Le Supercaliber 2e gén., VTT de compétition le plus racé de notre histoire
Suivez les ingénieurs de recherche en performances de Trek dans leur étude des performances du Supercaliber, dans un ensemble de tests de pointe inédits visant à démontrer à quel point le pilotage d’un vélo peut s’améliorer. À grand renfort de tests en laboratoire et sur le terrain, ils ont su confirmer nos promesses par la science, démontrant que la 2e génération du Supercaliber n’est pas seulement plus confortable et efficace que son prédécesseur, mais aussi qu’un semi-rigide.
Pour le Supercaliber 2e gén., les ingénieurs VTT de Trek ont transcendé le design unique de l’IsoStrut et amélioré de manière significative le rendement, le contrôle et le confort du vélo.
Il est immédiatement évident que l’augmentation de 33 % du débattement du Supercaliber améliore les capacités de mouvement de l’axe. Cette valeur inclut à la fois la compression et l’extension depuis la position du « sag », la nouvelle configuration offrant une plus grande amplitude de compression lors des chocs et d’extension dans les ornières et après les bosses. Sans compter le rapport de débattement augmenté de 18 %, qui améliore encore la réactivité de l’amortisseur pour surmonter les frottements des joints. Enfin, les ingénieurs Trek et RockShox ont collaboré étroitement pour ajuster l’amortissement de la compression et proposer un système paré pour la compétition grâce à son équilibre entre rendement au pédalage et réponse au terrain, tandis que le débattement accru permet une adaptation plus rapide aux rebonds pour maintenir la roue collée à la piste.
Pour le cycliste, ce sont autant de qualités qui s’unissent pour faciliter le pédalage (meilleur rendement), et offrir une accroche meilleure (meilleur contrôle) et une expérience plus souple en selle (meilleur confort). Pour illustrer ces gains de performances, les ingénieurs de recherche en performances de Trek ont réalisé une série de tests inédits, à la fois en laboratoire et sur le terrain.
Tout coureur de cross-country sait que le rendement au pédalage est essentiel pour franchir racines et rochers. La suspension joue un rôle crucial dans la préservation de l’élan en maintenant la roue au sol et en réduisant les mouvements inconfortables et perturbateurs du cadre. En bref, une excellente suspension améliore tout à la fois le rendement, le contrôle et le confort.
À la croisée du labo et du terrain
Le rendement du Supercaliber sur terrain accidenté a été testé sur le tapis roulant du laboratoire de recherche en performances de Trek, qui nous permet d’éviter la variabilité du pilotage, notamment dans les choix de trajectoire, tout en contrôlant précisément la température, la vitesse et le profil du terrain. Pour créer un profil, nous nous sommes premièrement rendus sur les pistes de Trek avec un capteur pour trouver une section pleine de racines et y mesurer l’activité de la suspension. À l’aide de ces données, nous avons ajusté le profil du tapis roulant de sorte à simuler l’activité de la suspension sur la piste.
Rendement
Mesuré par un masque de test métabolique
Après avoir conformé la surface du tapis roulant à celle de la piste, nous avons utilisé un masque de test métabolique VO2 Master pour mesurer le rendement global du système vélo-cycliste pour les Supercaliber 2e gén. et 1re gén., ainsi que pour un VTT semi-rigide. Le masque mesure la consommation en oxygène du cycliste, qui permet de déterminer l’énergie totale dépensée par le cycliste.
Pourquoi ne pas se contenter de la mesure d’un capteur de puissance pour les comparaisons de rendement ? Les capteurs de puissance mesurent uniquement l’énergie utilisée pour propulser le vélo, négligeant l’effort du cycliste pour absorber les chocs répétés et contrôler le vélo sur terrain accidenté. La mesure de la consommation d’oxygène est ainsi la meilleure manière de déterminer le vélo le plus efficace, et par conséquent le plus rapide.
Pour parvenir à une mesure cohérente et valide de la consommation en oxygène du cycliste, nous avons effectué des tests de 5 minutes à 16 km/h, à 60 % de sa puissance seuil fonctionnelle, ce qui représente un effort significatif, mais soutenable. Une analyse minutieuse des données nous a permis d’assurer la stabilité de notre mesure principale (oxygène consommé) et des variables secondaires (fréquence cardiaque et puissance appliquée sur les pédales), pour vérifier que la fatigue n’influait pas sur les résultats. Pour plus de cohérence, tous les amortisseurs ont été réglés sur un sag de 29 % et ajustés aux réglages recommandés par le fabricant à l’aide du calculateur de suspension de Trek.
Finis les protocoles, place aux résultats
Selon nos tests, dans ces conditions, le Supercaliber 2e gén. s’est montré 6 % plus efficace que le Supercaliber 1re gén., et 23 % plus efficace qu’un VTT semi-rigide à effort de pédalage égal.
