Fibre de carbone 101: Comment les vélos sont fabriqués et réparés

Le cyclisme est obsédé par la fibre de carbone. Le carbone est utilisé pour construire des cadres, des roues et des composants. Vous pouvez le trouver sur tout, des vélos d’entrée de gamme aux promenades halo à peine réalisables.

Si vous avez passé du temps à parler avec des cyclistes opiniâtres, vous avez sans aucun doute entendu beaucoup d’anecdotes, de blagues, de préoccupations et de critiques sur le carbone en tant que matériau. Les mythes et les histoires pourraient amener certains coureurs à se demander pourquoi le carbone est si populaire et pourquoi il vaut la peine d’être pris en compte lors de l’achat d’un nouveau vélo.

Brady Kappius de Broken Carbon et composants Kappius

Pour en savoir plus, nous avons parlé à l’expert en fibre de carbone, Brady Kappius. Il est le fondateur de Broken Carbon, un atelier de réparation de vélos en fibre de carbone de premier plan à Boulder, au Colorado. Kappius et son équipe ont réparé avec succès plus de 4 500 cadres de vélo en carbone, et ils comprennent le matériau à l’intérieur et à l’extérieur. C’est vrai, malgré ce que vous avez pu entendre, la fibre de carbone peut être réparée. Nous avons parlé à Kappius et il a aidé à faire la lumière sur le fonctionnement de la fibre de carbone, pourquoi elle est si populaire dans le cyclisme et comment le carbone peut être réparé lorsqu’il se brise.

Pourquoi construire des vélos en fibre de carbone?

Il y a une raison pour laquelle tant de vélos modernes sont en carbone. La fibre de carbone a des propriétés avantageuses par rapport aux métaux comme l’acier, l’aluminium et même le titane.

Brady Kappius: « Par rapport aux autres matériaux, la fibre de carbone est l’un des plus récents de l’industrie du cyclisme. La technologie qui a apporté la fibre de carbone aux vélos est vraiment venue de l’industrie aérospatiale. Vous n’avez vraiment commencé à voir les vélos en carbone décoller sur le marché des consommateurs qu’au début des années 90.

« La particularité de la fibre de carbone est qu’elle est très légère, mais aussi durable. Vous pouvez faire un vélo très, très solide en fibre de carbone. Un avantage énorme est que le matériau peut être conçu pour agir différemment dans différentes directions. Vous pouvez concevoir un cadre en carbone rigide dans une direction spécifique, ou rigide en torsion, tout en restant conforme dans une direction différente. La direction que vous orientez les fibres déterminera les caractéristiques d’un cadre ou d’un composant.

« La fibre de carbone est assez unique de cette façon. Si vous fabriquez un vélo en aluminium, par exemple, vous pouvez jouer avec l’épaisseur et le diamètre du tube, mais pas grand-chose d’autre. Quelles que soient les propriétés des tubes en aluminium, c’est à peu près tout ce que vous obtiendrez. Avec le carbone, les ingénieurs et les fabricants peuvent vraiment contrôler les propriétés du matériau et donner différents niveaux de rigidité et de résistance dans différents domaines. En outre, l’aluminium a ce qu’on appelle une limite d’endurance. Il n’a pas une durée de vie en fatigue infinie dans des conditions de chargement normales. Le carbone a une durée de vie en fatigue presque infinie.

 » Les propriétés du carbone permettent à un vélo de s’alléger. Disons qu’une zone particulière d’un vélo ne voit pas beaucoup de stress. Ainsi, au lieu d’avoir à utiliser un tube continu d’épaisseur X tout au long, vous pouvez contrôler avec précision la quantité de fibres placées dans certaines zones spécifiques où les charges sont moindres et vous concentrer davantage là où vous en avez besoin. Cela rend le carbone idéal pour produire un cadre qui correspond à tout ce que vous voulez d’un vélo — un vélo léger, durable, solide et qui roule très bien. »

Comment sont fabriqués les vélos en carbone et pourquoi sont-ils si chers?

