Cadre

Diagramme du cadre d'un vélo

Composition du cadre

Le cadre (frame) est constitué de deux parties : la carcasse, ensemble de tubes assemblés entre eux formant une structure rigide à laquelle sont rattachées les autres éléments du vélo, et la fourche. Le terme carcasse (junk bicycle) peut aussi s'employer pour un vélo partiellement désossé ou en mauvais état. En anglais, frame désigne plutôt un cadre sans sa fourche, on emploiera alors frameset pour décrire un cadre ayant sa fourche. La carcasse du cadre est composée de deux triangles : le triangle avant et le triangle arrière.

Tubes

Un cadre est composé de tubes (tubes en anglais), appelés aussi douilles lorsqu’ils reçoivent axes et roulements.

• Les tubes sont aboutés (butted), on dit plus couramment renforcés : leur épaisseur interne est renforcée à chaque extrémité.
• Les tubes en aluminium sont souvent surdimensionnés (oversized) et souvent profilés (ovales, carrés, etc.) pour compenser la faible résistance à la fatigue et le manque de rigidité de l’alu.

Raccords

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  Raccord supérieur de la douille de direction

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  Raccord inférieur de la douille de direction

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  Boîte de pédalier

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  Raccord de selle

Les tubes en acier sont le plus souvent fixés ensembles à l’aide de manchons ou raccords (lug). On parle alors d'un vélo en acier manchonné. On peut trouver 4 raccords dans un cadre traditionnel : le raccord de selle, les deux raccords de direction et la boîte de pédalier. La liaison entre les tubes et les raccords est le plus souvent brasée par capillarité (brasage = brazing).

Triangle avant

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  Triangle avant

C'est en fait un quadrilatère de forme triangulaire lorsque le cadre est fermé. Il est composé du tube diagonal, du tube supérieur, du tube de selle, du tube de direction, de la boîte de pédalier et du raccord de selle. Le triangle avant supporte el cycliste sur trois points d’appuis : le cintre du guidon, la selle et les pédales.

Triangle arrière

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  Triangle arrière

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  Détail d'une patte de cadre en aluminium sans patte de dérailleur

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  Détail de patte de cadre en acier avec patte de dérailleur pour montage de dérailleur à vis intégrée.

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  Patte arrière

C’est en fait une paire de triangles, mais on l’emploie le plus souvent au singulier. Il est composé du tube de selle, des bases, des haubans, de la boîte de pédalier, du raccord de selle et des pattes arrières qui permettent d'y rattacher la roue arrière.

Base

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  Bases du triangle arrière

Les bases (chainstays) sont deux tubes horizontaux qui se situent à l’arrière du boîtier de pédalier. Il rejoignent les haubans au niveau des pattes arrières.

Boîtier de pédalier

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  Boîte de pédalier

Convergence du tube diagonal, des deux bases et du tube de selle, il assure la liaison pivot du pédalier via son axe. Le terme boîtier de pédalier (bottom bracket) désigne aussi bien le jeu de pédalier (l’axe et ses roulements), la boîte de pédalier (bottom bracket shell) qui protège ce dernier, ou la combinaison des deux.

Hauban

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  Haubans du triangle arrière

Les haubans (seatstays) sont deux tubes obliques se situant à l’arrière du tube de selle au niveau du raccord de selle, ils rejoignent les bases au niveau des pattes arrières.

Raccord de selle

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  Raccord de selle Routens

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  Raccord de selle

Le raccord de selle (seat cluster) se situe en haut du tube de selle, il permet d'emboîter la tige de selle et donc de fixer la selle. Ne confondez pas tige de selle et tube de selle.

Tube de direction

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  Douille de direction

Le tube de direction (head tube), appelé aussi douille de direction, est soudé au tube supérieur et au tube diagonal. Il est de petite taille, cette taille est généralement proportionnelle à la dimension du tube de selle, notamment pour les cadres classiques. Le pivot de fourche et le jeu de direction s'imbriquent dans le tube de direction.

Tube de selle

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  Tube de selle

Le tube de selle (seat tube), appelé aussi tube vertical, est soudé à sa base sur le boîtier de pédalier. Sa partie supérieure, le raccord de selle, permet d'emboîter la tige de selle et donc de fixer la selle. Son angle, calculé à partir de l'horizontal, varie suivant l’usage cycliste (important pour l’exploit, réduit pour le confort).

Tube diagonal

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  Tube diagonal

Le tube diagonal (down tube), appelé aussi tube oblique joint le bas du tube de direction au boîtier de pédalier.