Confort
Mesuré avec une capture du mouvement en 3D
D’après les mesures, le Supercaliber 2e gén. est le vélo qui offre le meilleur rendement, notamment grâce à sa suspension IsoStrut améliorée qui assouplit le pilotage. Sur terrain accidenté, l’absorption des chocs (ressort) et la dissipation de l’énergie (amortissement) assurent un transfert minimal du mouvement aux points de contact du vélo (cintre, pédales et selle). L’absorption des chocs permet de réduire l’énergie musculaire dépensée par le cycliste pour encaisser les chocs et garder le contrôle de sa monture. Et bien sûr, un vélo plus souple est aussi plus confortable.
Pour étudier ces effets, une matrice de douze caméras 3D a permis de suivre le mouvement de marqueurs dispersés sur le vélo et le corps du vététiste, avec une collecte des données à raison de 360 prises par seconde. Chaque vélo a été observé sur 60 tours de tapis roulant, et les incohérences entre les tours ont été réduites au minimum par la fusion des données en un seul tour moyen.
Nous avons tout d’abord concentré les observations sur le boîtier de pédalier, où les jambes du cycliste absorbent directement le mouvement vertical pour préserver un pédalage efficace. Comme on le constate dans le tracé supérieur, le Supercaliber 2e gén. réduit considérablement (de 15 %) le mouvement vertical du cadre au niveau du boîtier de pédalier, réduisant ainsi les à-coups au niveau des pieds pour permettre au cycliste de consacrer plus d’énergie au pédalage et moins à son équilibre.
Nous avons ensuite étudié le déplacement relatif entre la selle et le bassin du cycliste. Si l’on met de côté l’effet cyclique du pédalage, cette mesure doit idéalement être égale à zéro. De grandes variations dans la distance selle-bassin suggèrent soit que le vélo « secoue » trop le cycliste, soit que le cycliste utilise ses jambes pour encaisser les mouvements du vélo et conserver une hauteur uniforme. Dans les deux cas, le rendement au pédalage s’en trouve altéré. Comme on le constate dans le tracé inférieur, le Supercaliber 2e gén. présente un mouvement selle-bassin 22 % inférieur à son prédécesseur.
Contrôle
Mesuré avec une caméra haute vitesse
À VTT, la vitesse est essentiellement limitée par le contrôle. Le premier rôle de la suspension est de maintenir la roue collée au sol, si irrégulier soit-il, de sorte à améliorer le contrôle du vélo. Mais une meilleure adhérence signifie aussi un meilleur transfert de la puissance pour propulser le vélo vers l’avant.
Cette vidéo présente une comparaison entre le déplacement de l’axe du Supercaliber 2e gén. (bleu) et du Supercaliber 1re gén. (orange). Lorsque les marqueurs des axes se superposent, on constate que le 2e gén. propose un contrôle plus rapide et mieux maîtrisé de la roue arrière, qui retrouve son accroche plus rapidement après l’impact.
Activité de la suspension
Mesurée avec un capteur sur l’amortisseur
Pour comprendre comment le Supercaliber 2e gén. est parvenu à ces améliorations en matière de rendement, de contrôle et de confort, nous avons équipé sa suspension IsoStrut d’un potentiomètre linéaire pour en mesurer le déplacement à hauteur de 5 000 points de collecte par seconde. Après quelques calculs mathématiques, nous sommes arrivés à ce tracé représentant la « capacité d’usage de l’amortisseur » au niveau de l’axe arrière, qui offre une vue exhaustive du fonctionnement de l’amortisseur pour actionner les mouvements de la roue. Dans cette image superposée, on constate que le nouveau design de l’IsoStrut du Supercaliber 2e gén. bénéficie d’une suspension sensiblement plus active dans le scénario étudié, conférant à la roue arrière des mouvements 71 % plus rapides et une amplitude 68 % supérieure. Des performances permises par la compression et l’extension accrues par rapport au point de « sag », caractéristiques clés pour l’absorption des chocs comme pour l’accroche sur le terrain.
Jusque-là, nos tests ont étudié la performance au pédalage sur terrain accidenté, un facteur certainement crucial en compétition de cross-country. Mais dans cette discipline, les parcours d’aujourd’hui favorisent aussi l’agilité nécessaire pour traverser rapidement les sections techniques et autres descentes rocailleuses. Pour étudier les performances du Supercaliber 2e gén. sur ce type de terrain, nous avons rangé les blouses, attrapé nos carnets, et sommes retournés dans les bois.
Retour sur les pistes
Sur les pistes de VTT du siège de Trek, nous avons identifié la descente idoine et commencé par cartographier précisément sa topologie à l’aide d’un scanner 3D laser. Ce segment d’environ 8 m de long affichait une pente descendante de 15 % et plusieurs bosses et creux pouvant atteindre 180 mm de hauteur.
Confort et rendement
Mesurés avec une capture du mouvement en 3D
À l’aide d’immenses trépieds, de supports sur mesure à accrocher aux arbres et de centaines de mètres de câbles, nous avons recréé dans les bois notre matrice de douze caméras de capture du mouvement en 3D. Cette technique de test révolutionnaire nous a permis de modéliser avec précision le mouvement et la position du vélo sur la piste.
