Bien choisir ses ratios à vélo

Les premières bicyclettes, comme on les connaît aujourd’hui, étaient dotées de pignons fixes. On a ensuite vu l’apparition des roues libres et de leur équivalent contemporain : les moyeux à cassette. Ces deux technologies permettent, à la différence des pignons fixes, de cesser de pédaler tout en laissant la roue arrière tourner.

Ces mécanismes permettent, par extension, d’adapter le ratio entre un tour de pédalier et un tour de roue. Cela permet d’aller plus ou moins rapidement, tout en maintenant une cadence stable. Il est donc possible, par exemple, de monter aisément (et lentement) une côte ou de pédaler en descendant (rapidement) de l’autre côté!

Ce texte est une introduction et un guide dans le choix des ratios d’une bicyclette. Il présente également deux outils permettant de les choisir facilement.

Pignon fixe, single speed, roue libre et cassette

Un vélo à pignon fixe, comme son nom l’indique, possède un pignon qui est fixé au moyeux. Conséquemment, si l’on cesse de pédaler, la roue se bloque. Un tel vélo doit donc conserver une tension stable dans sa chaîne, ce qui ne peut pas être accompli avec un tensionneur de chaîne tel qu’un dérailleur conventionnel. Celui-ci serait autrement écrasé par l’entraînement de la roue. L’usage de moyeux à vitesses internes permet de contourner ce problème, mais les bicyclettes à pignon fixe possèdent généralement un seul ratio.

En comparaison, un vélo à roue libre ou à moyeux à cassette est doté d’un mécanisme antiretour fonctionnant avec des cliquets. Lorsqu’on pédale et que les pignons tournent plus vite que la roue, le mécanisme se bloque, ce qui permet d’accélérer. Cependant, si les pignons tournent moins rapidement que la roue, par exemple si l’on cesse de pédaler, le mécanisme laisse tourner la roue. Il s’agit d’un système similaire à celui d’une clef à rochet.

Les roues libres ont généralement de 5 à 7 pignons, mais sont également disponibles au format 1 pignon. En opposition au vélo multivitesse, on parle dans ce dernier cas d’un vélo monovitesse, ou single speed. Comme mentionné précédemment, on ne doit toutefois pas le confondre avec le vélo à pignon fixe.

Les cassettes sont quant à elles couramment disponibles avec entre 7 et 12 pignons. Cela dit, à l’aide d’espaceurs, il est possible d’installer un pignon unique sur un moyeu à cassette afin d’en faire un vélo monovitesse.

Les bicyclettes multivitesses, à l’exception de celles possédant un moyeu à vitesses internes, doivent impérativement être dotées d’un dérailleur arrière, lequel maintient la tension dans la chaîne et la guide vers le pignon désiré.

En plus d’un dérailleur arrière, on joint également les bicyclettes multivitesses de dérailleurs avant. Ce second dérailleur ne contrôle pas la tension dans la chaîne, mais permet de guider la chaîne vers le bon plateau, soit l’engrenage situé sur le pédalier. Un vélo est doté de 1 à 3 plateaux.

Les dérailleurs avant sont fréquents sur les vélos dotés de 5 à 10 pignons, mais pas sur ceux qui possèdent 11 et 12 pignons. Pour ceux-ci, on préfère l’usage d’un seul plateau, ce qui réduit la complexité du système, de même que sa masse. Cela dit, avec un seul plateau, on réduit le nombre de combinaisons possibles, de même que la plage de ratios, soit l’écart entre le plus petit et le plus grand.

En considérant le dérailleur avant, s’il y a lieu, on trouve donc couramment des bicyclettes ayant de 5 à 30 ratios, de même qu’un seul, pour les monovitesses.

Les ratios

Il existe plusieurs méthodes permettant de comparer les ratios sur une bicyclette, mais il convient de d’abord définir ce que sont ces ratios. Il s’agit de la fraction entre le nombre de dents du plateau avant et le nombre de dents du pignon arrière. Ainsi, un plateau de 55 dents combiné à un pignon de 11 dents a un ratio de 5/1, 5:1 ou 5. Cela signifie que, pour chaque tour de pédalier, la roue arrière effectue 5 rotations.

Si on s’en tenait à ça, la question serait très simple, mais cela ne dresserait qu’un portrait partiel. En effet, la longueur des bras du pédalier, ou manivelles, varie d’un vélo à l’autre. Il en va de même pour la circonférence de la roue arrière, comme l’explique l’article Le mystère des dimensions de pneus. On utilise donc trois méthodes de mesure des ratios : les gear inches, les mètres de déplacement et le gain ratio.

