Vélo en Bambou
Contruction de velos en bambou, fibre de lin, epoxy et récup
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Sommaire
Principe du projet
On avait dans l'idée de faire deux vélos en bambou, de bonne qualité, avec le plus de matériel récupéré, tout en ayant le plus de matériaux biosourcée / renouvelable.
Time line
Vers septembre 2015 Thomas avait réfléchi à faire un vélo en bambou.
Mais ce n'est qu'en mai 2016 suite à quelques discutions avec Guillaume du projet de construction d'un moth en Bambou que le projet à pris forme, notamment sur toute les petites questions de réalisation avec le lin et l'époxy.
Après le séchage des bambous en juin on est actuellement en phase de réalisation.
Conception théorique
Qu'est ce qu'un vélo ?
[EN COURS D'ÉCRITURE]
Les éléments principaux d'un vélo sont bien sûr le cadre et les roues. On peut ensuite répartir les autres pièces par sous-catégories :
- La transmission : boîtier de pédalier, pédalier, plateaux, chaîne, pignons, dérailleurs et leviers de dérailleurs.
- Le freinage : freins et leviers de frein
- La direction : guidon, potence, fourche
Et enfin les éléments de "confort" : selle, poignées ou ruban (guidoline) sur le guidon, porte-bagage, garde-boue, etc.
Les roues Les roues peuvent avoir différents diamètres, mais aussi différentes largeurs (selon la largeur de pneu que l'on veut mettre dessus). Les diamètres courants sont le 26" et le 700 (parfois noté 28"). Certains VTT sont maintenant fait pour des pneus de 29". Le 26" est utilisé pour les VTT et pour les VTC. Le 700 est utilisé sur les vélos de route et les VTC également selon la taille du vélo. Un vélo avec de grandes roues aura un centre de gravité plus haut, ce qui en fera un vélo plus "instable" mais plus dynamique.
Pour la liaison avec le cadre et la fourche, l'axe de la roue avant mesure 100mm de long. Pour la roue arrière, il mesure 130mm pour une roue avec des vitesses, et 120mm pour une roue prévue pour une seule vitesse.
La transmission Le problème des vélos, c'est qu'on en fabrique depuis longtemps ! Et donc les dimensions des pièces et leurs normes ont beaucoup changé. Si dorénavant les normes sont moins nombreuses, elles ne sont pas forcément compatibles avec des pièces plus vieilles.
Il faudra donc être attentif/attentive aux compatibilités des pièces.
Boîtier de pédalier : les boîtiers de pédalier peuvent rapidement devenir un casse-tête si on se retrouve avec des standards peu utilisés. Il existe 5 grands standards : Anglais ; Français ; Italien ; Suisse ; Raleigh J'ai traduis et remis ici un tableau trouvé sur le site très complet de Sheldon Brown : Tailles de boitiers
Si vous récupérez un vieux cadre il est très probable que le standard soit "français" et donc incompatible avec les standards actuels. Si vous avez les pièces qui vont avec cela ne posera pas de problèmes, mais si vous pouvez trouver un filetage standard ce sera plus facile !
Pour la lecture du tableau suivant :
- tpi veut dire "Threads Per Inch" ce qu'on peut traduire par "nombre de filets par pouce".
- La description du filetage se fait avec le diamètre de l'alésage puis le pas de vis. En norme métrique (par exemple le 1mm du filetage français) on mesure l'écart entre deux filets (donc ici, 1mmm). Pour mesurer le pas le plus simple est donc de mesurer la longueur du filetage, puis le nombre de filets, et on aura le pas métrique.
Attention : si certains standards peuvent donner l'impression de s'adapter, cela n'est pas le cas, il faut toujours monter un boîtier de pédalier dans les bons filetages, sinon il est probable que le montage se dévisse de lui même.
