Sur un vélo, la transmission subit parfois toutes les critiques. C’est vrai que son concept n’a que peu évolué au cours des dernières décennies, quand on voit les révolutions connues par ailleurs. Pourtant, dans l’Histoire, c’est bien à son apparition que l’on peut prêter l’avènement du vélo moderne face à ses ancêtres – grand bi, draisienne et autres drôleries d’un autre temps. Ça méritait donc bien une série de didactiques FullAttack à ce sujet, dont voici le premier épisode. Il pose les bases, le B. A.-BA de la transmission…
Qu’est-ce que la transmission ?
D’aune manière générale, sur un vélo, la transmission correspond – et correspondra quoi qu’il arrive toujours – au système qui permet de convertir le mouvement des jambes en mouvement de rotation de la roue arrière, et donc, d’avancer.
Jusqu’ici, cette fonction est très majoritairement assurée par un système classique et très répandu en mécanique : la transmission par pignons et chaine. D’autre systèmes peuvent exister – courroies et/ou boites de vitesse à engrenages – mais c’est bien le concept à chaine telle qu’on le connait actuellement, qui a la mainmise sur la transmission. Ainsi, on compte en son sein les éléments suivants, si l’on suit le cheminement logique des efforts transmis…
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Le pédalier. Il comporte des manivelles qui récupèrent les efforts transmis par nos pieds aux pédales. Elles forment un bras de levier utile entre les pédales et son axe de rotation. Le tout entraine un « plateau », le nom donné à la roue dentée qui se trouve « à l’avant », solidaire du pédalier. 
Les efforts récoltés par le pédalier sont ainsi transmis à la chaine qui engrène au plateau. La chaine, c’est cet ensemble de maillons intérieurs/extérieurs qui s’insère entre les dents. 
À l’abord de la roue arrière, le brin inférieur de la chaine passe dans le dérailleur. Ce dernier a la capacité à se déplacer latéralement. Ce faisant, il incite la chaine à passer d’un pignon à l’autre. 
On appelle l’ensemble des pignons arrières la cassette. De nos jours, cette dernière est la plupart du temps solidaire de la roue arrière via le corps de roue-libre. Il s’agit d’un dispositif qui permet à la cassette d’entrainer la roue dans un sens de rotation, et de s’en désolidariser pour laisser rouler le vélo sans pédaler, dans l’autre sens…
On le verra par la suite de ces didactiques, la roue arrière et ses caractéristiques a aussi son influence dans le fonctionnement de la transmission. Tout comme les pédales sont les premiers éléments à recevoir les efforts et mouvements de nos chaussures. Néanmoins, il en est ainsi, usuellement, ces éléments ne font pas partie de la transmission quand on en parle là où l’on fait usage du jargon. Transmission = pédalier, plateau(x), chaine, dérailleur(s) & cassette.
Le rapport ?!
Tout l’intérêt d’une transmission – outre de transformer nos mouvements de jambes en rotation de la roue arrière – est de pouvoir aussi modifier le nombre de tour de la roue arrière en fonction du nombre de tour de pédalier. Quoi qu’il arrive, en un tour de pédalier, c’est toujours exactement le même nombre de maillons qui engrène sur le plateau et quitte le pignon, mais…
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Imaginons d’abord le cas le plus simple à saisir, qui consiste à avoir le même nombre de dents au plateau comme au pignon. Dans ce cas, quand le pédalier fait un tour, la roue arrière fait un tour. 
Imaginons maintenant que le plateau soit plus petit que le pignon. Dans ce cas, quand le plateau fait un tour, la roue arrière n’a pas encore fini son tour. 
Et à l’inverse, quand le plateau est plus grand que le pignon, lorsque le pédalier a fait un tour, la roue arrière en a fait davantage.
Quand on pose ce constat, on établi un lien entre la fréquence de rotation du pédalier, et celui de la roue arrière. En mécanique, on appelle ce lien le rapport de réduction. Il s’exprime de la manière suivante :
Fréquence de rotation roue arrière = Fréquence rotation roue avant x Rapport de réduction
Et, un peu à la manière des engrenages, ce rapport de réduction dépend directement du nombre de dents du plateau et du pignon :
Rapport de réduction = Nombre de dents du plateau / nombre de dents du pignon
Au passage, on note que le rapport de réduction intègre la taille des pignons et plateaux sous forme d’une fraction. Le nombre de dents du plateau est au numérateur, celui des pignons au dénominateur. Raison pour laquelle augmenter la taille du plateau et augmenter la taille du pignon ont un effet inverse, chose qui déroute souvent les débutants !
