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Rédaction :
Kyle Russ, Lead Engineer biomécanique
Wendy Ochs, Senior Engineer biomécanique
Paul Harder, Principal Engineer R&D

L’évolution du Domane carbone : de l’IsoSpeed à la 5e gén.

L’emblématique plateforme du Trek Domane a évolué à chaque génération tout en conservant une philosophie inchangée : le Domane est un vélo d’endurance confortable, efficace et inspirant la confiance, construit pour entretenir le plaisir des longs périples en selle.

Le Domane de première génération était construit autour de pneus 700x25c et de freins sur jante mordant des roues à profil étroit. Outre la problématique de puissance des freins, ces pneus fins nécessitaient des pressions élevées, de sorte que les ingénieurs de Trek durent développer une technologie révolutionnaire pour assouplir le vélo et améliorer le confort du cycliste. Ils baptisèrent leur invention « IsoSpeed ». L’IsoSpeed se composait d’une jonction non rigide entre le tube de selle et le tube horizontal qui conférait au tube de selle une flexibilité bien supérieure aux cadres traditionnels de l’époque, assouplissant la conduite et améliorant le confort.

La technologie était si efficace que le Domane contribua aux victoires de coureurs et coureuses comme Fabian Cancellara, Lizzie Deignan ou Elisa Longo Borghini, sur des parcours de légende comme les pavés de Paris-Roubaix.

Engranger les titres fut un honneur pour Trek, mais les technologies du vélo ont bien évolué depuis 2012. Les freins à disque hydrauliques ont remplacé les freins sur jante, libérant de l’espace pour des pneus plus larges. Le volume des pneus a augmenté en conséquence, à mesure que les cyclistes manifestaient le besoin de montures plus souples et polyvalentes sur la route. La révolution des pneus ouvrit ainsi la porte à la création de vélos plus légers et plus simples tout en préservant une souplesse similaire et en améliorant la rigidité au pédalage. Intervient le Domane 5e gén.

Figure 1 : Kyle Russ et Paul Harder transférant les instruments de mesure entre les vélos de test dans le Trek Performance Research Lab

Domane 5e gén. : l’importance du détail

L’équipe de conception du Domane 5e gén. s’est lancée dans le projet avec trois objectifs : limiter la « puissance vibrationnelle »1 transmise au cycliste, améliorer la rigidité au pédalage et réduire le poids du vélo. La « puissance vibrationnelle » est une mesure utilisée par l’équipe Trek Performance Research pour quantifier l’énergie transmise au cycliste roulant sur un terrain accidenté. Comment un vélo dépourvu de la technologie IsoSpeed peut-il offrir une conduite confortable tout en bénéficiant d’une rigidité accrue au pédalage ? La réponse se trouve dans trois composants : la tige de selle, le cadre et les pneus.

La géométrie de la tige de selle et la stratification du carbone ont été optimisées pour associer souplesse verticale et rigidité latérale. La tige de selle affiche une section interne ovale lui permettant de fléchir sous les chocs importants tout en préservant sa rigidité latérale sous la charge lors du maniement du vélo.

Figure 2 : Tige de selle du Domane 5e gén. offrant un confort accru lors de nos essais de souplesse verticale sur notre tapis roulant interne

Au niveau du cadre, la stratification a été optimisée pour associer souplesse verticale et rigidité au pédalage. Le nouveau vélo affiche une amélioration de 6 % au test de rigidité au pédalage de Tour Magazine², ce qui place le Domane 5e gén. à mi-chemin entre le modèle de 4e gén. et le Madone 8e gén. : pas tout à fait aussi rigide que notre machine de course ultime au niveau du boîtier de pédalier, mais nettement amélioré dans le transfert de puissance au niveau des pédales par rapport à la plateforme Domane précédente.

