Quel matériaux pour son cadre ? Acier, aluminium, titane, carbone ...

Je suis ravi de savoir que mon vélo titane me survivra en cas d'agression par un tank urbain, mais à part cela la démonstration sert à quoi ? Je n'ai pas l'impression que ce test simule des forces qui m'intéressent dans le cadre d'un usage normal et prévisible.

Mon VTT tout suspendu ne peut pas tomber sur le flanc contre une pierre, le cadre serait clairement indenté, mais pourtant c'est un monstre de rigidité lors du roulage.
Argument du katkat non significatif.

Maintenant, le coup du poids.
Entre mythe et réalité, entre Mytho et réaliste, il doit y avoir une zone grise fortement influencée par ce que la gars veut dire, ce dont il veut se convaincre, etc.

Exemple: vélo 6.9 kg, pilote 72 kg, chaussures, pédales, habits 2.8 kg, casque 0.3 kg, affaires diverses et outils 0.6 kg.
Sous-total mort: 10.6 kg
Total roulant: 82.6 kg
Le vélo passe de 6.9 kg à 8.2 kg, on change de catégorie, clairement: presque 20 % plus lourd !

Sur le total, on a 83.9 kg, ou encore +1.57 % d'augmentation de poids.

Crédible, d'annoncer une forte différence de tenue de route en raison d'une augmentation de 1.57 % du poids ?
Est-ce qu'une différence de section du cadre, d'un tube carbone de forte section à un acier fin ou un titane de faible diamètre n'offrirait pas une différence de prise au vent plus significative ?
Je pense que si, et de loin.

Donc pour en revenir au sujet, le choix des matériaux, il semble aussi important de prendre en compte les formes possibles avec chaque matériau, ainsi que les sections nécessaires. Cela peut passablement changer la donne.

A très haut niveau (coureurs cyclistes : puissance de pédalage et grande vitesse en descente) il faut un vélo solide. C'est évident que la recherche effrénée de légèreté se fait au détriment de la rigidité. Et par conséquent au détriment de la tenue de route.

Pour voir ce qui fait un bon vélo en descente, il suffit de comparer les VTT de DH (descente) à ceux de XC (cross-country d'endurance) : Ils sont beaucoup, beaucoup plus lourds.

Dans une revue spécialisée :
Le plus léger en XC, le Scott Scale SL : 7,51 kg. Usage massif du carbone.
Le plus léger en DH, le Mondraker Summum Pro Team : 15,64 kg. Le double. Cadre alu et grosses suspensions.

Et c'est certainement le plus lourd qui sera le plus stable et rapide en descente. Si un coureur cycliste peut changer de vélo en haut du col, il doit prendre un vélo lourd et stable. C'est évident. Un vélo léger mais rigide en côte, un vélo capable d'encaisser des secousses violentes, de freiner fort en appui sans s'écraser en descente.

Il ne faut pas oublier que le carbone, c'est solide, mais cassant. En course, avec un vélo en carbone pas excessivement allégé, avec des jantes suffisamment rigides et qui n'ont pas une grosse prise au vent, on pare à toutes les éventualités.

L'autre option est d'avoir un vélo pour chaque terrain et chaque condition météo. Ce n'est pas le même budget.

L'application du carbone aux vélos de descente est à ses début, car la recherche de la légèreté n'est pas une nécessité.

Une comparaison des matériaux selon l'objectif et l'usage :

Acier :
+ Prix, souplesse (confort), endurance (tord avant de casser), réparabilité, facile à souder
- Lourd, peu rigide, rouille

Alliages d'acier :
+ souplesse (confort), endurance et longévité élevés, transmet mieux la puissance, esthétique (soudures fines), résistance aux chocs
- Encore un peu lourd, plus cher que l'aluminium, mise en oeuvre devenue coûteuse, peinture indispensable (rouille)

Aluminium :
+ moins lourd, rigide, transmet bien la puissance, facilité de mise en oeuvre (formes et épaisseurs, hydroformage)
- un peu plus cher, difficile à réparer, plus volumineux, casse parfois en vieillissant(moins endurant), technique de soudure particulière, ne rouille pas (mais s'oxyde et a besoin d'être peint ou vernis)

