Deux fourreaux pour deux fonctions

On y reviendra plus tard mais il est indispensable de savoir qu’une suspension avant de VTT est constituée de deux parties : un ressort et un amortisseur.

En jaune : le ressort / En bleu : l’amortisseur de compression / En rouge : l’amortisseur de détente / En gris : le châssis

Sans rentrer dans les équations, il est tout de même important de connaître le comportement de ces deux parties :

• le ressort répond par une force opposée à la déformation qu’on lui applique
• les amortisseurs répondent par une force opposée à la vitesse qu’on leur applique

Lors d’un choc, on a deux forces qui viennent donc s’ajouter, en fonction des conditions de roulage et de la forme du trou ou de la bosse.

Focalisons nous aujourd’hui sur la partie ressort. On parlera de la partie amortisseur dans le prochain article.

La fonction ressort

Deux solutions sont utilisées en VTT pour les fourches :

• un ressort à air (pneumatique) pour la très très grande majorité des vélos
• un ressort hélicoïdal, principalement pour les grosses fourches de DH

On ne rentrera pas ici dans la comparaison ressort à air vs ressort hélicoïdal, qui méritera un article dédié.

Le ressort à air

Comme dans le précédent article sur l’étude de la cinématique, j’utilise pour illustrer la fourche qui équipe mon Jeffsy : il s’agit d’une Fox 34 Float Factory de 2018 avec un débattement de 160 mm. Il s’agit d’une « petite » fourche, elle est donc équipée d’un ressort pneumatique, du côté gauche quand on est installé sur le vélo.

Le principe du ressort à air est relativement simple à comprendre : une certaine quantité d’air est enfermée dans une cartouche avec une certaine pression. Lorsque la fourche se déplace, un piston vient comprimer cet air, ce qui implique une certaine résistance.

En thermodynamique, on a la relation suivante pour une compression adiabatique de l’air (c’est-à-dire qu’il n’y a pas de transfert de chaleur entre le gaz et l’extérieur, attention ça ne veut pas dire que la température du gaz n’évolue pas pendant la compression) :

avec P la pression de l’air et V son volume.

On peut donc facilement tracer l’évolution de la pression en fonction du débattement de la fourche. Attention, j’ai essayé de prendre les valeurs les plus justes possibles, mais je n’ai pas eu le choix que de prendre certaines hypothèses. Les ordres de grandeur sont bons, mais les chiffres ne sont pas justes à 100%.

La lecture de ce graphique donne l’effort (en ordonnées) qu’il faut pour comprimer la fourche de x mm (en abscisses).

L’apport d’une chambre négative

On appelle la chambre négative la zone qui se trouve en dessous du piston. Il existe plusieurs solutions mais dans le cas de cette fourche Fox, une petite forme dans le plongeur permet de laisser passer l’air entre la chambre positive et la chambre négative lorsqu’elle est proche de sa zone de repos. A ce moment, on va avoir une pression équivalente en-dessous et au-dessus du piston. Chez Fox, cette fonction s’appelle EVOL, pour Extra Volume.

Traçons l’évolution de la pression dans cette chambre négative, comme on l’a fait précédemment pour la chambre positive. C’est la courbe bleue sur le graphique ci-dessous. Faisons le bilan sur le piston : d’un côté on a la chambre positive, d’un autre la chambre négative. On peut donc faire la somme de ces efforts : c’est la courbe verte.

Le graphique nous montre tout de suite l’intérêt d’une chambre négative. Elle permet de réduire très fortement l’effort nécessaire pour comprimer la fourche sur les faibles débattements : la sensibilité aux petits chocs est clairement améliorée.

Elle réduit l’effort nécessaire de 90% en tout début de course et de 27% au quart du débattement. L’impact de la chambre négative baisse fortement lorsqu’on se déplace vers des débattements importants. Ainsi, à la moitié du débattement, le gain en effort nécessaire n’est plus que de 7%.

Par curiosité, qu’apporte une chambre négative plus volumineuse ?

Le graphique ci-dessous montre l’impact d’une chambre négative dont on a multiplié par 2 le volume, sans rien changer d’autre.

On voit qu’on a encore amélioré la sensibilité avec un effort nécessaire réduit entre 15 et 25% sur le premier quart du débattement. Il y a donc clairement un intérêt à avoir une chambre négative avec un grand volume. Plus le volume est grand, plus la sensibilité est améliorée.