Figure 3 : Le Domane 5e gén. en action

La souplesse verticale : simple facteur dans une vaste équation

Historiquement, les cadres étaient placés dans des installations de test en laboratoire avec des poids suspendus à la selle pour mesurer la flexibilité globale du cadre et de la tige de selle. Cette pratique standard a un défaut : elle ne prend pas en compte la roue et le pneu du système. Le test utilise en outre des contraintes statiques, fondamentalement différentes des contraintes dynamiques du terrain. Mesurer la souplesse du système complet est donc un défi, en particulier si l’on prend en compte la dynamique du pédalage sur terrain accidenté. C’est là qu’intervient le Trek Performance Research Lab, créé pour étudier les interactions entre le cycliste et le vélo dans un environnement de pédalage dynamique.

Le laboratoire a été construit autour d’un tapis roulant sur mesure permettant aux ingénieurs de Trek d’y installer tous types de surface. Cette polyvalence permet à Trek d’analyser la dynamique du vélo en détail. Nous avons pour cela équipé le tapis roulant d’une multitude de capteurs. De l’acquisition du mouvement en 3D aux capteurs de charge et accéléromètres montés sur le vélo, on mesure, comme on aime à le dire en interne, « tout ce qui se passe entre la bosse et le cycliste ». Grâce à ces dispositions, l’équipe de conception du Domane a été en mesure d’assurer que le nouveau modèle remplisse ses objectifs de performance.

Mesure de la puissance vibrationnelle

L’équipe Trek Performance Research travaille en interne avec les équipes de développement de chaque produit pour répondre aux problématiques de recherche en matière de confort, de rendement et de contrôle. Le confort étant une composante largement subjective, nous nous efforçons de l’étayer par des données pour comparer les prototypes avec les vélos Trek existants, ainsi qu’avec les vélos de nos concurrents.

Du point de vue de l’acquisition de données, notre définition du confort est simple en principe : réduire la puissance vibrationnelle transmise au cycliste à une vitesse donnée, sur un terrain donné et pour un vélo donné3. Simple en principe, mais nécessitant des méthodes d’acquisition sophistiquées pour mesurer la puissance vibrationnelle.

Figure 4 : Paul Harder et Wendy Ochs préparant le vélo et le cycliste pour un nouveau test.

La selle et le cintre des Domane 4e gén. et 5e gén. ont été équipés de capteurs de force. En mesurant la force au niveau des points de contact et en intégrant la mesure des accéléromètres en ces mêmes points, il est possible de calculer la puissance transférée au cycliste à travers chacun des points de contact. Cette méthode nous a permis de comparer les Domanes 4e gén. et 5e gén. sur une surface accidentée en faisant varier la vitesse entre 11 et 32 km/h, ainsi que la pression des pneus.

Les pressions recommandées pour les pneus de 32 mm et 35 mm ont été réglées à l’aide du calculateur de pression de Wolf Tooth, qui prend en compte les conditions de surface, le poids du vélo et du cycliste, la taille des pneus et leur construction. Les variations de pression ont été réalisées à +/-20 % de la pression recommandée. Pour la comparaison avec les pneus 700x25c, nous avons utilisé une recommandation de pression basée sur des données historiques.



Figure 5 : Puissance vibrationnelle pour un système cycliste-vélo de 91 kg sur le tapis roulant à surface accidentée.

Le diagramme ci-dessus montre que l’IsoSpeed était soumis à de fortes contraintes à l’époque des pneus de 25 mm à pression élevée. Même avec l’IsoSpeed, le transfert de puissance vibrationnelle sur des pneus de 25 mm est 19 % supérieur au Domane 5e gén. sans IsoSpeed. Passer de pneus de 32 mm à 35 mm augmente la surface interne du pneu d’environ 10 %. If pressure is kept the same, the total outward force acting on the tire casing therefore increases by 10%. Ces données prises en compte, pour conserver la force externe sur la carcasse constante entre les pneus de 32 mm et de 35 mm, la pression doit être réduite de 10 %.