La grande chose que beaucoup de nouveaux cyclistes remarqueront en regardant les vélos en carbone est qu’ils coûtent plus cher qu’un vélo en aluminium comparable. Le processus de fabrication d’un vélo en carbone est plus compliqué que de fabriquer un vélo à partir de tubes métalliques, et une grande partie de ces facteurs entrent en compte dans le coût des vélos en carbone.

Photos gracieuseté d’Allied Cycle Works. En savoir plus sur la façon dont Allied produit des vélos en carbone de fabrication américaine ici.

BK: « La grande différence entre un vélo en métal et un vélo en fibre de carbone réside dans le processus de fabrication. Avec un vélo en métal, les tubes sont soudés ensemble. Ces tubes sont généralement achetés ou formés, puis il s’agit simplement de joindre ces pièces ensemble dans un cadre.

« Avec la fibre de carbone, c’est complètement différent. Les fibres de carbone sont littéralement des fibres, comme un tissu. Ils sont suspendus dans une résine. Habituellement, vous commencez avec une feuille de fibre de carbone « pré-prég » ou pré-imprégnée qui contient déjà la résine. Ceux-ci viennent dans un vaste assortiment de types en fonction des caractéristiques que vous souhaitez. Vous pouvez avoir une feuille où les fibres sont orientées à un angle de 45 degrés, une à 0 degré ou une où il y a des fibres de 90 degrés tissées avec des fibres de 0 degré. Ces fibres tissées créent le look de tissage de carbone typique auquel les gens pensent lorsqu’ils imaginent la fibre de carbone.

« Le fabricant choisit toutes les caractéristiques qu’il souhaite retirer de la moto. Ils pourraient le vouloir plus rigide à un endroit, plus conforme à un autre, et ils corrélent cela à ce qu’on appelle un « calendrier de mise en page ».’Pour obtenir les propriétés souhaitées, il faut poser les fibres à un endroit particulier, dans un ordre particulier, et dans une direction particulière.

« Il y a énormément de réflexion qui va à l’endroit où va chaque pièce individuelle, et tout est fait à la main. Un vélo va probablement avoir des centaines de morceaux individuels de fibre de carbone qui ont été mis dans un moule à la main par une personne réelle. Une grande partie du coût d’un vélo en fibre de carbone provient du travail manuel qui y est effectué. Les moules eux-mêmes sont chers aussi. C’est des dizaines de milliers de dollars pour ouvrir un seul moule, et vous en avez besoin pour chaque taille de cadre et chaque modèle que vous fabriquez.

« Ensuite, le tout entre dans un four et est guéri. C’est à ce moment que se produit la réaction chimique qui solidifie l’ensemble de l’emballage et fait que toutes ces couches individuelles se réunissent et agissent de manière cohérente.

« Il n’y a vraiment aucun moyen d’automatiser l’ensemble du processus. De toute évidence, il y a des gens qui travaillent dessus, mais à peu près tous les vélos et composants en fibre de carbone qui existent sont toujours posés par une personne qui empile ces couches de fibres ensemble à la main. »

Quelles sont les forces et les faiblesses de la fibre de carbone?

La fibre de carbone est incroyablement résistante. Mais le consommateur moyen pourrait avoir l’idée fausse que la fibre de carbone n’est pas aussi solide que l’acier, le titane ou l’aluminium. Ce n’est pas toujours le cas, mais Kappius explique la raison pour laquelle ce genre d’idée fausse s’est développée.

BK: « Donc, je pense que le carbone peut être décrit comme quelque chose d’extrêmement solide et rigide. Et à peu près tous les vélos en carbone sont faits pour être solides et rigides, mais vous devez y mettre l’astérisque qui dit: « dans des conditions de conduite normales. »Oui, les cadres en carbone sont géniaux si vous descendez, grimpez, sortez de la selle, etc. Toutes les propriétés du cadre sont conçues pour cela. Mais il n’est pas conçu pour un accident inhabituel ou catastrophique, ou pour se heurter à une porte de garage ou quelque chose comme ça. Ces types de forces sont en dehors du champ d’utilisation standard, vous ne concevez donc pas un vélo pour les voir. Tu pourrais, mais ça ne roulerait pas aussi bien et ça pèserait beaucoup plus.