Les réglages disponibles sur un ressort à air

Sans modifier quoi que ce soit sur la fourche, on a deux possibilités pour régler le ressort à air d’une suspension :

Ajuster la pression

En utilisant une pompe haute pression, c’est l’élément numéro 1 qui va vous permettre de régler votre sag. On en reparlera en détail dans un autre article mais il est tout de même important de comprendre ce que c’est ici. Sag n’est pas un acronyme mais signifie « affaissement » en anglais. Cet affaissement correspond à l’enfoncement de la fourche sous le poids du pilote. On parle en pourcentage du débattement total. Dans le cas de ma fourche, Fox indique que le sag doit être compris entre 15 et 20% du débattement total, ce qui correspond à 24 à 32 mm de débattement.

J’ai donc fait la simulation, avec différentes valeurs de pression, pour trouver le bon sag. J’utilise évidemment le même effort (je n’ai pas maigri ou grossi entre chaque test ! ) et on obtient le résultat suivant :

• 4,0 bar : sag de 31%, trop important. La suspension va être trop molle, elle va filtrer les chocs mais le débattement va être consommé trop facilement.
• 5,2 bar : sag de 20%, très bien, valeur haute de sag indiquée par Fox
• 6,1 bar : sag de 15%, très bien, valeur basse de sag indiquée par Fox
• 8,3 bar (max recommandé par Fox) : sag de 9%, trop faible. La suspension va être trop résistante, elle ne va pas filtrer correctement les chocs et on ne va pas exploiter du tout le débattement.

Il est indispensable de bien régler sa pression, car au-delà du sag, on voit qu’elle a une influence sur l’intégralité de la courbe.

Modifier le volume de la chambre via les spacers ou tokens

Les spacers sont de petites pièces en plastique insérées dans la chambre positive. Ils permettent de modifier le volume de la chambre de façon à augmenter ou réduire la résistance au milieu et fin de course.

Sur ma Fox 34, ce sont des spacers de 10 cm3. Il y en a 1 installé d’origine : il est possible de le retirer mais il est aussi possible d’en ajouter 3 de plus, soit 4 au total.

Une courbe vaut mieux qu’un long discours. J’ai ajusté très légèrement la pression à chaque changement de nombre de spacers, de façon à respecter strictement toujours le même sag de 15%.

On voit qu’effectivement l’écart entre les différents spacers se creuse fortement après 50% du débattement.

A 75% d’enfoncement de la fourche, avec :

• 1 spacer : il faut 8% d’effort en plus que sans spacer
• 2 spacers : 18% de plus que sans spacer
• 3 spacers : 31% de plus
• 4 spacers : 51% de plus

On voit que les spacers ont un impact non négligeable. Il faut donc le garder dans un coin de la tête au moment où on passera au réglage.

Le ressort à air, quelques informations à retenir pour la suite

D’un point de vue de la conception :

• le ressort à air est un élément relativement simple, mais puissant car il se règle très facilement contrairement à un ressort hélicoïdal (on y reviendra plus tard). Il a une raideur qui évolue tout au long du débattement, ce qui est bénéfique en fin de course car ça limite le talonnement.
• il présente par contre une raideur relativement élevée en début de course. La chambre négative permet de palier partiellement ce défaut, c’est-à-dire de diminuer sa résistance en début de course

Deux réglages possibles :

• la pression d’air qui permet d’ajuster la courbe de raideur complète du ressort à air. Elle s’ajuste pour obtenir le bon sag (ou affaissement de la fourche)
• le nombre de spacers ou tokens qui permet de faire évoluer le volume de la chambre. On peut ainsi jouer sur la résistance en milieu et fin de course.

On parlera au prochain article de l’autre fourreau de la fourche, l’amortisseur, puis on passera aux réglages.

Les photos du Jeffsy ainsi que tous les graphiques ont été réalisés par mes soins. La vidéo ainsi que les captures d’écran proviennent de chez Fox. Deux schémas proviennent du très bon guide SRAM.

L’article Dossier amortissement – La fourche et son ressort à air est apparu en premier sur 2et4roues.

L’amortissement fait appel aux sensations de chaque vététiste et est par conséquent quelque chose de très subjectif. Tout le monde a son avis, basé sur son expérience et son ressenti. Il suffit de parcourir les sites web et les forums pour lire tout et son contraire.

L’objectif de cette série d’articles est d’être le plus objectif possible, en se basant le plus possible sur la théorie. On verra ensuite si ça suffit ou si des ajustements sont nécessaires.

Commençons par la base : connaître son VTT, sa géométrie et sa cinématique. Ce qui nous intéresse le plus aujourd’hui est ce qu’on appelle la progressivité de la cinématique. Si cela ne vous parle pas, vous devriez comprendre juste après.

Vérifier la cinématique de son VTT

Il existe un grand nombre de cinématiques différentes pour les suspensions arrière. YT Industries a fait le choix d’un système de pivot virtuel qui s’appelle V4L (Virtual 4 Links).

Nous pourrons revenir sur ce point et passer en revue les principales différentes solutions qui existent dans un futur article, si cela vous plaît.

