Acier vs Céramique

"Le temps est révolu où les roulements en céramique étaient une technologie limitée au peloton professionnel. Alors que de plus en plus de cyclistes se tournent vers une technologie de pointe autrefois utilisée uniquement par les professionnels, la question se pose de savoir dans quoi le cycliste moyen devrait investir. Quelles technologies leur procureront les gains les plus importants ? Les roulements en céramique font fureur, mais leurs performances sont-elles vraiment à la hauteur de leur battage médiatique?

Qu'est-ce qu'un roulement?

Même si le progrès technologique rend nos vélos de plus en plus performants, ceux-ci reposent toujours sur l'une des structures mécaniques les plus fondamentales: le roulement. Bien qu'il existe des designs légèrement différents, la plupart des roulements de cyclisme reposent sur les mêmes éléments clés. Tout d'abord, les roulements à billes eux-mêmes. Ceux-ci peuvent être constitués de divers matériaux (dont nous parlerons plus loin dans cet article), chacun ayant ses propres avantages et inconvénients. Le deuxième élément clé, c'est la piste de roulement. C'est le canal dans lequel les roulements se reposent et se déplacent. La plupart des roulements de cyclisme ont une piste en acier, bien que certains utilisent une piste en céramique (que nous aborderons brièvement plus tard). Ensuite, il y a le lubrifiant. Les lubrifiants varient considérablement en viscosité (épaisseur), à la recherche d'un compromis entre la protection des roulements et une friction plus faible. Enfin, il y a le joint. Certains roulements (tels que ceux fabriqués par Hawk Racing) sont entièrement scellés et ne nécessitent aucun entretien régulier afin de maintenir leur efficacité. D'autres roulements ne sont pas scellés et nécessitent un entretien régulier pour garder le roulement exempt de contaminants et fonctionner sans à-coups. Avec des roulements entièrement scellés, il existe également plusieurs niveaux de joint qui offrent une meilleure protection contre les contaminants pour ceux qui roulent dans des conditions sales ou humides.

Pourquoi les roulements en céramique sont-ils populaires?

Développés à l'origine pour des utilisations industrielles, les roulements en céramique sont fabriqués à partir d'un composé céramique non métallique appelé nitrure de silicium céramique (Si2N4). Ces roulements ont été inventés pour fournir une friction plus faible à vitesse de rotation élevée. Cela est dû aux propriétés naturelles du composé céramique qui donnent à la bille en céramique une surface plus lisse et une taille plus régulière, ainsi qu'une plus grande dureté. Ces propriétés sont parfaites pour les applications industrielles pour lesquelles elles ont été conçues à l'origine et semblent également pouvoir se transposer au cyclisme.

Alors, quels sont exactement les avantages pour les cyclistes des roulements en céramique? Premièrement, les roulements en céramique ont une friction plus faible lorsqu'ils tournent à un régime élevé. Leur surface lisse et leur taille uniforme répartissent la charge uniformément sur les billes et ne provoquent pas de frottement supplémentaire dû aux imperfections à la surface des billes. Cela se traduit par moins de puissance nécessaire pour faire tourner le roulement. Deuxièmement, les roulements en céramique de haute qualité bien fabriqués peuvent avoir une durée de vie beaucoup plus longue que les roulements en acier courants qui sont installés sur la plupart des vélos de production. Cela est dû à la dureté des roulements.

Ces caractéristiques semblent être la combinaison parfaite pour les performances cyclistes, et de nombreux cyclistes se précipitent pour récolter les économies de watts promises par les roulements en céramique. Mais est-ce vraiment le cas?

Les limites de la céramique

Alors que les propriétes des roulements en céramique conduirait à envisager des gains de puissance massifs, la réalité est beaucoup moins impressionnante. La raison en est simple: Le cyclsime n'a pas grand chose àvoir avec les applications industrielles pour lesquelles les roulements céramiques ont été conçus. Voici quelques-unes des raisons plus en détail.

Le cyclisme est une application à faible vélocité

Comme je l'ai dit dans les paragraphes précédents de cet article, les roulements en céramique obtiennent leurs gains de puissance dans les applications à régime élevé et à faible charge. Lorsqu'elles tournent incroyablement vite sans trop de force, les propriétés de la céramique sortent du lot. Or, même une cadence de pédalage de 130 tr / min est très loin des 10 000 à 30 000 tr/min qui sont la plage ou tournent beaucoup de machines dans l'industrie ou l'aéronautique

Ralentis à environ 1% de leur cadence optimale, les roulements en céramique offrent des gains dérisoires. Lorsque Hope Technology a envisagé de passer à la céramique pour ses essieux, ils ont constaté que les gains étaient tout simplement trop faibles pour justifier le coût supplémentaire. Voici ce qu’ils avaient à dire.

