La draisienne, un vélo sans pédale (1817)
Une draisienne est un véhicule à deux roues alignées que l'on fait avancer en poussant sur le sol avec ses pieds. Les premières draisiennes étaient munies d'une sorte de guidon qui permet juste de poser les mains et d'un dirigeoir, sorte de levier permettant d'orienter la roue avant.
Matériaux : bois, acier (très peu)
Solutions technique : La draisienne (Laufmaschine) est inventée en 1817 par un baron badois, Karl von Drais, d'où son nom. Il établit un premier record le 12 juin 1817, parcourant 14,4 km en 1 heure
Poids : Les anciennes draisiennes actuellement connues pèsent entre 17,3 kg (musée d'Apelborn) et 23 kg (musée de Munich).
La draisienne avait une mécanique très simple. Elle comportait deux parties : le cadre et le train de direction. Le longeron du train directeur était lié au cadre par le pivot de direction commandé par le timon conducteur, dénomination du guidon. Les 2 roues étaient d'égale hauteur. Un siège était fixé sur le cadre assez bas pour que les pieds puissent toucher le sol. On s'asseyait à califourchon1.
On mettait alors l'appareil en mouvement en poussant le sol avec ses pieds comme on le fait actuellement avec une trottinette.
La bicyclette
Kirkpatrick Mcmillan, né le 2 septembre 1812 dans le village de Keir Mill, et mort le 26 janvier 1878, est un forgeron. Il est l'un des premiers à concevoir un système de pédale pour propulser une draisienne.
Il conçoit un système de leviers reliés à la roue arrière de sa draisienne1. Il n'y a pas de mouvement rotatif des pédales comme aujourd'hui, mais un mouvement de va-et-vient1. Le mouvement est transmis à la roue arrière par des bielles rigides1. Il a créé la première bicyclette à pédales à Glasgow. En anglais la bicyclette à pédales est appelée "pedal bicycle".
Principe de transmission de la draisienne de Kirkpatrick Macmillan. le vélo fut créé en 1839.
La roue arrière a un diamètre de 40 pouces (soit 1016 millimètres) et la machine entière atteint 26 kilogrammes. (wikipédia)
De nos jours, quelques historiens mettent en doute la paternité du pédalier à Kirkpatrick MacMillan, mais il est célèbre car il est le premier à réaliser une propulsion musculaire sur deux roues.
Le vélocipède
En 1861, Pierre Michaux est serrurier et réparateur de draisiennes à Paris, lorsque sur l'insistance de son fils Ernest qui se plaint de devoir lever les jambes, il ajoute des manivelles en opposition sur l'axe de la roue avant de l'engin en réparation. Cette simple intervention transforme la "draisienne" dont la motricité vient des pieds sur le sol, en un vélocipède dont la force motrice est transmise par les pieds directement à la roue avant. Ils transforment ensuite la draisienne en augmentant la taille de la roue avant, en remplaçant le bois du châssis par de la fonte, en mettant une selle réglable et suspendue et en ajoutant des freins à patins. Leur vélocipède devient le premier succès commercial d'un "deux roues". En 1861 ils construisent deux exemplaires, 142 en 1862 et 400 en 1865.
La première course officielle sur piste a lieu le 31 mai 1868 dans le parc de Saint-Cloud, en présence du prince héritier Louis-Napoléon.
En 1867, Michaux fonde la Compagnie parisienne des vélocipèdes avec un associé.
La guerre de 1870 met fin à cette euphorie qui traversa la Manche au profit des industries anglaises.
Le français Pierre Lallement a déposé le 20 novembre 1866 le brevet pour le vélocipède. Comme il n'avait pas de ressort au siège, il fut aussi appelé "tapecul". Il a été amélioré dans les années 1869-1870 notamment par des bandages en caoutchouc plein (premier brevet pris le 24 novembre 1869 par Clément Ader) remplaçant le cerclage de fer et par des roues aux rayons métalliques en tension (le 4 août 1869 par
E. Meyer). Parmi ces inventions, le vélocipède à vapeur à propulsion par la roue arrière construit par Louis-Guillaume Perreaux, avec les établissements Michaux, dont un modèle existe au musée d'Île-de-France à Sceaux préfigure la moto : c'est le premier cyclomoteur.
