Aérodynamique

L'aérodynamique est au cœur même de notre travail à Cervélo. La société a été fondée dans le but de rendre les cyclistes plus rapides, le recours à l'aérodynamique étant la meilleure façon d'atteindre cet objectif. Nous adoptons une approche systémique de l'aérodynamique en prenant une approche globale du vélo, du cycliste et de l'ensemble des éléments. Un vélo ne roule pas tout seul et nous ne mettons pas au point nos tests ou notre design sans un cycliste. Cela signifie que nos vélos ne sont pas seulement rapides en soufflerie, mais aussi sur route lorsque vous êtes en selle.

La traînée aérodynamique est le facteur principal affectant un vélo et un cycliste. Elle peut représenter jusqu'à 90 % de la résistance totale à laquelle un cycliste est soumis. Dans notre cas, il existe plusieurs types de traînées. D'abord, la traînée de pression. Lorsqu'un corps (ici, un vélo et un cycliste) se déplace dans l'air, il force les molécules d'air à se déplacer afin de se frayer un chemin. Ces molécules exercent une poussée sur le corps, créant ainsi une pression. La composante de cette pression orientée vers l'arrière (à l'arrière du corps) est appelée traînée de pression.

Deuxièmement, la traînée de frottement. L'air, comme l'ensemble des fluides, a une viscosité (« consistence »). Les molécules d'air mises en contact avec le corps s'accrochent à sa surface et restent en suspension au contact du corps. Alors que le corps continue de se déplacer dans l'air, d'autres molécules d'air passent à côté des molécules fixes et circulent autour du corps en couches, en suivant des trajectoires parallèles. Il s'agit de la couche limite laminaire. La nature visqueuse de l'air crée une force de cisaillement ou traînée de frottement.

À un certain stade sur la plupart des corps, le flux laminaire ne peut être maintenu et les molécules d'air chutent et se mélangent, en lieu et place d'un flux régulier. Le point de transition intervient lorsque la couche limite turbulente se crée. Ce comportement du flux est lié à un paramètre appelé nombre de Reynolds, qui est déterminé par plusieurs caractéristiques physiques du flux. Le régime de flux laminaire existe avec des valeurs du nombre de Reynolds proches de 10 000. Lorsque les nombres de Reynolds sont supérieurs à 10 000, le flux devient turbulent, comme indiqué sur la figure ci-dessous.

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En raison de sa masse, l'air en mouvement a une inertie et ne peut donc pas suivre facilement des surfaces aux courbes très prononcées. Dans ces conditions, l'air se sépare du corps, créant des zones de basse pression qui « tirent » sur la surface, contribuant ainsi à renforcer la traînée. Si le bord de fuite du corps ne parvient pas à regrouper correctement l'air, il se crée un « flux en attente », une zone de recirculation de l'air à base pression. Cette zone de basse pression s'appuie à nouveau sur la surface, renforçant encore la traînée.

En concevant nos vélos et nos pièces de manière à minimiser la traînée aérodynamique, nous pouvons agir sur deux paramètres différents. Le premier est le coefficient de traînée, qui est un facteur basé sur la forme du corps et sur la manière dont l'air circule autour de ce corps. Différentes formes ont des effets différents sur la traînée. Par exemple, une forme circulaire a une traînée environ 24 fois supérieure à notre forme de tube TrueAeroTM. L'orientation de la forme des tubes par rapport au flux d'air affecte aussi sa traînée : la tige de selle et les tubes descendants sont, par exemple, présentés avec un angle, ce qui signifie que l'air touche une forme plus proche d'une ellipse, ce qui modifie le coefficient de traînée.

L'autre paramètre que nous pouvons contrôler est l'aire frontale. Ceci est intuitif : plus l'aire est étendue, plus la traînée est importante. Nos ingénieurs prennent ce point en compte : par exemple, nos vélos de contre-la-montre, de triathlon et vélos de route aérodynamiques sont conçus de manière à ce que le cycliste et le vélo (en tant que système intégré) présentent l'aire frontale la plus petite possible pour optimiser l'aérodynamique au maximum.

Le coefficient de traînée, CD, et l'aire frontale, A, sont liés à la traînée totale qu'un corps constate sous la forme de l'équation suivante :

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Les autres paramètres de cette équation sont la vélocité du corps dans l'air, V, et la densité de l'air, ρ (Rho). C'est aussi pour cette raison que de nombreuses tentatives de records de vitesse cyclistes se font en altitude, car la densité réduite de l'air permet une réduction de la traînée.

Ces forces aérodynamiques sont la plus grande source de traînée sur un vélo et un cycliste, jusquà 90 % de la résistance totale constatée. Cela signifie que la conception de vélos et de composants destinés à réduire la traînée, en minimisant CD et A, est un moyen efficace pour l'accélération du cycliste. Cependant, réduire la traînée sur le cycliste via la position du corps, la conception des composants ou d'autres moyens, est aussi important et il convient donc d'adaopter une approche systémique pour garantir le meilleur résultat global en termes de vitesse. Un vélo ne roule pas tout seul et, pour cette raison, nous ne mettons pas au point nos tests ou notre design sans un cycliste.

Plus d'informations sur la manière dont notre approche systémique de l'aérodynamique nous aide à fabriquer les vélos les plus rapides sont disponibles dans notre présentation technique Aérodynamique.