Tube supérieur

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  Tube supérieur

Le tube supérieur (top tube) peut être absent ou fortement abaissé sur les cadres ouverts. Il est horizontal sur les cadres fermés anciens, et est souvent dénommé à tord tube horizontal. Il joint le haut du tube de direction et le tube de selle.

Drains

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  Drain en haut des fourreaux

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  Drain proche de la boîte de pédalier

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  Drain en bas des haubans

Le cadre est muni de drains, petits trous permettant l’évacuation des eaux d’infiltration ou de condensation. On trouve ces drains aux extrémités des bases et des fourreaux de la fourche et aussi parfois sur la partie inférieure de la boîte de pédalier.

Brasures

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  Pontet des haubans

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  Pontet des bases

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  Pontet pour butée arrière

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  Butée soudée sur le côté sur le tube supérieur

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  Butées soudées au dessus du tube supérieur

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  Poulie guide-câble

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  Bossage pout levier de vitesse

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  Bossages pour porte-bidon

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  Oeillets pour porte-bagage, soudés sur en haut des haubans

Un cadre est agrémenté de différents éléments appelés brasures (braze on), Ce sont différents supports brasés ou soudés au cadre : butée de gaine (cable stop) ou guide-gaine, guide-câble (cable guide) sur le raccord de selle ou la boîte de pédalier, tasseau (boss ou stud) pour frein, oeillet (eyelet) pour fixer porte-bagage ou garde-boue, arceau (arch) de renfort, patte pour dynamo (dynamo) ou bras de rappel (reaction arm) de frein sur moyeu, fixation d’étrier (caliper) de frein à disque, fixation pour béquille (kickstand), bossage pour levier de vitesse (shifting lever) ou porte-bidon (bottle cage), ergot pour pompe à vélo (pump peg), etc. Le pontet ou entretoise (bridge) est un renfort transversal du triangle arrière, entre les bases ou les haubans. Comme la tête de fourche, il est généralement pourvu d’un trou permettant d'y fixer frein et accessoires.

Types de formes de cadres

Cadre fermé

Cadre classique

Le cadre fermé est souvent appelé cadre classique ou cadre diamant (diamond frame). Ce type de cadre triangulaire est celui qui offre la meilleure rigidité, mais oblige à lever haut la jambe pour enfourcher le vélo. Un cadre est dit sloping si le tube du haut n'est pas horizontal mais incliné vers l'arrière (la plupart des VTT (MTB) et vélos de course récents). Un cadre est dit plongeant (funny bike) si le tube du haut est incliné vers l'avant (certains vélos de piste).

Cadre ouvert

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  Vélo à cadre ouvert

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  Cadre ouvert en col de cygne.

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  Cadre mixte.

Sur un cadre ouvert (step-through frame), le tube supérieur est abaissé ou absent. Il peut vriller facilement suite à un accident, mais est plus pratique en ville où les arrêts sont fréquents. On distingue parmi les cadres ouverts :

• Cadre en col de cygne (curved) : le tube supérieur forme une courbe rappelant le col du cygne (vélo hollandais).
• Cadre mixte (mixte) : le tube supérieur est remplacé par deux tubes latéraux rejoignant directement le tube de direction aux pattes arrières. Sur un cadre berceau, ces deux tubes sont encore plus inclinés et forment un angle avant d’entourer le tube de selle et de rejoindre les pattes arrières. L’appellation cadre mixte est issue des anciennes appelations genrées (cadre homme et cadre femme) qu’il faudrait éviter car discriminant, on pourrait donc le renommer cadre torpille avec tube supérieur dédoublé mais c’est un peu longuet.
• Cadre monopoutre (cross frame) : le tube supérieur est absent et seul le tube diagonal relie le tube de direction au triangle arrière. On le retrouve surtout dans les vélos pliants (folding bicycle).
• Cadre torpille (torpedo), appelé aussi cadre trapèze : le tube supérieur arrive au milieu du tube de selle. Les mixtes et les torpilles sont moins sujet au vrillage que les autres cadres ouverts.

Cadre VTT

Ce sont des cadres plus trapus et renforcés. Les cadres VTT (MTB) haut de gamme récents sont tous des cadres suspendus (full suspension).