Le vélo qui nous intéresse aujourd’hui est le Jeffsy, et je souhaitais vérifier et chiffrer la progressivité de sa suspension arrière. Cette donnée n’est pas souvent fournie par les fabricants et les quelques informations que j’ai trouvées sur le web ne m’ont pas forcément convaincu. J’ai donc décidé de la vérifier par moi-même.

La modélisation

Un super tuto sur YouTube explique justement comment construire ou vérifier ses propres cinématiques de VTT. Il propose pour cela d’utiliser le logiciel Algodoo, un outil de modélisation 2D, gratuit, très bien fait et intuitif (dire que je ne me suis pas pris la tête serait faux, mais c’est tout de même raisonnable).

Le plus simple est de partir d’une photo du cadre nu. Malheureusement, impossible d’en trouver une de mon VTT. Je suis donc parti d’une photo officielle YT.

J’ai ensuite isolé le cadre, découpé toutes les parties mobiles et créé des liaisons pivot aux endroits nécessaires. Pas mal de bricolage, mais vous le verrez ensuite le résultat semble plutôt cohérent. J’ai ajouté un ressort juste pour le plaisir, il n’est pas utile pour ce que je souhaite faire ici. Ça y est le modèle (quasiment) représentatif de la cinématique de la suspension arrière est prêt.

J’ai ensuite ajouté deux points de mesure :

• un au niveau de l’axe de roue arrière, qui permet de connaître tre le débattement de la roue
• un au niveau de la fixation inférieure de l’amortisseur, qui associé au point de fixation supérieure, permet d’obtenir le débattement de l’amortisseur

Pour l’illustration, voici une rapide animation où l’on voit la cinématique en mouvement. Vous pouvez voir ma souris qui applique un effort sur le triangle arrière pour le faire bouger. Ce n’est évidemment pas représentatif de quoi que ce soit, mais ça permet de vérifier que ça bouge bien, de façon cohérente et on voit les déplacements des deux points cités précédemment.

Mon seul objectif aujourd’hui était de déplacer l’axe de la roue arrière de 160 mm (qui est le débattement annoncé par YT). J’ai donc enregistré les mouvements des deux points en faisant cette opération. Le logiciel Algodoo permet d’exporter les informations enregistrées au format .csv.

Les résultats

Les données récupérées permettent de tracer les deux graphiques suivants.

Le débattement de l’amortisseur en fonction du déplacement de la roue arrière

La première information qui est évidente et qu’on vérifie : on a bien un effet de levier entre le déplacement de la roue qui est important et celui de l’amortisseur qui est plus faible.

Quand la roue arrière ne bouge pas, l’amortisseur se déploie complètement. Quand la roue arrière est déplacée de 160 mm, l’amortisseur est comprimé d’environ 65 mm. Cette valeur est cohérente avec la réalité puisque l’amortisseur Fox DPX2 qui équipe cette version de Jeffsy est effectivement donné pour un débattement de 65 mm maximum.

Le ratio de levier en fonction du déplacement de la roue arrière

Pour la compréhension, j’appelle le ratio de levier le rapport entre le déplacement de la roue arrière et le débattement de l’amortisseur.

Prenons l’exemple d’un ratio de levier de 3. Ça signifie que :

• l’amortisseur se comprime de 1 mm alors que la roue arrière se soulève de 3 mm
• la vitesse de compression de l’amortisseur est 3 fois plus faible que la vitesse de déplacement de la roue arrière
• l’effort qui s’applique à l’amortisseur est 3 fois supérieur à l’effort appliqué sur la roue arrière

Le Jeffsy a bien une cinématique dite progressive car le ratio de levier diminue au fur et à mesure que le déplacement de la roue arrière évolue.

Par conséquent, un même choc (même effort, même vitesse) n’aura pas le même effet en fonction de là où se situe sur le débattement :

• en début de course : il entraînera un effort important et une vitesse faible au niveau de l’amortisseur
• en fin de course : il entraînera un effort moindre et une vitesse plus importante au niveau de l’amortisseur

Ces informations nous permettent de savoir que cette cinématique progressive autorise une bonne sensibilité en début de course et un comportement plus ferme en fin de course. On y reviendra quand on parlera de l’amortisseur en lui-même.

La cinématique de son VTT, une connaissance indispensable

Le Jeffsy est bien un VTT avec une cinématique progressive. Pour ceux qui connaissent la marque, ce n’est pas une surprise mais c’est bien de le vérifier.

La connaissance de la cinématique de son VTT est un pas important dans la compréhension des réglages de l’amortissement. Ce n’est évidemment pas tout et il reste beaucoup à faire. Mais cette courbe de ratio de levier est un élément important et nous sera utile pour la suite de l’analyse.

A bientôt pour la suite !

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