 » Les ingénieurs s’améliorent dans la conception de cadres plus durables. Vous le voyez plus sur les vélos de montagne ces jours-ci, où les fabricants se concentrent davantage sur les zones qui voient des impacts plus élevés en changeant la configuration ou le type de fibre pour aider les vélos de montagne à abus voir. Mais si votre cadre de vélo de route de 700 grammes tombe sur un poteau en bois, il pourrait se fissurer car il n’est pas conçu pour le faire. Il est conçu pour bien rouler. La grande majorité des dégâts que nous voyons avec les cadres en carbone proviennent d’une sorte d’instance étrange, qu’il s’agisse d’un mauvais crash ou d’un coup que le cadre a pris. C’est très rare que cela vienne d’une sorte de défaut de fabrication. »

Qu’est-ce que le carbone « high-mod »?

En regardant différents cadres de vélo, du carbone d’entrée de gamme au haut de gamme, les clients rencontreront des termes décrivant le carbone comme « haut module » ou « haut mod. »Kappius explique ce qu’est le carbone à haut module et combien il compte réellement.

BK: « Le module est une mesure de propriété mécanique. Le module est la rigidité; c’est la rigidité du carbone. Théoriquement, vous pourriez construire un vélo avec uniquement des fibres à haut module et en utiliser moins, et le vélo serait plus léger. Vous voyez cela sur des vélos de route haut de gamme avec du carbone haut de gamme. Mais vous ne voulez pas toujours toutes les fibres à haut module, en particulier pour des applications comme le vélo de montagne, car le carbone à haut module est également plus fragile. Sur les vélos de montagne, par exemple, vous voulez du carbone à module inférieur dans les zones parce que vous voulez que le cadre prenne mieux les impacts et qu’il soit flexible. C’est plus un terme de marketing. Quelqu’un pourrait dire qu’il a de la fibre de carbone « X-cent Toray, peu importe le mod  » et cela ne veut vraiment pas dire autant que vous le pensez. Le « haut mod » d’une marque peut être équivalent au carbone à faible ou moyen module d’une autre marque. »

5. Comment puis-je inspecter moi-même un cadre en carbone après un accident ou un accident?

Un mécanicien professionnel doit toujours inspecter votre vélo en cas d’accident ou de dommages au carbone. Mais si vous voulez d’abord faire un contrôle vous-même, voici une méthode simple que Kappius suggère pour évaluer tout dommage potentiel à votre cadre.

BK: « Les accidents et les dommages sont tous relatifs. Si c’est quelque chose comme si vous aviez laissé votre vélo sur le dessus de votre voiture et que vous étiez entré dans le garage, c’est une force si folle que vous n’avez vraiment pas besoin de le vérifier. Ce n’est probablement même pas la peine d’envisager d’essayer de le monter. Nous détournons ces vélos, c’est trop risqué. Vous ne savez pas tout ce qui s’est passé à l’intérieur du vélo.

« Mais disons que c’est un scénario où votre vélo tombe, ou vous avez un accident sur votre vélo de montagne. Espérons que le poids derrière l’impact provient principalement du vélo lui-même, ou d’un peu de votre corps, mais pas grand-chose d’autre. Commencez par une inspection visuelle. Lavez le vélo. J’espère que vous prenez bien soin de votre vélo et que vous gardez un œil sur les choses afin de connaître chaque égratignure que vous y avez mise. Mais nettoyez-le complètement pour avoir une bonne vue de l’ensemble du vélo. C’est vraiment le meilleur endroit pour commencer. Vous recherchez tout type de fissures ou de dommages. Si vous trouvez quelque chose, vous pouvez passer un chiffon sur l’endroit endommagé et si le chiffon accroche le tube de carbone, c’est un signe qu’il y a quelque chose qui ne va pas.