Le grand-bi
Le grand-bi possède une roue avant d'environ 120-130 cm de diamètre et une roue arrière ne dépassant pas 40 cm de diamètre. La roue motrice est la roue avant, sur laquelle sont attachées des pédales. C'est le premier type de bicyclette sur lequel le cycliste pose l'avant de ses pieds sur les pédales, plutôt que le milieu, ce qui permet de gagner en efficacité de pédalage. Il n'y a pas de roue libre, le cycliste est donc obligé de pédaler en permanence.
Les roues sont en acier, et sont entourées d'une fine bande de caoutchouc, afin de diminuer les chocs de la route. Les tubes du cadre sont en acier léger.
La selle est placée très en avant, légèrement en arrière de l'axe de la roue avant.
Certains modèles possèdent une marche qui aide à la montée.
Les vitesses moyennes atteignent entre 10 et 15 km/h.
Certains grands-bis eurent ainsi des roues d'un diamètre de près de 150 cm. Ils étaient donc rapides, mais considérés comme dangereux. Le cycliste se trouvait très haut perché tout en avançant à grande vitesse. En cas d'incident, il pouvait ainsi être projeté par-dessus la roue avant. La nature dangereuse de ces cycles les réservait plutôt aux jeunes hommes aventureux et les rendait peu attirants aux yeux du grand public, en particulier à cause de la difficulté de l'apprentissage, l'impossibilité de rester sur la selle à l'arrêt, la difficulté pour monter et descendre du grand-bi, et les conséquences importantes lors d'une chute. Son utilisation par les pratiquants occasionnels ou en tant que véhicule utilitaire est limitée. On connaît cependant l'utilisation d'une forme primitive de grand-bi par des coursiers à vélo parisiens dans les années 1870.
La bicyclette "safety"
La première bicyclette à être appelée "safety" fut conçue en 1876 par l'ingénieur anglais Harry John Lawson. Contrairement aux grand-bis, sur ces nouvelles bicyclettes les pieds du cycliste restaient près du sol, ce qui facilitait l'arrêt. Les pédales entraînaient la roue arrière et les pieds du cycliste restaient en sécurité loin de la roue avant. La Treadle bicycle était un modèle qui utilisait un entraînement par pédales à levier pour transmettre le mouvement à la roue arrière, alors que sur le modèle précédent de 1879 il y avait un entraînement par chaîne. Cette dernière technologie n'avait été utilisée auparavant que sur des tricycles. La Safety de Lawson n'a pas réussi à s'imposer, peut-être à cause de son prix, de son poids et de sa complexité accrue par rapport au grand-bi. À la même époque on vit apparaître la Kangaroo bicycle, sorte de grand-bi avec transmission à chaîne sur la roue avant.
La Overman Wheel Company située dans leur complexe d'usine de Chicopee fut le premier fabricant de bicyclettes de sécurité aux États-Unis. Overman était réputé pour faire des bicyclettes fiables et de bonne qualité, tout en acier et sans pièces en fonte. En 1893, l'usine d'Overman produisait la totalité des pièces de la bicyclette, y compris les pneus, les selles et les jantes.
La bicyclette de sécurité a supplanté le grand-bi car elle constituait une grande amélioration. L'entraînement par chaîne, couplant un grand pignon avant (le plateau) à un petit pignon arrière (le pignon) pour multiplier les révolutions des pédales, autorisait des roues beaucoup plus petites et supprimait la grande roue avant directement reliée aux pédales du grand-bi. Les roues plus petites diminuaient le confort mais l'installation du pneu à air inventé par Édouard Michelin et son frère André élimina cet inconvénient.
