Aborder la mécanique théorique de la suspension d’un vélo peut s’avérer être un défi, surtout si l’on n’a aucune connaissance préalable en mécanique. Pourtant, ne vous inquiétez pas, nous allons vous guider pas à pas pour comprendre le mouvement des différents composants.

Commençons par la partie la plus simple, à savoir le bras oscillant monopivot, qu’il soit équipé d’une biellette ou non. Ici, c’est assez simple : la roue arrière est située sur le bras oscillant, qui est animé d’un mouvement de rotation autour du cadre du vélo. Dans ce cas, la roue suit une trajectoire en forme d’arc de cercle, avec pour centre l’axe du bras oscillant et pour rayon la distance entre l’axe du bras oscillant et l’axe de la roue.

Cependant, les choses se compliquent lorsque la roue n’est plus attachée à une pièce directement reliée au cadre. C’est le cas avec les systèmes de type Horstlink ou ceux à points de pivot virtuel. Pour les systèmes Horstlink, la roue arrière est fixée sur les haubans, qui sont eux-mêmes connectés au cadre via les bases et une biellette. Pour les cinématiques à points de pivot virtuel, la roue est placée sur un bras oscillant relié au cadre par deux biellettes. Et là, ça devient un peu compliqué, car il est difficile de prévoir la trajectoire de la roue arrière ! Mais approfondissons un peu…

Dans ces deux cas, le centre de rotation instantané (CIR) se situe à l’intersection des lignes formées par les axes des pièces qui dirigent le mouvement.

Il n’est pas évident de décrire la trajectoire de la roue… On remarque que chaque petit bout de trajectoire forme une partie de cercle, mais dont le centre et le rayon changent pendant la phase de compression. Pourquoi faire les choses de manière aussi complexe, vous demandez-vous ? Il y a deux raisons principales à cela. La première est qu’en jouant sur les longueurs des biellettes et des bases, les fabricants peuvent contrôler la trajectoire de la roue arrière, sans être contraints de ne former qu’une partie de cercle. Ils peuvent également influencer le comportement de leur suspension en jouant sur la position du centre de rotation instantané pendant la phase de compression.

Dans le premier exemple, on voit que le CIR est initialement très haut, favorisant la trajectoire de la roue sur la première partie de la course. Une trajectoire vers l’arrière, plus tangente à l’impact, favorise théoriquement la sensibilité de la suspension.

Dans le deuxième exemple, le CIR est beaucoup plus bas, quasiment au niveau de la chaîne. La trajectoire initiale de la roue est presque verticale, on peut supposer que les concepteurs ont cherché à minimiser les interactions entre la suspension et la tension de la chaîne pour améliorer le comportement au pédalage.

Une fois que vous avez intégré les mouvements, le plus difficile est de comprendre les effets de la cinématique sur la suspension arrière.

Il est important de noter qu’un amortisseur réagit à la vitesse d’enfoncement, c’est-à-dire à la clapeterie et à l’huile qui doit passer dans les circuits. Plus on essaie de le comprimer rapidement, plus il résiste. Selon M.Bernoulli, maître de la mécanique des fluides, la résistance est proportionnelle au carré de la vitesse. En d’autres termes, une petite variation de vitesse a une grande influence sur l’effort à produire pour comprimer l’amortisseur : en gros, une augmentation de 10% de la vitesse fait augmenter l’effort de 21% (1.1×1.1=1.21).

Il ne s’agit donc pas de raisonner en termes de bras de levier sur l’amortisseur pour tenter d’anticiper sa réaction aux efforts (une erreur très souvent commise), mais en termes de vitesse d’enfoncement. Pour obtenir des suspensions progressives, les fabricants essaient d’augmenter la vitesse d’enfoncement de leurs amortisseurs en fin de course.

Qu’est-ce que cela signifie concrètement ? Que le rapport entre la course de l’amortisseur et celle de la roue arrière n’est pas constant.

Prenons par exemple la course de la roue arrière d’un vélo de 160 mm de débattement, que nous divisons en 2, soit 2 portions de 80 mm. Eh bien, avec un amortisseur ayant 60 mm de course, ces deux portions n’utiliseront pas chacune 30 mm de course d’amortisseur. Mais la première partie un peu moins de 30 mm et la seconde un peu plus. Ce qui est intéressant, c’est donc de comparer les rapports entre les vitesses de la roue arrière et les vitesses d’enfoncement de l’amortisseur.

En utilisant un logiciel de mécanique pour modéliser ces courbes, voici ce que l’on obtient :

Sur les deux vélos, le ratio de vitesse est le même au SAG et est un peu plus élevé en fin de course sur le Rocky Mountain. Donc, avec des amortisseurs chargés de la même façon en hydraulique, les deux vélos se comporteraient de la même façon sur la première partie de la course. Pour la fin de course, elle est plus difficile à atteindre sur le Rocky Mountain. Alors qu’en ne regardant que les ratios globaux, la suspension du Dune paraît plus progressive.

On peut trouver soi-même, sans modélisation informatique et sans trop de difficulté, les ratios de vitesse de compression d’un amortisseur en fonction de la vitesse de la roue arrière. Mais cela nécessite quelques solides notions de mathématiques, notamment en ce qui concerne les vecteurs…

Les résultats obtenus ici nous renseignent sur la progressivité de la suspension. Ils sont inhérents à la cinématique de la suspension uniquement, c’est-à-dire que quel que soit l’amortisseur monté sur ces vélos, il sera comprimé aux mêmes vitesses. Et la suspension aura globalement le même type de comportement (phase la plus souple et la plus dure aux mêmes moments). D’où l’importance capitale de cette cinématique. Le meilleur amortisseur du marché ou la meilleure préparation qui soit ne rattrapera pas une cinématique complètement ratée. Un amortisseur plus ou moins chargé en hydraulique changera bien évidemment le comportement de la suspension sur le terrain, notamment en termes de sensation de confort et d’assiette, mais pas la progressivité de cette dernière.

Le seul point qui peut influer sur la progressivité, c’est le volume en fin de course. D’ailleurs, on vient seulement jouer sur la fin de course, pas sur la courbe de progressivité globale. Quand on comprime complètement un amortisseur, il reste un volume final contenant l’air comprimé. Essayez de comprimer au maximum une seringue bouchée, vous ne parviendrez pas à mettre le piston en butée. Il reste un petit volume où le système devient quasiment incompressible. Idem dans l’amortisseur, et plus ce volume est réduit plus il est difficile d’atteindre la fin de course.

Notez que pour un gaz, la différence de pression est proportionnelle à la différence de volume. L’augmentation de pression (et par conséquent d’effort) est liée au rapport du volume initial sur le volume final : Vi/Vf. On voit donc bien que plus Vf est petit plus la pression et donc l’effort augmente.

C’est assez pour aujourd’hui, n’est-ce pas ?