« Si vous trouvez des dégâts comme ça, vous pouvez aller un peu plus loin. S’il y a une section de tube qui a une forme ou des caractéristiques similaires à proximité et qui n’est pas endommagée, vous pouvez l’utiliser pour comparer. Disons que vous avez des dégâts à quelques centimètres derrière le tube de direction. Vérifiez le tube supérieur à un endroit un pouce ou deux plus bas, loin de la zone qui vous inquiète. Utilisez votre pouce et appuyez sur le tube pour voir comment il se sent. Retournez ensuite dans la zone endommagée et faites de même. Est-ce que c’est plus doux? C’est une grande indication que quelque chose ne va pas.

« Ensuite, vous pouvez passer à la substance acoustique où vous faites un test de prise. C’est le même genre de chose. Trouvez une zone éloignée des dégâts dont vous savez qu’elle n’est pas endommagée. Appuyez dessus avec un objet métallique comme une clé hexagonale et voyez ce que vous entendez. Ensuite, comparez-le à la zone qui vous inquiète. Le ton va diminuer. Il sonnera aigu s’il est bon, puis sonnera mort s’il est endommagé. Je suppose que pour le coureur moyen, si vous en êtes arrivé au point où vous allez le tester, vous savez probablement déjà qu’il est endommagé.

« En fin de compte, cependant, s’il y a un souci à propos d’un cadre, vous devriez toujours le faire vérifier par un magasin de vélos ou par nous, quelqu’un qui se spécialise dans ce domaine. La plupart du temps, il peut y avoir des dommages cachés sous la peinture ou dans des zones que vous ne pouvez même pas voir.

« Si vous possédez un vélo en carbone, gardez un œil dessus. C’est différent d’un vélo en métal et il montre des dommages de différentes manières. Avec le métal, les choses courantes sont les fissures dans les soudures ou les bosses dans les tubes. Le carbone ne se déchire pas. C’est un matériau très fragile. »

Comment fonctionne la réparation du carbone?

Beaucoup de cyclistes ignorent que les cadres en fibre de carbone peuvent être réparés. Les réparations effectuées par des professionnels comme Broken Carbon rétabliront l’intégrité d’un cadre endommagé et conserveront même les propriétés d’origine de la couche de carbone.

BK: « Je pense que dans l’industrie du vélo, c’est toujours une idée nouvelle que des choses comme les cadres en carbone peuvent être réparées. Comme je l’ai dit, les composites ont commencé dans l’aérospatiale. Boeing, par exemple, ne se contente pas de jeter un avion si un rocher le frappe et craque quelque chose. Au cours des dernières décennies, les ingénieurs ont mis au point un procédé de réparation du carbone très raffiné et efficace. C’est effectivement ce que nous faisons aussi à vélo.

« Les premières étapes consistent à enlever la peinture et à mieux regarder le carbone et à mieux évaluer les dommages et la propagation. Ensuite, vous retirez le matériau endommagé d’une manière assez particulière. Ça s’appelle le scarfing. Vous le poncez pour qu’il soit concave et effilé. Vous devez passer là où il est endommagé afin d’avoir une très bonne zone de collage pour apporter les nouvelles fibres et transférer la charge. Nous nous rétrécissons et nous adhérons aux bonnes fibres existantes pour les assembler en une structure rigide.

« Lorsque vous éliminez les dommages, vous obtenez cette pelure d’oignon de couches de carbone. Nous regardons la direction ou le tissage des fibres et faisons correspondre soigneusement la disposition des nouvelles fibres à ce qui existait à l’origine. Avec cela, vous obtenez toujours les mêmes propriétés d’origine du tube avec la réparation.

« Ce n’est pas aussi simple que d’enrouler plus de carbone autour d’une fissure. Il existe des kits que vous pouvez acheter sur eBay ou sur des sites Web pour vous permettre de réparer vous-même votre vélo en carbone. »C’est le genre de chose où vous éraflez la peinture et enveloppez du carbone autour d’elle. Il n’y a pas de réflexion sur l’orientation de la fibre. Vous pouvez modifier les propriétés du tube et rendre cette zone si rigide que la concentration de contrainte lors de la réparation est supérieure à celle que le tube devait supporter et qu’elle peut à nouveau échouer. C’est sommaire.