En 1884, John Kemp Starley de la société The Coventry Sewing Machine Company (« Société des machines à coudre de Coventry »), qui deviendra Rover, invente la « bicyclette de sécurité » (1885) munie de roues de taille raisonnable et d'un entraînement 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. 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.
En 1886, Peugeot commercialise ses premières bicyclettes. En 1885, le Bordelais Juzan en construit quelques-unes également, au design plus moderne que les anglaises.
Evolution technique
La transmission par chaîne
Bien que Hans Renold soit crédité de l'invention de la chaîne à rouleaux, en 1880, des croquis de
Léonard de Vinci du XVIe siècle montrent une chaîne avec un roulement à rouleaux.
En fait, un brevet avait été déposé dès 1829 à Saint-Etienne par l'artiste graveur et inventeur français
André Galle (1761-1844), qui lança une industrialisation à petite échelle. Dans beaucoup d'ouvrages techniques en langue française de la fin du XIXe siècle et du début du XXe, les chaînes à rouleaux type moto ou vélo sont dénommées "chaîne Galle".
Le dérailleur
Jean Loubeyre fut un ingénieur français qui conçut le premier véritable dérailleur arrière à deux vitesses pour bicyclette le "polycélère", apparu en 1895 (date du dépôt d'un brevet de l'inventeur). Il s'agissait d'une invention encore très discrète en ce temps, ce qui explique le peu de sources et mentions à son inventeur. En 1908, (trois ans après la publication de cette invention), cinq dérailleurs arrières seulement étaient commercialisés. Les premiers dérailleurs de série furent commercialisés sous la marque "Le Chemineau". Mais il fallut attendre qu’un autre inventeur français, Joanny Panel, lance une version à trois vitesses en 1912 pour que le dérailleur connaisse une popularité véritable. On notera que cette invention fut prohibée lors du Tour de France jusqu'en 1937.
Evolution technique
Petit tour d'horizon dans le monde de la petite reine
En 1903 naît le Tour de France. Le premier gagnant de cette grande épreuve est Maurice Garin.
Si le tour de France fait la part belle aux paysages et aux duels entre les coureurs, les vélos sont tout aussi importants dans les performances. Les montures depuis les premières éditions ont énormément évolué tant en termes de technique qu’en termes de poids.
Entre le vélo La Française du célèbre Maurice Garin qui pesait près de 20 kg et les vélos actuels qui peuvent peser moins de 7 kg, les changements ont été nombreux.
Son vélo La Française avait un poids qui atteignait presque 20 kilos. Le cadre était en acier et les soudures étaient protégées par une épaisse couche de peinture. À cette époque, il n’y avait ni roue libre, ni freins, ni dérailleur. L’entraînement se faisait en 56 x 20 : un grand plateau de 56 dents et un pignon fixe de 20 dents. La seule manière de freiner était de rétro pédaler, comme le font les enfants sur leurs vélos. Les cale-pieds étaient aussi en acier et n’avaient pas de courroie de serrage.
Les roues à boyaux avaient tout de même des chambres à air. Le guidon, aux poignées en bois, était directement fixé sur la colonne de direction. Il n’y avait pas de potence si bien que le cycliste était démesurément penché sur son vélo. Malgré tout, Maurice Garin remporte trois étapes sur six à une vitesse moyenne de 25.679 km/h. C’est à peu près la moyenne d’un bon cycliste amateur sur une sortie de 70 km.
De l'après-guerre aux années 90
Le vélo se modernise petit à petit. Au départ, la bicyclette était vraiment rustique. Peu à peu, elle acquiert des éléments capitaux comme les dérailleurs ou les roues à pneus. Parallèlement, grâce aux progrès de la métallurgie, on fabrique des cadres de moins en moins lourds. Dans les années 50, le vélo d’Anquetil pesait à peine 10 kilos.
