Le mensonge du poids: Pourquoi nous ignorons les véritables « gloutons d'énergie »

​Un kilo en moins sur le vélo coûte souvent des sommes à quatre chiffres – et n'apporte que peu de bénéfices. La physique le montre clairement : les véritables freins à la performance se cachent ailleurs.

Conclusion

Le réglage du poids au gramme près est l'apanage des passionnés de technique et des perfectionnistes. En effet, la quête du vélo le plus léger est un passe-temps coûteux qui, d'un point de vue physique, ne mène souvent à rien. Les cyclistes sur route tirent leur avantage de l'aérodynamisme et de leurs tenues moulantes, les adeptes du gravel grâce à un montage tubeless parfait avec une pression de pneus audacieusement réduite sur le gravier, et les vététistes tirent le meilleur parti de leur vélo simplement grâce à des composants de transmission parfaitement entretenus et propres, ainsi qu’à une adhérence maximale des pneus sur les pentes raides. Le cycliste avisé commence donc par réduire les véritables sources de perte de puissance – et ne s’attaque au poids qu’en tout dernier lieu.

Dans le monde du cyclisme, le dogme est le suivant : plus c’est léger, mieux c’est. Les fabricants se livrent à une surenchère avec des cadres en fibre de carbone à parois minces, des triangles arrière en carbone, des vis en titane et des axes creux, afin de réduire le poids total. Mais quiconque analyse les résistances physiques brutes sur un vélo s'en rend vite compte : l'industrie nous vend souvent des pansements coûteux pour de fausses blessures. Selon que l'on soit sur un vélo de course, un vélo de gravel ou un VTT, les lois de la physique changent radicalement.

Les quatre adversaires du motard

Pour maintenir un vélo en mouvement, le corps doit lutter contre quatre résistances principales : la résistance à la pente (F-st), la résistance à l'air (F-w), la résistance au roulement (F-r) et les pertes par frottement mécanique (F-étranger) au niveau de la transmission.

La puissance totale P (watts) correspond à la somme des différentes composantes de puissance, c'est-à-dire la force multipliée par la vitesse correspondante. Le poids n'intervient que dans la résistance à la montée et, dans une moindre mesure, dans la résistance au roulement. Dès que le parcours redevient plat, l'avantage lié au poids s'estompe presque entièrement – mais c'est en montée qu'il prend tout son sens.

Vélo de course : la dictature impitoyable du vent

Sur un vélo de course, les vitesses moyennes sont souvent élevées. Les cyclistes amateurs atteignent une moyenne d'environ 30 km/h, tandis que les cyclistes de course très bien entraînés dépassent largement cette valeur. La résistance à l'air augmentant au carré de la vitesse, l'aérodynamisme est ici le facteur déterminant.

• Le poids : Même sur les longs cols alpins (par exemple, 10 km de longueur, 7 % de pente à une puissance constante de 250 watts), un allègement du vélo d’un kilogramme, qui coûte une fortune, ne permet de gagner qu’environ 25 secondes (soit environ 2,5 watts). Lors d'un Tour de France, cela représente bien sûr beaucoup, mais dans le cadre d'une pratique amateur, c'est plutôt négligeable. Et sur le plat, l'effet est à peine mesurable.
• Le principal levier : L'aérodynamisme. Mais ce n'est pas le cadre, les roues ou le poste de pilotage qui offrent le plus grand potentiel d'économies d'énergie, mais bien le cycliste lui-même. Il est en effet responsable de 80 % de la résistance à l'air. Par rapport à une veste coupe-vent qui flotte au vent, un maillot de cyclisme moulant permet d’économiser facilement 25 watts à 35 km/h. Une position de conduite aérodynamique est également très avantageuse.
• Facteur ergonomique : Une posture aérodynamique est donc importante, mais attention : celui qui adopte une position aérodynamique allongée sur son vélo, tout en étant complètement bloqué sur le plan biomécanique, perd immédiatement 5 à 10 % de ses performances en raison d'une mauvaise transmission de la force musculaire.

Vélos de gravel et VTT : le paradoxe de la résistance au roulement

En matière de résistance au roulement, de nombreux cyclistes continuent de croire à une idée fausse issue de l’époque des vélos de course, qui a pourtant de lourdes conséquences : « Plus le pneu est gonflé, plus il roule vite. » Sur un asphalte lisse comme un miroir, c'est vrai. Mais dès que l'on s'aventure sur des revêtements irréguliers – notamment du gravier, des chemins forestiers ou des sentiers –, cette logique s'inverse. Ici, le principe est le suivant : moins de pression, plus de vitesse.