Quand on change de rapport, on dit par abus de langage que l’on change de vitesse. Les cyclistes aguerris et/ou traditionnels disent qu’il changent de braquet. Dans tous les cas, on parle bien de la même chose… Et dans tous les cas, quel est l’intérêt de ce rapport ? Suggérons quelques instants que l’on pédale toujours à la même fréquence. Quand le plateau est plus petit que le pignon, la roue arrière tourne moins vite que lorsque le plateau est plus grand que le pignon. Or, jouer directement du nombre de dents des pignons (et plateaux) c’est justement ce que permettent nos transmissions, via le(s) dérailleur(s). Donc, premier intérêt de la transmission : s’adapter à l’allure à laquelle le vélo avance. Sans ça, on finirait par devoir pédalier trop vite, ou trop doucement…
Développement…
Quoi qu’il en soit, il existe d’autres manières de voir les choses en matière de transmission. La première consiste à se pencher sur la distance parcourue pour un tour de pédalier…
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Quand le rapport de réduction est égal à 1 – nombre de dents identique au plateau et au pignon – la roue fait un tour à chaque tour de pédalier. Si la roue ne dérape pas, le vélo avance donc de la distance que représente la circonférence de la roue. 
Si le rapport de réduction est inférieur à 1 : la roue n’a pas fait un tour. La distance parcourue est moindre. 
Et à l’inverse, si le rapport de réduction est supérieur à 1, la roue aura fait plus d’un tour, la distance parcourue sera la plus importante.
Cette distance parcourue en un tour de pédalier, c’est ce que l’on appelle le développement. Et l’on constate ici qu’il est en lien avec le rapport de réduction. On peut d’ailleurs le définir assez simplement ainsi :
Développement = Circonférence de la roue arrière x Rapport de réduction
Les efforts !
Jusqu’ici, on a surtout parlé de vitesse et de distance pour parler de la transmission. Or, on sait tous qu’un autre paramètre entre en jeu. On a déjà eu à y faire face quand la pente ou le vent deviennent trop forts et que l’on ne change pas de rapport : les efforts ! Il faudrait parfois appuyer trop fort sur les pédales pour continuer d’avancer… D’où ça vient ?!
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Tout d’abord, il faut saisir pourquoi on est ralenti, et face à quoi l’on se bat, dans ce cas de figure. La vie sur terre est faite ainsi : le poids de l’ensemble vélo+pilote est toujours dirigé verticalement, et vers la terre. On commence donc déjà à voir que ce poids tire en partie vers l’arrière… 
Mais pour être plus explicite, on peut décomposer ce poids en deux éléments. Un premier, perpendiculaire au sol, qui assure que l’on reste bien au contact du sol. Et une autre partie, parallèle au sol, qui, comme on le voit ici, se dirige vers l’arrière. C’est clairement cet effort qui nous tire vers l’arrière, auquel on doit faire face… On comprend ici que plus la pente est forte, plus cette partie du poids est importante… 
Quoi qu’il en soit, il existe un principe de base : la réciprocité des efforts, 3e loi de Newton. Ici, ça revient au fait que si l’ensemble pilote+vélo exerce des efforts sur le sol, alors le sol exerce des efforts de même direction, qui s’y opposent en intensité et en sens. Avec la pente et la répartition des masses naturelle sur un vélo, le poids porte plus sur la roue arrière que la roue avant. Et puisque la roue arrière est la seule « motrice », c’est elle qui se charge de la partie des efforts qui nous intéresse 
Donc si l’on s’intéresse à ce qui se passe au niveau du contact roue arrière sur sol, ne serait-ce que pour que rien ne bouge, il faut qu’il y ait équilibre entre les efforts suivants. L’effort du sol sur la roue – qui permet à la roue de ne pas passer à travers – s’oppose à l’effort de la roue sur le sol – la part du poids, perpendiculaire au sol, vue précédemment. Et dans le même esprit, l’effort « moteur » de la roue sur le sol s’oppose à celui du sol sur la roue qui « s’oppose à ce que l’on avance ». 