L'arrivée des dérailleurs (1937-1946)
Si les recherches sur le sujet étaient déjà au point dans les années 1870, ce n’est qu’entre les deux guerres qu’on équipe les vélos des coureurs du tour d’un dérailleur arrière. Le "Super Champion" fait son apparition en 1937. À cette époque, c’était le seul modèle autorisé.
Avant cette évolution, les roues avaient deux pignons, situés de chaque côté du moyeu de la roue. Une fois la côte en vue, il fallait s’arrêter et retourner la roue. Le dérailleur avant, lui, va apparaître après la guerre.
Le pneu haute pression par Michelin (1975)
Michelin provoque une petite révolution en proposant un pneu haute pression. Auparavant, les coureurs utilisaient des pneus à boyaux. Plus résistants, ils étaient aussi beaucoup plus compliqués à réparer puisqu'il fallait coudre le boyau et l’utilisation des rustines était impossible.
Le premier modèle du fabricant français s’appelait "L’Élan". Alors qu’il devait être cantonné à une utilisation en amateur, les coureurs professionnels vont tomber sous le charme de cette invention et vont peu à peu préférer le pneu au boyau, principalement pour sa facilité d’utilisation.
Années 80-90 : la recherche de la performance et la course au poids
Dans ces années, les ingénieurs travaillent beaucoup sur l’aérodynamique et tentent de concevoir des vélos qui minimisent la perte d’énergie. De plus, ils se sont engagés dans une course au poids. Des découvertes capitales sont effectuées notamment au niveau des matériaux composites.
Greg Lemond, l'ambassadeur du guidon aérodynamique (1979-1989)
Le premier vélo à guidon aile d’avion arrive sur la grande boucle lors du prologue du tour 1979. Il est le résultat d’un travail intense sur l’aérodynamisme des vélos. Le Gitane Delta fait sensation pour son look révolutionnaire, mais aussi par les performances qu’il garantit.
Le célèbre delta de la marque Gitane
Les recherches progresseront jusqu'en 1989 où Greg Lemond, avec son guidon de triathlonien, devancera Laurant Fignon pour 8 secondes. C’est probablement la première fois dans l’histoire de la compétition que les avancées technologiques sont directement responsables de la victoire d’un coureur.
L'arrivée des pédales automatiques, la fin des cale-pieds (1984)
La Look PP65, la première pédale automatique
Les pédales automatiques sont sans doute la plus grosse révolution dans le monde du vélo depuis les années 80. C’est Look qui sort les premiers modèles, les PP65. Les coureurs sont équipés de chaussures spéciales avec des cales sous les semelles, qui se clipsent sur les pédales.
En terme de rendement, au long terme, les performances explosent. Avec des cales pieds, l’efficacité est maximale lorsque l’on pousse sur la pédale et diminue lorsque l’autre jambe relève la pédale. Avec les pédales automatiques, la jambe qui se lève soulage plus efficacement la jambe qui pousse et la répartition des efforts est plus efficace.
Les roues lenticulaires (1984)
Ces roues aérodynamiques sont le fruit du travail sur l’aérodynamique commencé à la fin des années 70.
Le premier coureur à en avoir été équipé fut Francesco Moser en 1984, lorsqu'il a battu le record de l’heure à Mexico. Ce sont des roues pleines qui font leur apparition sur le tour de France 1985. Elles ont beaucoup évolué par la suite, surtout au niveau des matériaux utilisés.
L'armature évolue : apparition du cadre composite (1986)
Les cadres, jusque-là, étaient formés de tubes d’acier et d’aluminium soudés entre eux. Ils avaient deux inconvénients : le poids et le manque de rigidité. En 1986, Look sort le premier cadre carbone. L’entreprise s’est largement inspirée du prototype Torayca, développé par la société Alan en 1976.
