, puis, via un câble flexible, au mécanisme d’hélice. Ce même câble est également utilisé pour actionner une pompe qui gonfle les deux flotteurs inclus dans le kit : il suffit de pédaler comme sur un vélo d’appartement pour gonfler rapidement les deux flotteurs.

La capacité de charge du catamaran obtenu est de 125 kilogrammes, avec une vitesse pouvant atteindre 10 km/h – une performance honorable pour un véhicule aquatique.

Les ingénieurs et designers infatigables ne cessent d’inventer de nouveaux types de vélos. On peut se demander quelles autres innovations pourraient encore sortir de leurs ateliers. Mais il ne fait aucun doute que les idées révolutionnaires ne manqueront pas.