Titane :
+ poids un peu moindre que l'aluminium, pas besoin de le peindre, souple (confort), grande endurance (très forte limite élastique)
- coût de fabrication très élevé, risque de faire un cadre trop mou (transmission de puissance et vivacité diminués)

Carbone :
+ rapport poids / solidité très favorable, transmet très bien la puissance (rigidité)
- Cher à mettre en oeuvre, peu confortable (manque de souplesse), composé de fibre cassantes (craint les chocs), possibilité d'erreurs de fabrication élevée (grande variabilité dans la solidité des éléments les plus allégés), rigidité orientée selon les fibres (possibilité de faiblesse dans les autres directions)


Les utilisations les plus fréquentes (cadres) :

Carbone : Course sur route et VTT de Cross-country
Aluminium : Vélos et VTT d'usage courant et de descente. Le matériau le plus répandu.
Acier : Vélos bon marché
Alliages d'acier : Vélos de randonnée, vélos d'entraînement (investissement durable)
Titane : VTT de cross-country pour le rapport de confort/légèreté (investissement durable)

C'est quoi la différence entre de l'acier et de l'alliage d'acier?

Aucune, c'est toujours des alliages de Fer :-)

Plus serieusement, le second fait peut-etre bien reference a ce qui est souvent appelle Chromoly.

Tiens, je croyais avoir posté une réponse :

Les alliages d'acier (au molybdène, manganèze, et aussi nickel, cuivre) sont vendus sous forme de tubes trempés par les marques Colombus, Vitus, Reynolds qui désignent les différents alliages sous des numéros.
plus de détails ici : http://www.pignonfixe.com/showthread.php?tid=21962

C'était avant le carbone et l'aluminium le principal constituant des vélos de course sur route.

Ils sont assez coûteux à mettre en oeuvre, car il faut les assembler sans les détremper, ce qui leur ferait perdre de la rigidité, principale qualité face à l'acier ordinaire des vélos bon marché.

je crois que tous les métaux dont on parle sont des alliages, pour des raisons techniques ( rigidité, soudabilité, resistance à la corrosion...)
il n'y a qu'en déco que les métaux sont utilisés pur pour leur couleur
quant au carbone ce devrait etre un alliage de 50% fibre et 50% résine

il ne faut pas se fier à une appellation ou un nom commercial pour connaitre la composition d'un matériaux

j'ai pendant 11 ans fabriqué et restauré des objets en "bronze" , ça fait bien pour le client mais je n'ai eu que des laitons entre les mains

Euh... alliage et composite, le melange des materiaux n'est pas du tout a la meme echelle.

en effet,
c'est juste pour souligner que lorsque l'on dit "mon cadre est en carbone" ben à moitié seulement, et en fonction de la mise en oeuvre la proportion fibre/résine varie
( stratification à la main, sous vide, sous pression, en infusion, utilisation de pré-imprégné )

quant à l'échelle, il y a des laitons dans lesquels les proportions des 2 métaux se rapprochent: UZ40: 40%zinc, 59%cuivre, 1zeste de plomb
alliage: http://fr.wikipedia.org/wiki/Alliage

je corrige:

Trucmaiscoeur a écrit:

je crois que tous les métaux dont on parle sont des alliages, pour des raisons techniques ( rigidité, soudabilité, résistance à la corrosion...)
il n'y a qu'en décoration que les métaux sont utilisés pur pour leur couleur
quant au carbone c'est un composite de +ou- 50% fibre et 50% résine

il ne faut pas se fier à une appellation ou un nom commercial pour connaitre la composition d'un matériaux

j'ai pendant 11 ans fabriqué et restauré des objets en "bronze" , ça fait bien pour le client mais je n'ai eu que des laitons entre les mains

Arf, je ne pensais pas au pourcentage de chaque composant, mais plus au fait que dans un alliage les composants sont en general en contact au niveau atomique, alors que pour un composite ils sont le plus souvent visibles a l'oeil nu.

Dans la premiere categorie: la (quasi) totalite des metaux rencontres au quotidien, dans la seconde, le beton arme, le bois...

Apres, ou ranger les materiaux comportant des nanotubes de carbone, et ceux composes de differents cristaux, joker !

Comment est fait un cadre de fibre de carbone ?

