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Découverte de la fourche
Sur un vélo, la fourche est l’élément sur lequel est fixée la roue avant. Elle permet de diriger le vélo.
Une fourche se compose de plusieurs parties :
– Le pivot de la fourche est le tube qui vient prendre place dans le cadre, par l’intermédiaire d’un jeu de direction. Ce tube tourne librement sur lui-même dans le cadre, mais est solidaire de la potence et du cintre ou guidon. Le pivot est indispensable pour pouvoir maintenir la fourche en place, mais également pour pouvoir transmettre les mouvements du guidon afin d’orienter le vélo et d’en contrôler la trajectoire.
– Les fourreaux, situés de part et d’autre de la roue, permettent de maintenir fermement cette dernière en son moyeu. Une fourche possède donc deux fourreaux, mis à part quelques exceptions comme la fourche Lefty développée et distribuée par Cannondale et qui ne dispose que d’un seul fourreau.
Dimension
Une fourche possède plusieurs dimensions caractéristiques détaillées, à savoir :
Le déport
Les fourches de vélo présentent en général un décalage (“offset” en anglais) qui place l’axe de la roue en avant de l’axe de la direction. Ce décalage est soit réparti le long des jambages, ce qui crée une courbe, soit réalisé en positionnant les pattes vers l’avant, soit en inclinant les tubes de fourche par rapport au tube de pivotement. Le positionnement avant est utilisé si les jambages doivent rester droits dans le cas où ils remplissent une fonction mécanique (suspension notamment).
Les fourches courbées procurent également un léger amortissement. Le but du coude est de réduire l’écart entre le point de contact de la roue sur le sol et le point d’intersection du sol et de l’axe de direction. Cet écart est appelé le déport de la fourche. Un déport trop élevé rend la bicyclette difficile à manier.
Les vélos de course sur route ont quasiment tous un déport de 43-45 mm. Ceci est dû à la géométrie quasi standard des cadres et des roues de 700 mm de diamètre. Ainsi, ces fourches sont interchangeables et compatibles avec d’autres cadres.
Pour les vélos de tourisme et les autres vélos en général, l’angle de chasse de la fourche et la taille de la roue doivent être pris en compte pour déterminer le déport. De plus, seulement un faible intervalle de valeurs est acceptable pour un comportement sain. La règle générale est qu’un faible angle de chasse requiert plus de déport et que les petites roues nécessitent plus de déport que les grandes roues.
Le déport de la roue influence la géométrie générale du vélo et donc ses caractéristiques.
La longueur
La longueur de la fourche est généralement mesurée parallèlement à la douille de direction, de l’axe de la roue jusqu’au roulement inférieur.
La largeur
La largeur de la fourche, aussi appelée entraxe, est mesurée co-linéairement à l’axe de la roue avant entre les bords intérieurs des pattes. La plupart des fourches ont un entraxe de 100 mm. Les fourches destinées à la descente sont conçues pour des axes traversant de 110 mm.
La longueur du pivot
La douille de direction (sur le cadre) et le pivot (sur la fourche) sont dimensionnés pour recevoir les roulements du jeu de direction. Le montage étant en porte-à-faux il est souhaitable d’espacer le plus possible les 2 paliers, cependant, il faut aussi prendre en compte la géométrie globale.
Le diamètre du pivot
Lors de l’adaptation d’une fourche à un cadre, le diamètre du tube de la fourche (le pivot) ne doit pas être plus grand que le diamètre de la douille de direction.
Des adaptateurs existent pour rendre compatibles les différents diamètres notés en pouces : 1″ 1.1/8″ et 1.1/2″ (= 1,5″). De plus en plus de constructeurs de cadres utilisent des douilles de direction coniques afin d’optimiser le ratio poids/rigidité. Les constructeurs de fourches proposent donc des fourches compatibles.
Notions générales de dimensionnement
Les jambages doivent être de longueur adaptée pour être compatibles à la fois avec la taille des roues et avec la géométrie générale voulue par les concepteurs.
La longueur fonctionnelle de la fourche est généralement exprimée en termes de longueur sous té.
De plus, l’axe de la roue doit s’adapter aux pattes de la fourche (cet axe est en général soit de 9 mm, soit de 15 mm (depuis peu) soit de 20 mm traversant, creux ou plein). Certains fabricants ont développé des fourches et des moyeux avec des propriétés standards, comme Maverick et son axe de 24 mm, Specialized et 25 mm et le système Lefty de Cannondale.