Le cadre Look est fait à partir de tubes carbone/kevlar. Les manchons, qui englobent les parties du cadre où les tubes sont soudés entre eux, sont encore en alu. Ce cadre sera utilisé par Greg Lemond avec beaucoup de succès.
Révolution dans le cadre en carbonne : la construction monobloc (1986)
Look réalise une prouesse technique avec le KG 196. Il s’agit du premier cadre fait d’une seule pièce. La faible densité du carbone et la construction à plusieurs tubes, faisaient perdre au coureur une partie de l’énergie développée lors du pédalage. Avec le cadre monobloc, la rigidité est bien meilleure et la nervosité du vélo permet au cycliste de pédaler plus vite et plus longtemps.
Vélo équipé d’un cadre Look KG 196 en carbone monobloc
La construction monobloc, allant de pair avec les progrès technologiques en matière de plasturgie et de manipulation des matériaux composites, permet aux constructeurs de tester de nouvelles formes de cadre. Tout le monde se souvient du Pinarello d’Indurain avec sa forme hors du commun. Le KG 196 sera très populaire sur la piste.
Depuis les années 90 : petits changements, mais grosses incidences
Depuis les années Indurain, le vélo a peu changé. Certaines améliorations comme les dérailleurs électriques ont mis du temps à être adoptées par le peloton, signe que le vélo est arrivé à une phase de maturité et qu’il ne changera plus beaucoup.
Le changement de vitesse au guidon (1990)
Manettes STI et cocotte
Avec ses manettes STI, Schimano fait sensation. Le fabricant japonais avait déjà apporté sa pierre à l’édifice dans les années 80 en inventant les manettes indexées (SIS) qui permettaient un changement de vitesse précis (à l’oreille), mais aussi en continu lorsque l’on roule.
Avec les manettes STI, les manettes ne se trouvent plus sur le cadre, mais au guidon. Les manettes de frein permettent de changer de plateau et les petites manettes situées derrière permettent de changer de pignon. Avec ce système, il est possible de changer de rapport avec les mains en bas du guidon ou sur les cocottes.
Les freins se modernisent : apparitions des doubles pivots (1990)
Freins à double pivot
Les freins double-pivot de chez Schimano, les fameux SLR, vont avoir un énorme succès. Auparavant, c’était un modèle à simple pivot qui était utilisé. Les simples pivots avaient deux inconvénients majeurs. Ils manquaient de progressivité et rendaient le freinage assez violent. Deuxièmement, le centrage des patins avait tendance à se dégrader au cours du temps si bien que le coureur se retrouvait avec les patins qui frottaient en permanence sur la jante.
Avec les freins à double pivot, la distance de freinage diminue. Les forces de serrage étant démultipliées, le freinage est plus efficace. De plus, grâce à une vis de centrage, le mécanicien peut régler les mâchoires plus précisément et garantir au coureur un freinage souple.
Mavic en avance de vingt ans : le dérailleur électrique (1992)
Avec le dérailleur électrique, Mavic a été trop visionnaire. Jusque-là, les dérailleurs étaient actionnés par des câbles. Mavic propose un dérailleur sans câbles, avec des commandes électriques. Les coureurs sur route, qui avaient l’air très content de leur transmission à câble, ont boudé le dérailleur électrique pendant très longtemps.
Le système électrique sera expérimenté par les équipes ONCE et RMO sur le tour de France, mais personne ne l’a adopté. Le modèle de chez Mavic sortira dans le commerce en 1999, sous le nom de Mektronic. Longtemps oublié, son usage s’est généralisé très récemment. Mavic avait vu juste.
Le BMX
Le vélo de bicross est petit, il possède des roues de 20 pouces (environ 50 cm) et des pneus de 20 × 1,50 à
20 × 2,125 (le plus gros à l'avant) et 20 x 1−1/8 ou 20 x 1−3/8 pour les moins de 10 ans (sauf les "Cruisers"
qui ont des roues de 24 pouces). Quand on parle de 21 pouces, c'est la longueur du tube supérieur du cadre (top tube) mais les roues restent de 20 pouces ; ce vélo est particulièrement maniable ; il n'a qu'une seule vitesse : les courses sont des sprints de moins d'une minute.