Comment la roue arrière peut vaincre cet effort et nous permettre d’avancer ? Parce qu’on lui transmet justement cet effort via la transmission. En appuyant sur les pédales, on permet au pédalier de tirer sur le chaine, qui tire sur les pignons, qui entraine la roue arrière autour de son axe. Elle exerce alors un effort sur le sol qui, s’il est plus fort que la part du poids qui nous concerne ici, fait tourner la roue et avancer l’ensemble…
Des efforts sont donc bien transmis au travers de la transmission. Or, ces efforts sont liés au rapport de transmission défini précédemment. Pour bien saisir, il suffit de raisonner en matière de couple… Reprenons le cheminement des efforts…
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Quand on appuie sur les pédales, on exerce un effort sur le pédalier, à l’extrémité de la manivelle. 
Cet effort, parce qu’il est situé à une certaine distance de l’axe de rotation du pédalier, créé ce que l’on appelle un couple. il se définit par la relation suivante : Couple = Effort x Distance. C’est ce couple qui est transmis au plateau. 
Et parce que la chaine, qui engrène sur le plateau, se situe elle-même à une certaine distance de l’axe de rotation du pédalier, elle convertit ce couple en un certain effort. La distance dépend directement du diamètre du plateau, et l’effort aussi. 
Dans tous les cas, l’effort reçu par la chaine au niveau du plateau est grosso-modo celui transmis par la chaine aux pignons. Ici aussi, il y a création d’un couple puisque les pignons tournent autour de l’axe de la roue arrière. Ce couple dépend de la distance à laquelle se situe la chaine, donc du diamètre des pignons. 
Ce couple est transmis par les pignons à la roue arrière… Au sol, la roue arrière génère donc un effort qui, s’il est plus important que celui du poids qui s’oppose, permet à la roue de tourner, et au vélo, d’avancer.
On l’a vu à deux reprises dans cette explication : les efforts transmis dépendent notamment des diamètres des plateaux et pignons. Or, ces diamètres sont liés au nombre de dents que chacun comporte. Il y a donc un lien entre les efforts transmis et le rapport de réduction. L’expression la plus simple consiste à l’exprimer en fonction des couples :
Couple au pédalier = Couple à la roue arrière x Rapport de réduction
En d’autres termes, plus le rapport de réduction est petit, plus le couple à générer au pédalier – donc l’effort à appliquer sur la pédale – est faible pour vaincre ce qui empêcheraient la roue arrière de tourner. La transmission, en permettant d’ajuster le rapport de réduction, permet donc aussi d’ajuster les efforts à produire pour continuer d’avancer…
Qu’en retenir ?
Sur un vélo, la transmission désigne un ensemble précis d’éléments, notamment dicté par certains abus de langage qui se sont installés avec le temps. Quoi qu’il en soit, son rôle de base est de permettre la transmission du nécessaire pour propulser l’ensemble vélo + pilote : les efforts de pédalage et la vitesse à laquelle on est capable de les fournir. C’est d’ailleurs ce que l’on prête à ses formes les plus minimalistes, on y revient dans un prochain chapitre.
La transmission permet d’adapter la fréquence et les efforts de pédalage à la réalité du terrain…
En attendant, la majeure partie des transmissions ont surtout un deuxième intérêt clé : celui de pouvoir jouer du rapport de réduction. Or ce dernier a une influence notoire sur la fréquence de pédalage, la distance parcourue et les efforts déployés. Comme dans une voiture avec une boite de vitesses en somme, la transmission permet d’ajuster le système pour qu’il reste en phase avec les capacités du moteur… C’est à dire nos capacités physiologiques à nous, pilotes et humains, avant toute chose 😉 D’ailleurs, c’est ce à quoi on s’intéresse dans le prochain chapitre sur ce sujet ! À très vite…
Ce premier chapitre consacré à la transmission VTT fait parti d’un ensemble d’articles Didactiques FullAttack plus vaste, consacrés également à la suspension, la géométrie et la rigidité/raideur notamment. Ils sont disponibles ici : https://fullattack.cc/rubrique/matos/didactiques/