Cadre suspendu

C'est un cadre (VTT, ville, randonnée...) qui en plus d'une fourche suspendue, comporte une suspension arrière avec articulations et amortisseur. Le tube de selle est souvent déformé pour accueillir la suspension arrière. La géométrie des cadres full suspension est très variable (mono-pivot, avec ou sans biellettes, quadrilatère déformable, point de pivot virtuel, etc.) suivant la cinématique recherchée, essentiellement pour limiter les interactions indésirables entre la transmission et la suspension (pompage, dribble, kick-back) ou pour améliorer le déplacement de la roue lors des phases de compression et de rebond.

Matériaux composant les cadres

• Cadre acier (steel) : Excellente durabilité, meilleur compromis poids/confort si réalisé en tubes allégés. Les meilleurs cadres acier sont ceux fabriqués avec des tubes grandes marques (Colombus, Reynolds, Vitus, Tange…) et en acier chromoly. Craint la rouille. Facile à réparer.

• Cadre alu (aluminum ou alloy) : Plus résistant à la corrosion, plus léger que l'acier, mais risque de fissuration. Moins de souplesse donc de confort qu'un cadre acier. Réparation difficile.

• Cadre titane (titanium) : Très léger et insensible à la corrosion, mais très coûteux et très (parfois trop) souple. A choisir pour le confort et la légèreté. Réparation très difficile.

• Cadre composite fibre de carbone (carbon fiber)) : Légèreté maximale et rigidité modulable, excellent rendement au pédalage, mais coûteux, fragile en cas de chute, non recyclable. La plupart des vélos de course haut de gamme récents ont un cadre en carbone. Réparation difficile.

• Cadre bambou (bamboo) ou en bois.

• Autres : Il existe des cadres combinant plusieurs matériaux: alu et carbone le plus souvent, mais aussi fibres de carbone et de chanvre…

Réparations

Diagnostic

• On vérifie d’abord si le cadre n’est pas déformé :
  • On vérifie d’abord le bon centrage (centering ou center-point) des roues : si une roue part de travers, c’est peut-être dû à une déformation des pattes ou du cadre. Un axe tordu est souvent l'indice d'une déformation des pattes ou du cadre.
  • On se place accroupi devant la roue avant du vélo et on vérifie le bon alignement (alignment) de la douille de direction par rapport au tube de selle. Si l’alignement n’est pas respecté, le cadre est vrillé, ce qui survient fréquemment sur les cadres ouverts suite à un accident. Il quasiment impossible de remettre droit un cadre vrillé. On se relève légèrement et on regarde si les deux triangles arrières ont bien la même distance à droite et à gauche du tube de selle. Si ces deux distances ne sont pas égales, au moins un des triangles arrières est déformé. Il est souvent possible de réaligner les triangles arrières par forgeage à froid. Attention dans ce cas à conserver la même distance entre les deux pattes arrières pendant l’opération.
  • On vérifie ensuite la position de la roue avant par rapport au tube diagonal, si la roue semble trop proche du tube, c’est certainement que le pivot de fourche n’est plus droit ou que les fourreaux ont été déformés.
  • On vérifie ensuite la fourche : la douille de direction doit être dans l’alignement du départ des fourreaux. Si l’alignement n’est pas respecté, le pivot de fourche est déformé, voire cassé. Il est parfois possible de remettre droit un pivot de fourche, mais l’opération peut compromettre l’intégrité de la fourche. On compare ensuite les deux fourreaux en changeant de position, en regardant sur les côtés et depuis le haut. On vérifie aussi par la même occasion si les deux fourreaux n’ont pas été tordus vers l’arrières. Il est très difficile voire impossible de rectifier des fourreaux vrillés ou déformés. Démonter la fourche en cas de doute, les déformations éventuelles seront nettement plus visibles.
• On vérifie ensuite la surface des tubes et des raccords :
  • Les raccords doivent être bien nets : pas de fissures dans les soudures (solered join ou weld) et pas de jours dans les brasures (braze). Vérifier soigneusement les raccords des pattes, de la boîte de pédalier et de la douille de direction qui sont soumis à de plus fortes tensions.
  • On vérifie ensuite la présence de fissures, de fêlures (crack), de bosses (bulge) ou de boursouflures (signe d’une fêlure cachée) sur tous les tubes du véls. Les fêlures se forment le plus souvent à proximité des pattes, de la boîte de pédalier et de la douille de direction vers l’endroit où l’épaisseur de métal diminue dans les tubes aboutés. Vérifier attentivement la partie intérieure de chaque base qui n’est pas très visible.
  • Sur les cadres en acier, on évalue enfin la gravité d’une corrosion éventuelle (présence de rouille = rust) à la surface des tubes et des raccords.