Demande aux cousins…

Mise en œuvre du carbone à la québécoise là >>> http://www.gurubikes.com/frCA/main.php

Pimenté à l’italienne ?

tres interessante video, merci Berniche

Quand on voit la quantite de main d'oeuvre pour fabriquer un cadre carbone, on comprend mieux pourquoi le prix est aussi eleve...et pourqoui certains vont les assembler en chine

toujours la même référence
N° 217de Cyclo-Passion d Janvier 2012
"dossier Asie"
avec enquête chez les grands du carbone ..
références sur fabrication,moules etc
et les productions qui de Chine vont vers Indonésie,Thailande
nombreux chiffres cités pour mieux comprendre
Papy volant

Test iconoclaste de résistance de matériaux de cadres de bicyclettes,

carbon, aluminium, acier >>> https://www.youtube.com/embed/nvk63bmVpck

insdestructif

on est visiblement plus dans le sketch humoristique que dans le test scientifique

j aurai ajouté que un cadre en bambou disparait dans le feu
qu un cadre en alu dissparait en le jetant dans un haut fourneau
qu un cadre en acier rouille a donf quand il est sur un bateau en mer
qu le carbone est difficile a bruler
que il est difficile de se chauffer avec des morceaux de cadres par grand froid
qu il faut être assez bizzare pour faire des tests en sautant sur les bases d un cadre


que si le but c est de démontrer que le carbone est plus leger que l acier on le savait deja
que si le but c est de démontrer que le carbone casse et l acier et l alu plie on le savait deja

bref nul.........mais il existe sur youtube Yeeeeeaaaahhhhhh

Cliquer sur l'image pour  la vidéo

Cliquer sur l'image pour la vidéo

Je me demandais si c'est pas un peu trop fragile le carbone ?

Pour les VC , en cas de chute , si le cadre est "craqué" , il est fichu

Pour un trike ce serait plutôt en cas de gros choc mais le risque est plutôt assez faible de ce côté là.

Le carbone peut se réparer, Aurélien répare des cadres souvent. Mon siège carbone a été renforcé et maintenant je n'ai plus de problème.

Il n'y a pas de bons ou mauvais matériau pour fabriquer un cadre.
Tout est dans le dimensionnement et les pré-études.
A part l'Alu que je réserverais au jetable (toutes les courbes SN de l'Alu tendent vers 0MPa.), je rectifie à durée de vie limitée. Limite en fatigue "infinie"=0.
Je vois bien des cadres en acier inox austénitique ou duplex hydroformés.
Rm à 1200/1300Mpa.
E: 200GPa
A%: 5 à 15%.
Possibilité de reporter les soudures en dehors des zones de raccords de tubes, donc de cisaillement et de concentration de contrainte max.
[Doc intéressant:
Page 8 en particulier
https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&url=https://www.worldstainless.org/Files/issf/non-image-files/PDF/Euro_Inox/FormingPotential_FR.pdf&ved=2ahUKEwjVnoGY9rLwAhUS2BoKHQilDNUQFjALegQIBxAC&usg=AOvVaw0J_8RaekdM2_5DDuPWNP9w
]
Possibilité de faire des tubes plus fins mais non sujet au fléchissement si on réfléchit un peu.
(Les Martinsitiques rendus à 0.3, 0.4mm flambent assez facilement)
Par ex: 3 couches. 1 peau externe en 0.1mm, 1 interne en 0.1 (voir moins si approvisionable) et une âme en gondolée ou perforée de 1mm de hauteur -valeur illustrative à ajuster selon les besoins-.
Pour assembler ces différentes couches plusieurs techniques sont envisageables.
Migration atomique -assistée par courant ou non-. (Utilisée pour les feuilletés acier/alu ou autres. Freins Shimano Icetech par ex, certains ustensiles de cuisines)
Brasage en bain (échangeurs thermiques)
Soudures par points (carrosserie autoporteuse auto, échangeurs, et bien d'autres).
...
Les métaux (dont de "bêtes" aciers) sont loin d'être exploités dans leur retranchements ultimes.
Et encore je n'ai pas parlé impression 3D.
...
Perso j'envisage un couché en lamellé-collé bambou (en externe, placages de 0.5mm), bois (peuplier pour le noyaux structurel restant à demeure), époxy, lin (en zone de projection de graviers entre autres).