Technologie vélo composite avancée : Partie 2 – Durabilité accrue cadre et jantes

Mon dernier billet, sur les vélos HIA Velo, concernait l'utilisation de polypropylène à haut poids moléculaire (HMWPP) combiné avec fibre de carbone pour des cadres de vélo plus durables. Mais il y a plus à couvrir sur ce sujet : les jantes (roues) qui combinent carbone et HMWPP pour une plus grande ténacité. J'ai récemment eu l'opportunité de parler avec Ray Scruggs, fondateur, propriétaire et concepteur produit de Derby Rims LLC (San Anselmo, CA, États-Unis). L'entreprise porte le surnom de Scruggs (derby), venu de sa participation à des rassemblements VTT amicaux, ou derbys, dans les montagnes californiennes.

Scruggs a commencé à concevoir et tester des jantes de vélo en fibre de carbone en 2012, et a vendu ses premières jantes VTT, plus larges que toute autre disponible à l'époque, en 2013. Dit Scruggs : « Mes conceptions de jantes en fibre de carbone avaient des parois supérieures beaucoup plus épaisses et durables et une sécurité de retenue du pneu améliorée par rapport aux jantes carbone existantes. » Il ajoute que les cyclistes avancés ont reconnu les avantages des améliorations en largeur, durabilité et sécurité. Scruggs a continué à réinvestir tous les revenus des ventes de jantes dans l'entreprise, tout en continuant son travail quotidien de test et développement de logiciels d'entreprise. Il explique qu'il a déposé des demandes de brevet pour de nouvelles conceptions pour se protéger mais ajoute : « Mes conceptions ont été immédiatement copiées de près par presque toutes les marques de jantes en fibre de carbone. »

Les conceptions de roues de Scruggs étaient fabriquées par une entreprise chinoise experte en composites carbone et vélos. Il dit avoir été « étonné » en évaluant la performance des premières jantes. Ce fabricant confidentiel utilise des moules en acier, pose de la fibre de carbone unidirectionnelle dans les moules, et emploie une vessie pour la pression de consolidation de l'intérieur creux de la jante. Après cuisson et refroidissement du moule, les jantes sont démoulées, ébavurées, poncées, percées (pour les rayons), et finies (certaines avec peinture), dit Scruggs : « L'usine Derby Rims a 24 points de contrôle qualité pendant la production de chaque jante avant expédition. »

Scruggs dit qu'il n'y a probablement pas d'utilisation de fibre de carbone à impact prévu plus grand qu'une jante VTT. Elles sont soumises à des flexions fréquentes et irrégulières dues aux rochers et racines sur les sentiers, et à de multiples charges de gravité lourdes (G-loads) lors de la compression quand les roues heurtent des obstacles et négocient des sauts brusques ou des atterrissages de sauts, où le poids complet du corps du cycliste s'écrase souvent lourdement sur la selle et compresse la suspension. Suite à l'introduction des produits Derby Rims, le bouche-à-oreille s'est rapidement répandu parmi les cyclistes et coureurs VTT de leur qualité et performance. Les premières jantes Derby en fibre de carbone étaient de 34 mm (largeur intérieure) et 40 mm (largeur extérieure), 31 mm de profondeur (haut en bas), et avaient une épaisseur de paroi de 3 mm, ce qui améliorait grandement la résistance aux chocs violents sur sentiers rocheux et la résistance au flexion excessive de la jante, comparé aux jantes en aluminium et autres composites. En effet, les jantes Derby étaient immédiatement 3 à 5 fois plus durables que toute autre jante VTT en fibre de carbone disponible en 2013. Cela dit, Scruggs dit que les jantes en fibre de carbone peuvent subir délamination et microfissuration lors de chocs très violents, dans la zone de la paroi supérieure de la jante (où le pneu s'attache à la jante).

« Je cherchais des améliorations supplémentaires de durabilité et je suis tombé sur les gars d'Oxeon (Borås, Suède), qui m'ont invité au CAMX 2016 à Anaheim. Je suis allé au salon, et ils m'ont présenté Jen Hanna d'Innegra Technologies [Greenville, SC, États-Unis]. » Hanna a dirigé Scruggs vers Russ Emanis d'Innegra, qui a fourni divers échantillons de tissus Innegra et de matériaux hybrides carbone-Innegra, ainsi que des suggestions de stratification multicouche incluant Innegra pour une conception de jante VTT.

Après expérimentation avec Innegra à divers emplacements dans la jante, Scruggs a ajusté les stratifications pour chaque modèle et type de roue. « Les premiers tests de flexion sur machine calibrée de jantes d'essai menés fin 2017, de l'hybride Innegra S/carbone, ont montré des nombres de tolérance de flexion de jante améliorés, comparés à la production normale avec jantes à stratification 100% fibre de carbone UD du même poids et nombre de couches », dit Scruggs. Ces résultats lui ont donné la confiance pour investir dans quelques jantes d'essai supplémentaires et roues réelles pour tests par cyclistes experts VTT.

Au printemps 2018, des jantes d'essai avec Innegra ont été fournies à deux coureurs catégorie Expert et Pro pour des tests réels d'utilisation extrême. Les cyclistes d'essai n'ont subi aucune défaillance de jante pendant près de 12 mois d'utilisation fréquente en entraînement de course. Dit Scruggs : « Les jantes d'essai hybrides Innegra fournies à mes cyclistes d'essai ont une stratification de jante significativement plus légère comparée au modèle 100% fibre de carbone « Downhill » Derby qu'ils utilisent normalement en course. Les coureurs et moi nous attendions à ce que les jantes hybrides Innegra beaucoup plus légères échouent très rapidement. Mais les jantes d'essai hybrides Innegra ont continué à être utilisées fréquemment pour des entraînements pendant plus de 2000 miles, et à endurer des utilisations extrêmement dures incluant atterrissage de sauts de 25 pieds et obstacles de course en descente à très haute vitesse sur terrain rocheux. »

Scruggs dit qu'il prévoit de continuer les tests cet hiver dans un laboratoire de test de durabilité bien établi à Los Angeles, équipé de machines à rouleaux dynamiques capables de tester jusqu'à 6 roues à la fois avec de grosses bosses attachées aux rouleaux et un poids lourd chargé sur les axes de roue d'essai. Deux roues d'essai hybrides Innegra et deux roues de production de base seront testées jusqu'à la rupture. « Après ce test, j'aurai la confiance pour investir dans des jantes hybrides Innegra pour la production. »

Visitez le site web de Scruggs Derby Rims ici : https://www.derbyrims.com/leader-of-rim-design.html.