Cette réduction place le Domane 5e gén. à 5 % du Domane 4e gén. avec IsoSpeed en matière de transfert de puissance vibrationnelle. Pas mal, pour un vélo pesant 292 g de moins sans l’entretien de l’IsoSpeed. Bien sûr, le Domane n’a pas seulement été testé en laboratoire. À l’heure où l’on écrit, les Domane 5e gén. de pré-production ont cumulé plus de 400 heures et 10 000 kilomètres de sorties d’essai, tous testeurs confondus.

Mesure des mouvements du cycliste et du vélo


Pour étudier comment un vélo se comporte sur un terrain accidenté produisant des forces élevées, des forces faibles et des accélérations – et par conséquent de la puissance vibrationnelle –, nous utilisons un outil de capture du mouvement en 3D. Nous avons capturé le mouvement du cycliste et du vélo à l’aide de 12 caméras 3D infrarouge OptiTrack PrimeX 22 pour comparer le comportement des Domane 4e gén. et 5e gén. sur le tapis roulant.

Figure 6 : Wendy Ochs pendant l’acquisition du mouvement en 3D.

Les vélos ont été équipés de marqueurs réfléchissants sur chaque segment pour nous permettre d’observer comment les différentes zones du vélo répondent aux variations du terrain en 3D. Pour déterminer la souplesse du châssis (qui définit dans quelle mesure le vélo fluidifie la conduite), nous avons observé les marqueurs situés autour du boîtier de pédalier. Pour comprendre l’expérience du cycliste sur la selle, nous avons observé le mouvement de la selle et du pelvis du cycliste. Pour faire simple, plus la conduite est fluide, plus la selle et le pelvis sont « couplés ». Autrement dit, sur terrain accidenté, le cycliste peut avoir tendance à rebondir sur la selle, causant une dissociation entre le pelvis et la selle. Pour lisser les secousses, le cycliste doit alors se lever de la selle, ce qui représente un effort particulièrement énergivore.

Le diagramme ci-dessous représente le déplacement moyen par tour de tapis à 32 km/h pour le Domane 4e gén. sur des pneus de 32 mm et pour le Domane 5e gén. sur des pneus de 35 mm. Les écarts-types entre les tours de tapis sont représentés par la zone ombrée autour de la courbe. La zone ombrée en dessous de la courbe est colorée en bleu ou jaune, le vert représentant en conséquence les zones de chevauchement. Les tendances constatées restent valides à toutes les vitesses, mais nous nous sommes concentrés sur la vitesse de 32 km/h car le déplacement vertical du vélo y est maximal. Comme on peut le constater, la différence de « souplesse du châssis », reflétée par le déplacement vertical du boîtier de pédalier, est de 0,08 mm, tandis que le déplacement selle-sacrum, ou « couplage », varie seulement de 0,11 mm. En d’autres termes, la différence de réponse entre les modèles de 5e gén. et de 4e gén. est imperceptible.



Figure 7 : Relevé 3D du déplacement moyen du boîtier de pédalier et du couple selle-sacrum sur un tour de tapis roulant

Conclusion


Le Domane 5e gén. est un vélo de route plus léger et plus simple, qui promet un pédalage souple et efficace grâce à la géométrie et à la stratification du carbone de la tige de selle et du cadre, ainsi qu’aux pneus de 35 mm*. Le Domane 5e gén. conserve sa géométrie d’endurance appréciée pour offrir au cycliste le confort, l’assurance et le rendement qui ont défini le Domane dès ses débuts.

*Dégagement de 35 mm par défaut sur tous les modèles excepté le SLR 9 AXS 1x

Citations :
1. Drouet J-M, Covill D, Leroux M, Richard S. Sur les mesures permettant d'évaluer le confort dynamique
des vélos de route lors des chocs Sports Eng 25:1. (anglais) https://doi.org/10.1007/s12283-021-00366-x
2. Test de rigidité au pédalage de Tour Magazine : https://www.tour-magazin.de/fr/guide-d-achat/composants/comment-tour-teste-t-il/comment-tour-teste-le-test-de-velo-de-course-tour-en-detail/
3. Livre blanc Trek CheckOUT : https://www.trikbikes.mom/fr/fr_FR/checkout-full-suspension-science/