Il est à noter que pour les trois méthodes, on obtient un résultat pour chaque combinaison possible. Cela dit, certaines combinaisons peuvent être équivalentes, par exemple 32/32 et 24/24, dont le ratio est de 1:1. D’autres combinaisons peuvent être impossibles à utiliser en réalité. Par exemple, en raison de l’angle de la chaîne, on ne peut généralement pas engager le plus grand plateau et le plus grand pignon au même moment.

Gear inches

Les gear inches permettent une comparaison rapide entre différents ratios sur différentes bicyclettes, sans plus. Il s’agit simplement de la multiplication du diamètre de la roue, mesuré en pouces, et du nombre de dents d’un plateau donné, divisée par le nombre de dents d’un pignon donné. Pour fins de simplicité, on arrondit cette valeur à l’entier le plus proche.

Gear_inches = Diamètre_roue * Plateau / Pignon

Mètres de déplacement

Comme les gear inches, les mètres de déplacement résultent d’un ratio entre un plateau et un pignon. Cela dit, cette valeur est mesurable, puisqu’elle représente le déplacement de la bicyclette. Elle est mesurée en mètres, pour un tour de pédalier, selon une combinaison entre un plateau et un pignon déterminée.

Mètres_déplacement = Circonférence_roue * Plateau / Pignon

Cette méthode est à préférer aux gear inches, mais l’usage du système métrique représente un problème aux États-Unis. Par ailleurs, le terme « développement » est également utilisé pour représenter les mètres de déplacement.

Gain ratio

Le gain ratio est l’avantage mécanique obtenu par l’assemblage. On doit d’abord connaître la longueur des manivelles, de même que le diamètre de la roue arrière. Selon la formule ci-dessous, on peut obtenir le radius ratio.

Radius_ratio = (d_roue / 2) / L_manivelle

À cette première valeur, on multiplie le nombre de dents d’un plateau donné, puis on le divise par le nombre de dents d’un pignon donné. Le résultat est le gain ratio.

Gain_ratio = Radius_ratio * Plateau / Pignon

Cette méthode offre plus de précision que celle des mètres de déplacement, mais n’a pas de représentation dans la réalité. Elle nécessite aussi plus d’informations et de calculs, bien qu’il ne soit nécessaire de calculer le radius ratio qu’une seule fois.

Calculateur de vitesse

Plus que de simples valeurs adimensionnelles, les ratios se traduisent, en conclusion, par une vitesse. Pour la calculer, il suffit de multiplier le développement par la cadence. Ceci étant dit, cela représente une série de combinaisons supplémentaires à calculer. En supposant une bicyclette à 10 pignons et 3 plateaux, pour 5 cadences à vérifier, 150 combinaisons sont possibles!

Afin d’éviter de passer des heures à calculer ces valeurs, j’ai conçu ce calculateur de vitesse. Il permet de calculer les vitesses, pour le plus grand et le plus petit ratio, à 11 cadences différentes.

Pour le calcul, il faut connaître le nombre de dents des plateaux et des pignons à calculer, de même que la dimension de son pneu arrière. Si la dimension du pneu n’est pas dans la liste, il est possible d’inscrire une dimension personnalisée. Plutôt que de mesurer la circonférence, il existe des tableaux de dimensions comme celui-ci.

Il est à noter que, puisque ce calculateur utilise la plateforme Google Sheets et est accessible publiquement, il est souhaitable d’en faire une copie avant de l’utiliser. En effet, celui-ci est programmé pour effacer les valeurs précédemment entrées dès que le document est ouvert par un utilisateur ou une utilisatrice.

Calculateur de vitesse [bis]

Pour des résultats encore plus complets, Sheldon Brown propose lui aussi un calculateur de vitesse, de même qu’un calculateur de gain ratio, de gear inches et de déplacement. Cela dit, son usage peut être légèrement plus complexe et celui-ci n’admet pas les dimensions de pneu personnalisées.

Les cyclistes pédalent généralement à une cadence variant de 80 à 100 rpm. Il peut être inconfortable, mais parfois nécessaire, de pédaler hors de cette plage de cadences. Par exemple, en position debout, il n’est pas exceptionnel de réduire sa cadence jusqu’à 40 rpm pour monter une pente abrupte.

Si vous débutez le cyclisme et ignorez votre cadence habituelle, il peut être plus intéressant d’utiliser une valeur entre 60 et 80 rpm, puisque les cadences plus élevées peuvent être inefficaces pour les néophytes.

Références

Cadence: just how fast should you pedal? – Rick Stern
Freewheel or Cassette? – Sheldon Brown
Gain Ratios – Sheldon Brown