7 règles pour des vélos de gravel rapides: L'aérodynamisme sur le gravier

​Lorsque la vitesse augmente, l'air devient un adversaire. Ce qui n’a pratiquement aucune incidence à faible vitesse devient, lors de descentes rapides, en course ou sur de longs tronçons plats, l’une des forces les plus importantes contre lesquelles un cycliste doit lutter. Jusqu’à environ 15 km/h, les résistances au roulement et autres pertes l’emportent sur l’importance de l’aérodynamisme. À partir d’environ 20 à 25 km/h, cependant, la résistance à l’air prend une place de plus en plus prépondérante. À partir d’environ 30 km/h, elle constitue généralement déjà la principale force de freinage et, à partir de 40 km/h, la résistance à l’air représente typiquement la plus grande partie de la puissance nécessaire pour avancer.

Pourtant, l'aérodynamique va bien au-delà de la simple question des jantes profondes, des tubes de cadre profilés ou d'une surface frontale aussi réduite que possible. Souvent, les plus grands potentiels d'amélioration se trouvent là où on ne les soupçonne pas au premier abord. Pour comprendre pourquoi un vélo fend l’air à grande vitesse, il faut donc prendre un peu de recul et se pencher sur les principes fondamentaux. Ce qui est déterminant, c’est l’interaction complexe entre le cycliste, le vélo et le flux d’air environnant. Nous vous proposons ici un aperçu des lois physiques essentielles de l’aérodynamique.

Conclusion

Les vélos de gravel sont de plus en plus rapides : en montée, en descente et sur le plat. Il est donc tout à fait logique que de plus en plus de fabricants s’intéressent à l’importance de l’aérodynamisme. Pour aller vite, il faut lutter contre la résistance de l'air. Ce sujet ne concerne pas uniquement les professionnels ayant accès à une soufflerie. Les « cyclistes lambda » peuvent eux aussi économiser beaucoup d'énergie grâce à une bonne aérodynamique. - Jan Timmermann, rédacteur chez TOUR

1. Plus la vitesse est élevée, plus la résistance de l'air est importante

La règle fondamentale de l'aérodynamique du vélo est la suivante : plus on roule vite, plus la résistance à l'air augmente de manière disproportionnée. Pour simplifier, elle peut être décrite par la formule F = 1/2ρCAv². Le carré de la vitesse joue ici un rôle déterminant. Si l'on passe par exemple de 30 à 40 km/h, la résistance à l'air n'augmente pas d'un tiers, mais d'un facteur (40/30)² ≈ 1,78. Il faut donc surmonter environ 78 % de résistance aérodynamique en plus à 40 km/h qu’à 30 km/h. Cela explique pourquoi l’optimisation aérodynamique revêt une importance particulière lors des trajets à grande vitesse, dans les contre-la-montre, sur les parcours plats et en compétition.

2. Le vent de face, c'est fatigant

Ce rapport devient encore plus frappant si l'on considère non pas la résistance, mais la puissance nécessaire. La puissance est égale à la force multipliée par la vitesse : P = F × v. Comme la résistance de l'air augmente proportionnellement à v², la puissance nécessaire augmente approximativement proportionnellement à v³. Ainsi, lorsqu'on accélère de 30 à 40 km/h, la résistance à l'air nécessite un effort supplémentaire d'environ (40/30)² ≈ 2,37. Cela ne signifie pas que la puissance totale de pédalage augmente de 137 % : la résistance au roulement, la transmission et la pente jouent également un rôle. Mais cela explique pourquoi les derniers kilomètres-heure supplémentaires sur un parcours plat coûtent tant d’énergie.

​3. Peu d'espace, système rapide

Outre la vitesse et la densité de l'air, c'est surtout la surface frontale effective A qui détermine l'ampleur de la résistance à l'air. Il ne s'agit pas uniquement de la surface réelle visible de face. Ce qui est déterminant, c’est la combinaison de la forme du corps, de son orientation et de l’écoulement de l’air – c’est pourquoi on parle souvent de surface frontale effective ou de coefficient CdA (coefficient de traînée × surface). Une position compacte, avec le haut du corps bien bas et une surface exposée aussi réduite que possible, peut réduire considérablement la traînée. Il est toutefois important qu’une position soit non seulement aérodynamique, mais aussi tenable sur une longue durée : une position théoriquement parfaite n’apporte pas grand-chose si l’on ne peut la maintenir que quelques minutes.

​4. Le pilote, un frein

En vélo, ce n'est pas le cadre qui constitue le principal obstacle à l'air, mais la personne qui l'enfourche. Le cycliste et son vélo forment ensemble un système d'écoulement complexe, dans lequel le corps génère une part considérable de la résistance totale. C'est pourquoi les modifications apportées à la position assise, au haut du corps, aux bras ou aux vêtements ont souvent un effet plus important que de petites optimisations du cadre. Un vélo optimisé sur le plan aérodynamique peut, par exemple, perdre une grande partie de son avantage en raison d’une posture défavorable, trop droite. À l’inverse, un cycliste sur un vélo plus conventionnel peut se montrer étonnamment rapide grâce à une bonne position.

​5. Ce que nous pouvons apprendre de la balle de golf

Intuitivement, on pourrait supposer qu'une surface aussi lisse que possible génère toujours la moindre résistance à l'air. La réalité est plus complexe. Pour certaines formes, une turbulence contrôlée peut permettre au flux de rester plus longtemps en contact avec la surface avant de se détacher. Cela permet de réduire la résistance à la pression. La balle de golf en est un exemple classique en dehors du monde du cyclisme. Dans le domaine du vélo, ce principe est notamment exploité dans la conception de textiles spéciaux, de profils de roues et de formes de tubes. La forme concrète et les conditions d’écoulement spécifiques jouent toujours un rôle déterminant.

​6. Attention aux turbulences !

Lorsque l'air entre en contact avec le cycliste et son vélo, il ne peut pas épouser les contours partout. À certains endroits, le flux se détache et un sillage turbulent de basse pression se forme derrière l'objet. Cette zone constitue une part importante de la résistance à l'air. Une bonne aérodynamique ne vise donc pas seulement à réduire au maximum la surface frontale, mais aussi à guider le flux d’air de manière contrôlée autour de l’objet avant de le regrouper. Cela est particulièrement important au niveau du corps du cycliste, des tubes du cadre, des roues et derrière des composants tels que la tige de selle ou les bidons. La forme d’un composant aérodynamique est donc toujours considérée dans son ensemble et non pas uniquement d’après sa vue de face.

​7. Le vent ne souffle pas toujours de face

En réalité, un vélo roule rarement face à un vent de face parfait. Même un vent latéral relativement faible modifie la direction relative du vent que le vélo « ressent » réellement. Un composant peut donc présenter des valeurs de résistance très faibles en cas de vent exactement frontal, mais réagir de manière totalement différente lorsque l’angle d’incidence est oblique. Cela est particulièrement évident avec les profils de roues bas ou hauts. Il ne s’agit pas seulement ici de réduire au maximum la résistance, mais aussi de prendre en compte les forces latérales et le comportement de direction. Les roues aérodynamiques modernes ne sont donc pas uniquement étudiées avec un angle d’incidence de 0°, mais sur toute une plage d’angles d’incidence. Une bonne conception aérodynamique doit par conséquent trouver un compromis entre une faible résistance, un écoulement stable et un comportement routier contrôlable.

Et vous, qu'en pensez-vous ? Vous êtes-vous déjà posé des questions sur l'aérodynamisme de votre vélo de gravel ou de vos vêtements ? Dites-le-nous dans les commentaires !