Quelles sont les limites de la réparation du carbone?

La réparation du carbone est incroyablement efficace, mais elle ne peut pas tout réparer. Kappius explique ce qui est en dehors du cadre de la réparation.

BK: « La première chose que je dirai, c’est que nous ne réparerons rien si nous ne pensons pas pouvoir le rendre aussi solide qu’à l’origine. C’est un facteur important pour nous et nous nous trompons toujours du côté de la prudence.

« Ce n’est pas très courant, mais s’il y a un souci d’alignement du cadre du vélo, ce qui signifie qu’il n’est plus droit, cela ne vaut tout simplement pas la peine d’être réparé. Sur les vélos de montagne, les zones autour des pivots de suspension où les inserts sont collés pendant le processus de fabrication sont très difficiles à réparer. Et puis quelque chose comme une patte de dérailleur cisaillée – où la patte ne s’est pas simplement cassée, mais les boulons qui la fixent au cadre ont disparu — nous n’avons actuellement aucun moyen de réparer cela, mais nous y travaillons. Ce sont les limitations les plus courantes.

« Ensuite, il y a des roues en carbone. Nous ne réparons certainement aucun frein sur jante car la surface de freinage doit être complètement uniforme pour un bon freinage et la seule façon de le faire est de sortir du moule du fabricant. Les pneus sont résistants, et en particulier pour les pneus sans chambre à air, ils sont difficiles car vous ne pouvez pas avoir de discontinuités ou un pneu ne s’assoit pas ou ne se scelle pas correctement. En réalité, les seules roues que nous envisageons de réparer sont des roues à disques tubulaires. Mais la plupart du temps, ce n’est tout simplement pas rentable. Il vaut mieux obtenir un remplaçant.

« Une bonne chose est que le prix des roues en carbone baisse suffisamment pour qu’il soit presque plus logique de simplement obtenir un remplacement. Surtout du côté du VTT, les propriétés du matériau et la conception des jantes s’améliorent pour gérer plus d’impacts, nous voyons donc moins de défaillances maintenant. »

Comment la réparation de carbone s’intègre-t-elle dans l’industrie du cyclisme?

De plus en plus de coureurs prennent conscience de la réparation du carbone et cela devient une pratique acceptée. Kappius espère qu’à l’avenir, les fabricants chercheront à réparer pour réduire les déchets et garder plus de vélos sur la route ou sur les sentiers.

BK: « J’espère que l’industrie pourra commencer à accepter la réparation du carbone comme une pratique plus légitime. Certains fabricants le permettent et sont prêts à travailler avec nous. Cela éviterait beaucoup de déchets car il n’y a vraiment pas de bonnes options de recyclage. Le carbone endommagé va juste dans la décharge.

« Nous disons toujours à un client, si vous pouvez obtenir votre vélo garanti, allez-y. Nous n’allons pas seulement prendre votre argent parce que nous le pouvons. Malheureusement, souvent, un cadre endommagé peut être totalement réparable et utilisable, mais le fabricant voudra que le cadre soit coupé ou détruit. Un vélo aura encore tellement d’utilité. C’est triste que ce soit la voie qu’ils prennent, mais je comprends du point de vue de la responsabilité pourquoi ils le font.

« Ce serait génial d’avoir l’occasion d’aller voir les fabricants et de leur montrer ce que nous faisons, et que les propriétés du cadre sont toutes les mêmes. Au lieu de dépenser quelques dollars pour un nouveau cadre, vous pourriez dépenser quelques centaines de dollars.

« Toutes nos réparations bénéficient d’une garantie de cinq ans entièrement transférable. Nous soutenons notre travail et ne faisons pas de réparations à moins qu’elles ne soient aussi solides que neuves. Si c’est un cadre qui a évidemment encore une valeur significative, il est logique de le réparer. Les clients ne devraient pas avoir de doutes sur la conduite d’un vélo réparé chez nous. »