1. Etude qualitative et comparative des solutions technologiques.

1.1 Définition des principales caractéristiques d'une fourche suspendue.

1.1.1   Le débattement.

Le débattement caractérise le déplacement maximal qu'effectue l'axe de roue par rapport au cadre.

L'augmentation du débattement a pour but une meilleure dissipation de l'énergie afin d'atténuer les chocs. Cette perte énergétique est recherchée essentiellement à la descente mais présente un inconvénient en montée puisqu'elle nuit au rendement et doit être compensée par un effort physique plus important.

Il existe par ailleurs sur certaines fourches un système permettant de bloquer la suspension afin qu'elle se comporte comme une fourche rigide. Les compétiteurs de cross-country peuvent alors obtenir un rendement optimal à la montée tout en conservant pleinement les capacités de leur suspension en descente.

Avantage :

Plus le débattement est important, plus il est possible de "gommer" des variations importantes de profil. Ceci améliore le confort et l'adhérence, et permet donc d'augmenter la vitesse de passage en courbe ainsi que les capacités de freinage.

Inconvénient :

Un grand débattement, plus difficile à réaliser techniquement nécessite des dimensions de fourche plus importantes entraînant l'augmentation du bras de levier. Les contraintes alors soumises aux composants de la fourche nécessitent une modification des sections et de la conception de celle-ci (explicitée par la suite), entraînant un surpoids.

+     Le débattement représente donc un compromis entre la capacité d'atténuation des chocs et le poids de la fourche.

+     On retrouve chez les principaux constructeurs les valeurs de débattement suivantes : optimisées en fonction  du type d'utilisation.

Þ     

1.1.2  La suspension et l'amortisseur.

Les critères de confort et d'adhérence se caractérisent par les capacités de suspension et d'amortissement de la fourche (celles-ci varient sensiblement suivant les constructeurs et les modèles). Les caractéristiques optimales sont déterminées expérimentalement, toutefois, l'utilisateur peut sur certains modèles les régler, lui permettant de les adapter au type de terrain, à son poids, son utilisation et ses goûts.

Pour un système donné (masses en mouvement et cinématique connues), le profil du terrain détermine la nature des chocs et par conséquent la nature de la puissance reçue par la fourche. Cette puissance se caractérise par le produit des composantes d'effort et de vitesse. A puissance égale peuvent donc correspondre plusieurs combinaisons effort/vitesse.

La fonction "suspension".

Elle est réalisée par un ressort dont le premier rôle est de supporter la masse du cadre et du pilote. Ce ressort précontraint est généralement réglable, permettant à l'utilisateur de définir l'effort minimal nécessaire à l'enfoncement de sa fourche (généralement entre 15 et   30 daN). Il offre un effort résistant proportionnel à l'enfoncement de la suspension.

Le ressort a aussi pour rôle d'isoler le pilote des chocs en se comprimant ou  se détendant en fonction du relief. Ceci permet de garder au maximum le contact de la roue sur le sol et par conséquent d'améliorer l'adhérence. La raideur du ressort doit permettre une utilisation complète du débattement de la fourche suspendue dans la plage courante des efforts appliqués.

L'effort résistant maximal du ressort lorsque la suspension arrive en fin de course est en général de 140 daN et varie sensiblement suivant les constructeurs. Cet effort résistant, combiné à celui de l'amortissement, est déterminé par la limite de résistance des bras du pilote, celle–ci est de l'ordre de 160 daN pour un sportif de bon niveau : au-delà, les bras fléchissent contre la volonté de l'utilisateur.

Þ     

La fonction "amortissement".

Une suspension munie uniquement d'un ressort se comprime lors d'un choc mais restitue quasi intégralement son énergie en détente. Une détente trop rapide provoque le rebond de la roue avant signifiant une perte d'adhérence et un manque de confort.

L'amortissement est réalisé par le passage forcé d'un fluide au travers d'orifices ; ceci crée des pertes de charges et dissipe l'énergie cinétique en chaleur.

Il provoque un effort résistant proportionnel à la vitesse de déplacement de la suspension et dépend donc de la nature du choc. Il offre un effort résistant supplémentaire à celui du ressort en compression mais sa vocation première est de freiner la détente.

