Rémi AUBERT : "Étude et caractérisation des phénomènes tribologiques dans la transmission en cyclisme pour optimiser le rendement mécanique"

Résumé :  Les frottements générés dans la transmission d’un vélo représentent une composante non négligeable des forces qui s’opposent au déplacement du cycliste. Dans la chaine, les frottements sont localisés entre les différents éléments qui entrent en contact dans les articulations des maillons. Leur intensité varie en fonction de différents facteurs (tension de chaine, taille de pignon, conditions environnementales etc.). Or, l’effet de certains de ces facteurs sur le rendement de la transmission reste à étudier. L’objectif de la thèse est d’étudier les phénomènes à l’origine du frottement dans la transmission mécanique du vélo et de les quantifier à l’aide de dispositifs dédiés développés au laboratoire FEMTO-ST afin d’améliorer le rendement mécanique. Les travaux doivent permettre à WinSleek, marque spécialisée dans les produits d’entretien pour cycles d’AFULudine, de connaître les différents facteurs ayant une influence sur le rendement afin d’optimiser les lubrifiants qu’elle propose à l’Equipe Cycliste Groupama-FDJ.
A l’échelle de la transmission entière, un banc de mesure a été conçu et réalisé afin d’étudier l’impact de facteurs dont l’influence n’est pas totalement établie. Après avoir été validé (précision supérieure à 0,1% sur la mesure du rendement), le banc a été utilisé pour quantifier l’effet taille de couronnes en incorporant différentes tailles de plateaux d’une part, et de galets de dérailleurs d’autre part. Ces deux études ont permis d’analyser l’effet taille de la couronne qui avait été abordé jusqu’ici principalement à travers la taille des pignons. Une troisième étude portant sur les lubrifiants a mis en évidence que la nature du lubrifiant (huile, cire liquide ou solide) n’influe pas significativement sur le rendement dans les conditions d’un contre-la-montre d’une heure sans contamination.
Afin d’aller plus loin dans l’analyse du frottement, une étude ciblée sur les paramètres du contact a été mise en place. Selon les courbes de Stribeck, qui décrivent l’évolution du frottement en lubrification fluide, le régime de frottement est susceptible de varier considérablement selon les conditions de sollicitation. Afin d’étudier précisément les frottements dans le cas des contacts les plus sévères de la chaine, une relation décrivant le régime de lubrification directement à l’aide de facteurs mesurables en cyclisme (puissance mécanique, cadence de pédalage et braquet utilisé) a été développée. Cette étude a permis de modéliser l’évolution du frottement à l’endroit de la transmission où les conditions tribologiques sont les plus sévères (contact maillon interne – rouleau). Elle ouvre également la possibilité de suivre le frottement dans la transmission en temps réel lors de la pratique cycliste.[...]

Composition du jury :

Xavier ROIZARD, Maître de conférences, Université Bourgogne Franche-Comté, Directeur de thèse

Christophe CLANET, Directeur de recherche, Ecole Polytechnique, Rapporteur

Sylvain PHILIPPON, Professeur des universités, Ecole Nationale d'Ingénieurs de Metz, Rapporteur

Bernard NORMAND, Professeur des universités, INSA de Lyon, Examinateur

Frédéric GRAPPE, Maître de conférences, Université Bourgogne Franche-Comté, CoDirecteur de thèse

Fabrice LALLEMAND, Professeur des universités, Université Bourgogne Franche-Comté, Co-encadrant de thèse

Localisation :SupMicrotech-ENSMM 26, rue de l'Epitaphe 25000 BESANCON - salle Amphithéatre Emilie du Châtelet