Le mystère physique : l'impédance l'emporte sur l'effort de marche

Sur un sol irrégulier, un pneu perd de l'énergie de deux façons :

• Déplacement latéral (hystérésis) : Le pneu se déforme lorsqu'il roule. Cela coûte de l'énergie. Un pneu bien gonflé se déforme moins.
• Impédance (micro-suspension) : Un pneu gonflé à bloc ne peut pas absorber les irrégularités du terrain (cailloux, racines, gravier grossier). À chaque petit caillou, le vélo tout entier, cycliste compris, est légèrement soulevé. D'un point de vue physique, ce soulèvement vertical constant du poids du système constitue une forme de travail de levage ininterrompu – qui coûte énormément en propulsion. Un pneu moins dur, en revanche, épouse la forme de l’obstacle. Le vélo roule en ligne droite sans à-coups, tandis que seul le pneu « absorbe » l’irrégularité. Si vous gonflez votre vélo de gravel à 4 bars au lieu des 2,5 bars (pour les pneus tubeless) qui préservent le matériel, vous perdez brusquement 15 à 25 watts sur un sol accidenté en raison de l’effet d’impédance. La sensation de conduite très dure donne certes subjectivement l’impression d’aller plus vite, car le guidon vibre, mais le compteur et le wattmètre indiquent le contraire : on roule contre un mur invisible de vibrations.

VTT : une transmission encrassée nuit aux performances

En VTT, les priorités changent complètement. Sur les sentiers techniques en forêt, la vitesse moyenne à vélo (sans moteur) varie rarement entre 12 et 15 km/h. En plaine et sur les sentiers techniques, la résistance à l'air est donc tout à fait négligeable à faible vitesse. Mais : les vététistes portent souvent des pantalons baggy amples et robustes ainsi que des maillots larges. Cela se retourne cruellement contre eux dès qu'ils roulent plus vite sur des chemins forestiers ou qu'un vent de face leur souffle de plein fouet au visage.

• Exemple de calcul pour le t-shirt ample : Un vététiste parcourt un long tronçon plat sur une route en gravier à 25 km/h, face à un léger vent de face (vitesse effective du vent de 30 km/h). Le fait de troquer un pantalon baggy ample et un maillot ample contre une tenue de cross-country moulante permet de gagner du temps grâce à une résistance à l'écoulement moindre (Cw (valeur) se situe entre 15 et 22 watts à cette allure. Ceux qui laissent leurs vêtements amples flotter au vent roulent, d'un point de vue énergétique, comme s'ils roulaient en permanence avec un frein qui frotte.

Poids vs. pente

Les parcours de VTT, notamment dans les Alpes, ne connaissent souvent que deux états : montée raide ou descente raide. Avec des pentes de 12 à 20 % en tout-terrain, le poids de l'ensemble devient le principal adversaire. C'est là qu'un vélo léger fait vraiment la différence, car l'effort de pédalage est prépondérant. Cependant, en VTT, un cadre en carbone ultra-léger ne sert pas à grand-chose si les pneus doivent être lourds pour éviter les crevaisons. Le poids des masses en rotation (roues/pneus) pèse doublement lors des accélérations en tout-terrain. Grâce aux systèmes tubeless modernes, on peut toutefois tirer le meilleur parti de cette configuration : un poids réduit grâce à la suppression de la chambre à air, combiné à une faible pression de gonflage pour une résistance au roulement minimale en tout-terrain.

La puissance du croustillant : l'entretien du VTT l'emporte sur la légèreté

Mais le plus gros facteur de perte de puissance en VTT est d'ordre mécanique. La transmission souffre énormément à cause de la boue, de la poussière et des flaques d'eau.

• Une transmission de VTT propre et cirée ne perd qu'environ 1 à 2 % de puissance (soit environ 3 à 5 watts pour une puissance de 250 watts). Les chaînes propres lubrifiées de manière classique à l'huile présentent une perte de 1,5 à 2,5 %.
• Une chaîne complètement encrassée et qui grince augmente considérablement les frottements au niveau de la chaîne, de la cassette et des minuscules galets de dérailleur. Selon certaines études, les pertes s'élèvent à 10-20 watts et peuvent même atteindre 25 à 30 watts dans les cas extrêmes.

Comparaison directe des catégories de vélos