Nous pouvons discerner plusieurs types caractéristiques d'amortissements relatifs à des comportements souhaités par l'utilisateur :

Courbe type Compression-Détente :

+     Trois comportements types :

&    La compression est plus freinée que la détente :

ce type de réglage privilégie le côté sportif, la compression relativement freinée diminue le confort et évite l'enfoncement intempestif de la suspension. La détente rapide limite les pertes de rendement.

&    La compression et la détente sont symétriques : la fourche est polyvalente, offrant un bon compromis entre rendement et confort. Ce type de réglage correspond à l'utilisation la plus courante.

&    La détente est plus freinée que la compression (cas de la courbe ci-dessus) :

Nous avons affaire à une fourche très confortable. La contrepartie de ce confort est une tendance à pomper et à venir en fin de course sur une succession rapide de chocs car la fourche n'a pas le temps de revenir à sa position initiale.

+     Le confort sur les petits chocs :

En compression, la valeur de l'effort dans les basses vitesses (de 0 à 60 mm/s) permet de déterminer le confort de la fourche sur les petits chocs. Plus l'effort est élevé et moins la fourche sera confortable sur les petits chocs.

+     Le confort global :

L'ensemble des valeurs en compression permet de déterminer la fermeté globale en compression de la fourche : plus ces valeurs seront élevées et moins la fourche sera confortable sur tous les chocs.

+     La progressivité :

Que ce soit en détente ou en compression, une courbe ascendante en compression et descendante en détente est synonyme d'un amortissement bien géré qui freinera la fourche d'autant plus que les chocs seront importants. Cela permet d'éviter que la fourche ne talonne ou ne revienne trop rapidement sur un gros choc.

Remarque : Certaines fourches permettent le réglage de l'amortissement et/ou de la détente permettant à l'utilisateur d'adapter les caractéristiques à son poids, au terrain pratiqué et à ses goûts.

Þ    Le randonneur privilégiera le confort, le compétiteur le rendement et le descendeur l'adhérence.

1.1.3  Problèmes rencontrés :

Talonnage :

Lors d'efforts trop importants, il se peut que la suspension talonne : elle arrive en butée de compression sur un élément (par exemple : jonction des spires d'un ressort hélicoïdal) provoquant un choc qui peut être destructeur pour la fourche. Le ressort devra par conséquent limiter ce type de phénomène.

Après des études expérimentales de la nature des chocs les plus fréquemment rencontrés, il est possible d'optimiser le combiné suspension-amortisseur afin que la fourche puisse être utilisée sur la totalité de son débattement sans talonner.

Pompage :

Les principales pertes de rendement se rencontrent à la montée lors d'un phénomène appelé pompage :

la suspension oscille sous l'action des efforts de pédalage, ceci est souvent constaté lorsque le cycliste est debout sur les pédales. Dans cette position dite "de danseuse", il transfère le poids du corps vers l'avant et augmente la charge appliquée à la fourche. Sous l'effet du pédalage, la répartition du poids du cycliste sur ses bras et ses jambes varie et a pour effet l'oscillation de la suspension.

La précontrainte de celle-ci limite ces effets mais diminue le confort sur les petits chocs.

1.2  Présentation et comparaison des solutions technologiques en réponse aux critères du cahier des charges. Choix adoptés pour la fourche look-fournalès.

Cette étude qualitative et comparative se base sur des constats simples et s'appuie sur des résultats expérimentaux déterminés par un institut spécialisé à la demande du mensuel VTT magazine. Ce test comparatif effectué par un institut indépendant a été fait sur 39 modèles de fourches de toutes marques mais de prix similaires. Cette étude nous permettra de valider les solutions technologiques adoptées pour la fourche Look-Fournalès en réponse aux critères qualitatifs du cahier des charges.

1.2.1 Caractéristiques principales :

Le débattement :

Cette suspension est destinée à une utilisation sportive ou de compétition pour laquelle il est généralement souhaité :

¨      Un poids faible et une rigidité importante.

¨      Un rendement optimal qui ne néglige pas le confort :

Son débattement de 80 mm semble, d'après les recherches des différents constructeurs offrir le compromis optimum entre le confort et le poids pour ce type d'utilisation.