L'équipement du pilote s'apparente à celui d'un pilote de motocross et, hormis les chaussures, la tenue est généralement choisie chez les équipementiers de motocross. Le vélo reçoit peu d'équipement et certains composants comme la tige de selle, les pédales ou encore le guidon, pour les plus jeunes pilotes, sont en alliage d'aluminium et, depuis quelque temps, en carbone, bien que celui-ci rende la fourche plus fragile, afin d'alléger au maximum le BMX ; son poids, pour un adulte, se situe aux environs de 12 kg, voire moins pour les BMX de compétition les mieux équipés, descendant parfois sous la barre des 9 kg.
Les vélos sont équipés de pédales automatiques.
Le VTT
Le vélo tout-terrain, souvent abrégé en VTT, plus rarement appelé vélo de montagne par traduction de l'anglais mountain bike, est un vélo destiné à une utilisation sur terrain accidenté, hors des routes goudronnées. Il sert pour diverses activités de loisirs individuelle et collectives ainsi que pour des pratiques sportives réglementées par l'Union cycliste internationale. Les pratiquants peuvent être nommés "vététistes", enduristes ou "pilotes" en fonction du type de pratique.
Ce type de vélo est apparu aux États-Unis au milieu des années 1970 afin d'organiser des épreuves de descente en montagne. Des championnats du monde sont organisés depuis 1990.
Le cross-country est la pratique majoritaire mais il existe plusieurs autres disciplines : descente, enduro, freeride, trial, etc. Les caractéristiques des VTT employés sont spécifiques à chacune de ces disciplines.
Le cadre est en acier, en aluminium renforcé, en carbone ou en titane.
Evolution technique
Le vélo électrique
Le développement du vélo électrique est récent mais son invention est ancienne car le premier Brevet date de 1895. Qui est l’inventeur de ce premier vélo électrique ?
C’est l’américain Ogden Bolton Jr qui a inventé le premier vélo électrique et qui a déposé sont Brevet 552 271 en 1895. Il s’agissait plutôt d’une draisienne car ce "vélo" n’avait pas de pédale. Il était équipé d’un moteur de 100 Ampères situé dans la roue arrière qui était relié à une batterie 10 Volt.
Un autre américain, Hosea W. Libbey dépose le deuxième brevet en 1897. La technologie repose cette fois sur 2 moteurs placés sur le pédalier.
Au même moment, des inventeurs commencent la production des premières motocyclettes. Les motos qui vont plus vite se développent plus rapidement que les vélos électriques. En 1897, les frères Werner commercialisent une « motocyclette avec un moteur placé sur la roue avant.
Au cours du 20e siècle, le vélo électrique va revenir régulièrement sur le devant de la scène avant de connaître le développement actuel. Les industriels EMI/Philips vont tenter de commercialiser le "Simplex" entre 1932 et 1936. Le simplex est équipé avec une batterie 12V. Les vélos électriques tombent ensuite dans l’oubli et sont supplantés par les 2 roues thermiques (cyclomoteurs, motos, solex) plus performants.
Le VTT électrique
Le constructeur Haibike présente le eQ XDURO lors du salon Eurobike de 2010. On peut considérer qu’il s’agit de l’un des premiers modèles de VTT électrique. Il est équipé d’un moteur Bosch 1ère Génération qui est monté à l’envers pour augmenter la garde au sol. Le couple est de 50 Nm. La capacité de la batterie n’est que de 288 Wh ! Ce modèle connait un succès important et les VTTAE eQ XDURO sont rapidement écoulés. De nombreux constructeurs vont ensuite venir "copier" Haibike et développer leurs gammes de VTT à assistance électrique.