La piste offrant un environnement moins contrôlé que le laboratoire, nous avons tout mis en œuvre pour maîtriser les facteurs de variation, comme la vitesse d’entrée et le choix de trajectoire. Grâce au suivi 3D du vélo sur plusieurs passages, nous sommes parvenus à des comparaisons valides en mesurant ces facteurs et en groupant ensemble les passages similaires. Au total, nous avons analysé 5 passages sur chaque vélo, avec une vitesse d’entrée moyenne de 21 km/h +/- 0,7 (std). Avec l’aide des marqueurs placés sur le vélo et la piste, nous avons calculé la position latérale de chaque vélo à l’entrée sur la section, pour obtenir un résultat cohérent à 0,10 m.
Par un suivi individuel des composants, nous avons recherché les différences proposées par le Supercaliber 2e gén. dans toutes les dimensions : à-coups latéraux, usage de la suspension, progression vers l’avant, souplesse ou suivi du terrain, entre autres. La vidéo suivante illustre comment l’axe arrière a été observé par rapport à la surface de la piste scannée au laser, puis représente les trajectoires superposées de l’axe pour tous les passages.
Le suivi de l’axe arrière et du cadre nous a donné la position et la vitesse précises du vélo dans l’espace. Les subtiles variations de trajectoire et le nombre de répétitions réduit par rapport au tapis roulant ont rendu difficile la reproduction de l’analyse effectuée sur le tapis, mais d’autres approches de traitement des données nous ont permis de confirmer les tendances constatées. Là encore, l’excellente performance du Supercaliber 2e gén. pour lisser les cahots de la piste s’est révélée évidente, laissant plus d’énergie au cycliste pour le pédalage une fois les secousses passées.
Le Supercaliber 2e gén. affiche aussi une meilleure préservation de l’élan sur les obstacles, comme l’a démontré le rocher isolé en fin de section. En observant les vélos passer par-dessus ce rocher, la suspension du 2e gén. a contribué à atténuer l’impact sans perdre de vitesse. Par rapport au Supercaliber 1re gén., la perte de vitesse s’est montrée réduite entre l’entrée et la sortie, avec une variation de vitesse minime sur la même distance.
Contrôle
Mesuré avec une caméra haute vitesse
À l’aide d’une caméra haute vitesse, il est possible de suivre précisément le mouvement de l’axe et de mesurer l’accroche en observant quand le pneu se détache du sol et le rejoint. Un système sur rail, un talentueux ingénieur et beaucoup de prises nous ont ainsi permis de bénéficier d’une vue rapprochée du mouvement de l’IsoStrut en action, tandis qu’un trépied statique, proche du sol, offrait un suivi 2D précisément calibré.
Comme l’illustre la vidéo, la roue du Supercaliber 2e gén. suit le terrain de plus près et retrouve son accroche plus vite après les creux et chocs les plus importants. Sur les deux creux les plus significatifs, le Supercaliber 2e gén. a retrouvé son accroche 14 à 50 % plus vite que les autres vélos testés. Une meilleure liaison avec la piste implique un meilleur contrôle en termes de freinage comme de direction.
Activité de la suspension
Mesurée avec un capteur sur l’amortisseur
La source de ces gains en performances est la nouvelle suspension IsoStrut, que nous avons là aussi équipée d’un capteur linéaire. Comme en laboratoire, nous avons mesuré le mouvement de l’amortisseur en termes de capacité d’usage, et avons trouvé un Supercaliber 2e gén. plus actif lors des descentes, avec un déplacement 40 % plus étendu et 31 % plus rapide que le Supercaliber 1re gén. Point important : un plus grand déplacement a été constaté à la fois au-dessus et en dessous du point d’affaissement dynamique, indiquant une amélioration considérable des capacités de la roue non seulement à encaisser les chocs, mais aussi à suivre le terrain. En fait, au-delà du débattement maximal du Supercaliber 1re gén. (au point le plus bas), la suspension du Supercaliber 2e gén. conserve même de la marge pour des chocs et atterrissages encore plus importants.
Résumé
À propos des auteurs
Paul Harder est ingénieur de recherche et développement en chef chez Trek Bicycle. Titulaire d’un diplôme d’ingénieur en mécanique de l’université du Wisconsin (Madison) en 2007, il a dédié sa carrière à l’amélioration de votre expérience à vélo par la science et l’innovation.
Wendy Ochs est ingénieure de recherche biomécanique chez Trek Bicycle. Elle est titulaire d’un doctorat en ingénierie biomédicale de l’université du Wisconsin (Madison).
Kyle Russ, ingénieur biomécanique en chef, étudie les interactions cyclistes-vélo pour Trek Bicycle depuis 2011. Sa passion pour comprendre le mouvement humain et la physiologie des cyclistes a commencé lors de son master à l’université de l’Ohio.