«Ils (roulements en céramique) fonctionnent avec moins de frottement, ce qui offre un avantage significatif dans les applications industrielles fonctionnant à 20 000 tr / min. Un petit pourcentage de réduction du frottement ici peut équivaloir à une économie d'énergie intéressante.Mais lorsque vous ne tournez qu'à 300 tr / min, comme vous le faites sur un vélo, un petit pourcentage d'augmentation de l'efficacité apportera un changement négligeable à votre puissance. Et ne justifie certainement pas l'augmentation significative des coûts. "
Alan Weatherill - Hope Technology

Questions de lubrification

Le lubrifiant à base de graisse est le type de lubrifiant le plus couramment utilisé dans l'industrie du cyclisme car il fournit une lubrification constante sur une longue période avec peu ou pas d'entretien. Cependant, contrairement aux roulements en acier, les roulements en céramique ne fonctionnent pas bien lorsqu'ils sont lubrifiés avec de la graisse, car cela génère beaucoup plus de friction.

Pour contourner le problème, il existe deux solutions. Vous pouvez premièrement ne pas lubrifier vos roulements. Les surfaces plus lisses et plus dures des roulements en céramique leur permettent de s'en passer si les conditions sont optimales. Mais ces conditions ne sont pas présentes dans le cyclisme. Les roulements non lubrifiés sont utilisés dans les applications industrielles où ils encaissent très peu de charge. Mais lorsqu'ils sont soumis au coup de pédale d'un cycliste, des roulements non lubrifiés s'endommagent rapidement.

La deuxième solution qui s'offre aux fabricants de roulements céramiques est d'utiliser une lubrification très légère. Cela permet aux roulements de fonctionner de façon fluide, sans subir la viscosité de la graisse. Mais cette huile doit être vérifiée et changée régulièrement, sous peine de voir les roulements s'user beaucoup plus rapidement. Cet entretien a un coût financier élevé pour la plupart des cyclistes qui comptent sur les magasins de vélos locaux pour entretenir leurs vélos. De plus, les roulements en céramique ne peuvent pas être scellés en raison de la nécessité d'un entretien régulier. Cela rend le roulement vulnérable aux contaminants, qui peuvent endommager le roulement et réduire les performances.

Les irrégularités de la route.

Très peu de cyclistes ont la chance de rouler toujours sur des routes immaculées et lisses. Le monde réel est un endroit cahoteux, et chaque partie de votre vélo le ressent. Bien qu'ils semblent incroyablement durs, les métaux comme l'acier ont la capacité d'absorber une certaine quantité d'impact en changeant légèrement de forme temporairement avant de retrouver leur forme d'origine. La céramique, qui est nettement plus dure, n'a pas cette capacité. Lorsqu'un vélo avec des roulements en céramique passe sur une bosse, le roulement à billes (qui est plus dur que la piste en acier qui l'entoure) heurte la surface intérieure de la piste de roulement. Cet impact laisse une très petite marque dans la piste en acier. Au fil du temps, ces impacts finissent par creuse la piste et dégrader le fonctionnement du roulement. Certains fabricants résolvent ce problème en construisant également leur piste de roulement en céramique. Si cela règle le problème d'usure de la piste, leur durabilité est malgré tout compromise: comme leur dureté n'offre aucune absorption des chocs générés par la route, ils encaissent beaucoup plus d'impacts et des fêlures finissent par apparaître sur la piste de roulement.

Le juste prix

Le dernier point (mais non le moindre) dans la discussion sur les roulements en céramique est la question du prix. Les roulements en céramique sont extrêmement coûteux à fabriquer par rapport aux roulements en acier. Pour les applications industrielles pour lesquelles ils sont conçus, ce coût est compensé par l'augmentation de la durée de vie et l'amélioration significative des performances qu'ils procurent. Cependant, dans le monde du cyclisme, ces gains marginaux représentent un rapport coût / bénéfice nettement plus élevé.

Une étude indépendante récente menée par le laboratoire Friction Facts a testé 35 des principaux roulements en acier et en céramique pour voir combien de puissance a été perdue à cause du frottement sur chacun d'eux. Les résultats illustrent bien le rapport coût-bénéfice. Le boîtier de pédalier fileté en céramique le plus performant a surpassé de moins de 1% le boîtier de pédalier fileté en acier le plus performant (fabriqué par Hawk Racing). Cependant, le roulement en céramique coûte presque deux fois plus cher que le roulement Hawk Racing. Le roulement le plus performant fabriqué par CeramicSpeed a été surpassé de près de 15% par les roulements en acier Hawk Racing. Mais il coûte trois fois plus cher que le roulement Hawk Racing.

En conclusion

Lorsque tous les facteurs sont pris en compte, les roulements en céramique commencent à perdre de leur attrait.

Nous utilisons de l'acier de qualité aérospatiale associé à notre propre lubrifiant exclusif pour vous offrir des roulements offrant des performances de pointe. Avec leurs joints scellés et donc sans entretien, ils sont un excellent investissement pour optimiser votre matériel."

Cindy Parlin, PDG de Hawk Racing