Fourches suspendues
Sur la plupart des VTT, la fourche contient un amortisseur. Dans ce cas, les jambages sont composés de tubes télescopiques appelés fourreaux et plongeurs.
Le débattement
Sur certaines fourches, le débattement est réglable. Ce réglage est très variable suivant les modèles. Le débattement disponible peut être limité à quelques valeurs (de 80 et 203 mm) ou réparti entre deux valeurs maximales et minimales (réglable de 80 à 130 mm par exemple).
Ce réglage peut se faire de trois façons différentes :
– en démontant la fourche et en utilisant des bagues de réglage,
– avec une molette positionnée sur un des plongeurs,
– avec par une commande fixée sur le guidon permettant d’effectuer le réglage en roulant.
Le débattement de la suspension et les caractéristiques de maniabilité dépendent de la pratique pour laquelle la fourche a été conçue. Les fabricants produisent différents types de fourches pour le cross-country (XC), l’enduro, le free-ride ou encore la descente. Les fourches de XC sont généralement très légères, moins rigides et moins robustes et avec un plus faible débattement que celles conçues pour des pratiques plus agressives.
Le débattement a augmenté avec le temps. Quand les premières fourches suspendues virent le jour, un débattement de 80-100 mm était considéré comme suffisant pour la descente. De nos jours, un tel débattement est utilisé en XC alors que les modèles destinés à la descente proposent 200 mm. Certains modèles très spécifiques comme la Marzocchi Super Monster T procurent jusqu’à 300 mm de débattement.
Évolution
Les trois principaux fabricants sont Fox Racing Shox, RockShox et Suntour. D’autres constructeurs existent comme Cannondale, Manitou, Marzocchi, Magura, DT Swiss, et Formula mais possèdent une part de marché bien moins importante. Les fourches suspendues ont subi une forte évolution ces dernières années et présentent aujourd’hui des conceptions diverses et sophistiquées.
Un autre progrès important en matière de conception constitue en un débattement ajustable. Typiquement, un débattement faible est utilisé en montée ou sur du plat, tandis que le débattement complet est libéré pour la descente. De plus, certains systèmes permettent au pilote de verrouiller sa fourche pour éliminer ou fortement réduire le débattement disponible pour un pédalage plus efficace en montée ou sur du plat.
Le verrouillage (“lockout” en anglais) peut, dans certains cas, être activé à partir du guidon. Le système de suspension se compose généralement de 2 parties : un ressort et un amortisseur. Le ressort est réalisé par des spires en aluminium ou en titane, un élastomère ou de l’air comprimé.
Réglages
Les fourches actuelles disposent toutes de réglages plus ou moins avancés, à savoir :
La précontrainte
La précontrainte est le réglage de base que possède une fourche. Elle permet d’adapter la précontrainte du ressort au poids du pilote. Pour faire ce réglage, on se base sur ce que l’on appelle le sag (terme anglais signifiant “affaissement”). Cette valeur correspond à l’enfoncement de la suspension sous le seul poids du pilote, elle s’exprime en pourcentage du débattement complet.
Il est commun d’utiliser les valeurs de sag suivantes :
– 10-15 % pour le XC,
– 20-30 % pour l’enduro,
– 35-45 % pour la descente.
Il est à noter qu’une précontrainte trop importante est néfaste au bon fonctionnement. Il vaut mieux changer de ressort (pour un ressort en métal) pour un modèle de raideur différente que de rouler avec un ressort précontraint au maximum. Sur les suspensions à ressort à air, le sag est réglable grâce à une partie « gonflable ». Pour les suspensions à ressort hélicoïdal, le sag se règle en pré-contraignant le ressort grâce à une molette de réglage.
La détente
Le réglage de la détente, dans sa version simple, est le deuxième réglage le plus répandu (le premier étant la précontrainte). Il correspond à la vitesse à laquelle la fourche revient en position initiale après une compression. Sur les fourches haut de gamme de descente, ce réglage possèdent deux sous-réglages:
détente de début de course : elle correspond à la vitesse de rebond dans la plage inférieur de débattement, donc lors de petits chocs. Une détente de début de course bien réglée permet à une succession de petits chocs d’être bien filtrée, elle assure aussi une bonne tenue de route dans les courbes rapides et accidentées.
détente de fin de course : correspond au comportement de la fourche après un gros choc, si cette détente est trop rapide elle a tendance à désarçonner le pilote après un saut.