La suspension :

Cette fonction peut être assurée par de l'air ou par un ressort mécanique, qu'il soit hélicoïdal ou élastomère. Le principal avantage de l'air est bien évidemment sa légèreté mais aussi sa plage de réglage en précontrainte très importante qui permet de régler la fourche pour n'importe quel utilisateur sans avoir à la démonter pour changer le ressort. Autre particularité du ressort pneumatique, sa courbe en compression n'est pas linéaire et augmente rapidement en fin de course limitant les risques de talonnage sur un gros choc. Le volume initial d'air pour une pression donnée détermine la raideur globale de la suspension : plus le volume est faible et plus la suspension est raide.

L'air a aussi ses défauts, principalement un seuil de déclenchement élevé qui entraîne un manque de confort sur les petits chocs. Certains constructeurs ont trouvé la parade en additionnant au ressort pneumatique un ressort "négatif" qui abaisse le seuil de déclenchement (voir Etude 2 pages 17 à 22). L'autre reproche fait à l'air est parfois son manque de fiabilité dû aux risques de fuites. L'élastomère, comme le ressort hélicoïdal, a le mérite d'être très simple à mettre en œuvre : le premier n'offre pas de grandes possibilités de débattement et le second qui offre la meilleure progressivité pèche par son poids. Le ressort est fréquemment employé, sa mise en œuvre simple et sa distribution répandue le rendant peu coûteux.

Þ    La suspension Look-Fournalès :

Elle est pneumatique et combinée à un ressort "négatif" afin de privilégier le poids. Le bloc suspension-amortisseur est monté sur élastomères permettant de filtrer les petites vibrations : ceci améliore le confort et augmente la durée de vie des composants de l'amortisseur.

L'amortissement :

Lorsqu'il existe, il est toujours réalisé par le laminage d'huile dont on peut modifier le volume et la viscosité afin d'agir sur le comportement. Une viscosité d'huile plus importante freine l'amortissement. On observe deux solutions technologiques :

les cartouches ouvertes ou fermées. Les premières sont les plus répandues, leur volume d'huile plus important apporte, certes, un surpoids mais limitent les risques d'échauffement et de fuite. L'amortissement peut sur certains modèles être réglable en détente et/ou compression.

Þ    L'amortisseur de la Look-Fournalès est à cartouche ouverte. L'amortissement plus faible en compression qu'en détente rend la fourche confortable, le risque de talonnage rencontré avec ce type d'amortissement est amoindri par la suspension pneumatique (voir courbe de compression détaillée dans la deuxième étude page 21).

Les réglages :

La détermination du meilleur compromis confort/rendement fait appel aux goûts de chacun, les possibilités de réglages permettent donc de les satisfaire :

L'air offre une plage de réglage très importante par simple variation de la pression (préconisée de 9 à 16 Bar). Le réglage s'effectue par une valve "schrader" à l'aide d'une pompe (Annexe1).

L'amortissement est réglable par une vis pointeau.

Les matériaux et traitements :

Les matériaux les plus fréquemment utilisés sont par ordre croissant de gain de poids et de prix : l'acier, l'aluminium et le titane.

La fourche Look-Fournalès possède des montants en composite de fibre de carbone et les principaux éléments sont en aluminium taillés dans la masse. Ces matériaux présentent un bon rapport propriétés mécaniques/poids améliorant la rigidité de la fourche et diminuant son poids.

Les pièces aluminium subissent une oxydation anodique dure augmentant leur résistance à l'abrasion. Les axes de pivotement des basculeurs sont en acier et subissent une nitruration ionique afin d'obtenir une dureté de surface très élevée tout en conservant leurs propriétés mécaniques à cœur.

Adaptabilité aux cadres standards :

La fourche Look-Fournalès est disponible en 4 tailles fonctions de la longueur du tube de direction et dans les deux diamètres les plus répandus : 1" et 1"1/8.

L'entretien :

La fourche Look-Fournalès de conception relativement simple permet un démontage quasi intégral et toutes les pièces détachées sont disponibles.

De plus, les articulations sont équipées de graisseurs.

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