La compression
Ce réglage influe sur la manière dont la fourche réagit lors d’un choc. Similaire à la détente elle peut être réglée de plusieurs manières. Elle dispose aussi de deux sous réglages souvent limités aux fourches haut de gamme :
– La compression haute vitesse :
elle correspond au comportement de la fourche lors d’un choc, qu’il soit petit ou gros.
– La compression basse vitesse :
elle correspond au comportement de la fourche lors des phases de pédalage, de compression dans les virages, les freinages et les appels des sauts. La basse vitesse doit être réglée de manière assez ferme afin de garder une machine dynamique et réactive.
Le terme vitesse fait en fait référence à la vitesse d’application du chargement.
La viscosité
On peut changer la viscosité de l’huile pour corriger une fourche ne disposant pas de réglage de compression et qui a tendance à « plonger » sur les freinages. Cependant, une viscosité d’huile trop élevée favorise le phénomène de saturation de la fourche. Dans ce cas, la fourche a du mal à absorber une succession de chocs.
Système d’Assistance Intelligent
L’emploi d’une valve inertielle permet d’optimiser le comportement de la fourche au pédalage sans sacrifier l’efficacité sur les chocs.
Les réglages ne sont jamais définitifs, ils dépendent du pilote, de son style de pilotage, du terrain, de la géométrie globale du vélo, des pneus, etc. Les molette de la détente et compression influent sur la manière dont se fait le passage de l’huile dans le circuit de laminage. Le fonctionnement des cartouches hydraulique est souvent gardé secret par les fabricants. On peut cependant se diriger vers l’article amortisseur pour une idée du fonctionnement.
Matériaux
Il existe plusieurs matériaux pour fabriquer des fourches, les plus utilisés sont l’acier, l’aluminium, les fibres de carbone, le titane et le magnésium. Une fourche peut par exemple être composée de carbone pour les fourreaux, d’aluminium pour le pivot et de magnésium pour le té (on parle évidemment d’alliage pour le magnésium, l’acier et l’aluminium).
Le choix du matériau a un effet très important sur les caractéristiques générales de la fourche.
Fourches à ressorts
Les fourches à ressorts sont souvent plus lourdes que les systèmes à air, mais il est plus facile d’obtenir une réponse linéaire tout au long du débattement. L’intérêt du ressort en titane est un gain de poids, au détriment du prix, qui est plus élevé.
Fourches à air
Les fourches à air utilisent les propriétés thermodynamiques du gaz dont la pression augmente lors d’une compression adiabatique (approximation pour une explication simplifiée). Comme le rebond est créé par de l’air, ces fourches sont plus légères que leurs consœurs à ressort, c’est pourquoi on les retrouve souvent dans les fourches destinées au XC. Un autre avantage est que la précharge peut être ajustée au poids du pilote en faisant varier la pression.
Fourches rigides
Pour les fourches rigides, la forme, le poids et la structure peuvent affecter les caractéristiques du vélo de manière notable. Les fibres de carbone sont populaires sur les modèles de route car elles sont légères et procurent un peu de confort en se déformant légèrement.
Un inconvénient est la difficulté à obtenir une réponse linéaire en raison de la variation de la pression avec le volume, qui suit une loi pseudo inverse. Lorsque la fourche se comprime, la valeur perçue de la précharge augmente. Ce phénomène peut être évité en augmentant le volume d’air dans la fourche, mais reste limité par les dimensions de cette dernière. L’amortisseur utilise généralement de l’huile qui passe par un circuit de laminage. Sur certains modèles, le ressort, l’amortisseur ou les deux, peuvent être réglés en fonction du poids du pilote, du terrain, du style de pilotage, etc.
Les deux composants, le ressort et l’amortisseur, peuvent être séparés et mis chacun dans un plongeur. Il est à noter que cette solution entraîne des dissymétries de chargement qui, bien que souvent négligeables, peuvent se ressentir dans certains cas. Certains fabricants ont apporté des réponses différentes comme Cannondale qui propose une fourche munie d’une seul « bras ». La même marque développe aussi une gestion électronique de l’amortissement. D’autres ont essayé des variations autour de la géométrie (fourche à parallélogramme déformable).
Points d'attache
Les fourches peuvent avoir des pattes d’attache pour les freins, un porte-bagages ou un garde-boue. Elles peuvent se situer sur l’arceau, le long des fourreaux ou proches du moyeu. Ce sont souvent des perçages, taraudés ou non, et parfois situés sur des excroissances.
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