| Type de Standard | Filetage | Sens du filetage bouchon gauche | Sens du filetage bouchon droit | Profondeur | Commentaire |
| Anglais I.S.O. | 1.370" x 24 tpi ; 1.375 x 24 tpi | Sens horaire | Sens anti-horaire | Standard 68mm | |
| Shimano | ISO | Sens horaire | Sens anti-horaire | 90mm, 95 avec les bouchons | |
| Campagnolo Ultra-torque | Italien ou ISO | ||||
| Français | 35 mm x 1mm | Sens horaire | Sens horaire | 68mm | Standard obsolète, mais c'est souvent ce standard dans les vieux vélos français.. |
| ISIS Overdrive I | 48 x 1.5 mm | Sens horaire | Sens anti-horaire | 68mm;100mm | |
| ISIS Overdrive II | 48 x 1.5 mm | Sens horaire | Sens anti-horaire | 68mm;100mm | |
| Italien | 36 mm x 24 tpi | Sens horaire | Sens horaire | 70mm | |
| Raleigh | 1 3/8 x 26 tpi | Sens horaire | Sens anti-horaire | 71mm;76mm | |
| Suisse | 35 mm x 1 mm | Sens horaire | Sens anti-horaire | 68mm | Pareil que le standard français mais avec un filetage inversé à droite pour la sécurité |
Pour la suite de la transmission, une fois que l'on a notre boîtier de pédalier il faut lui ajouter un pédalier. De vieux pédaliers ont un système de fixation à clavettes, système que je déconseille car obsolète et peu sûr. La majorité des vélos utilisent maintenant un "axe carré" ce qui permet la mise en position et l'encastrement via un montage en force par vis.
Le freinage pour cette partie il nous faut les poignées ou leviers de frein, placés sur le guidon. Selon le type de guidon on pourra avoir différents types de leviers de frein. Pour la partie freins, il y a 5 types de freins répandus :
- Freins "route"
- Freins "V-Brakes"
- Freins "Cantilever"
- Freins à tambours
- Freins à disques
On peut regrouper ces freins par type de fixation : les freins à tambour et à disque sont fixés au niveau de l'axe de la roue, les freins route sont fixés sur un alésage dans le cadre ou la fourche, les deux derniers sont fixés sur des "plots" soudés sur le cadre et la fourche.
Pour un cadre en bambou, le plus simple reste les freins route car la fixation ne sera pas difficile à faire, les V-brakes et Cantilever pourront être mis en place avec un peu plus d'efforts pour ajouter les plots.
La direction Sur cette partie, le plus simple reste de conserver les pièces d'origine. Si vous avez un cadre "nu" et qu'il vous faut donc une potence et un guidon, il faut prendre en compte les standards liés à la direction. Déjà, on va avoir plusieurs diamètres d'alésages dans le cadre, la fourche doit pouvoir rentrer sans jeu. Ensuite on va différencier deux types de potences : les potences qui "plongent" dans la fourche, et les potences qui viennent se serrer sur la fourche. Dans le premier cas la fourche ne sortira pas du haut du cadre tandis que dans le deuxième cas si. Le premier cas est omniprésent sur les vieux cadres et un peu plus contraignant, pour démonter une potence de ce type il y a une vis à desserrer (dans l'axe du tube de direction, un centimètre devrait suffire) qui doit ensuite être frappée avec un maillet pour libérer la potence (c'est un montage en force).
La géométrie d'un vélo
Le schéma ci-dessus permet de visualiser quelques caractéristiques importantes d'un vélo.
- Tube de direction : α est généralement compris entre 70 et 74°. Plus α est grand, plus la maniabilité est grande.
- Tube de selle : β est généralement compris entre 70 et 75°. Cet angle a une influence sur le centre de gravité du vélo : plus β est grand, plus le poids sera supporté par la roue arrière.
- Chasse : distance entre la projection de l'axe de direction et le centre de la roue sur le sol. La chasse est minimisée pour les vélos de courses.
- Cintre : Distance entre l'axe de direction et l'axe du moyeu. Plus le cintre est petit plus la conduite est nerveuse et précise.
- La hauteur du cadre est mesurée avec la longueur du tube de selle.
| Taille du cycliste | Entrejambe | Taille du cadre |
| 1.52 à 1.60 m | 68 à 73 cm | 48 cm |
| 1.61 à 1.62 m | 74 cm | 48 cm |
| 1.63 à 1.64 m | 75 cm | 50 cm |
| 1.65 à 1.66 m | 76 cm | 52 cm |
| 1.67 à 1.68 m | 77 cm | 52 cm |
| 1.69 à 1.70 m | 79 cm | 53 cm |
| 1.71 à 1.74 m | 81 cm | 53 cm |
| 1.75 à 1.78 m | 82 cm | 54 cm |
| 1.79 à 1.80 m | 84 cm | 54 cm |
| 1.81 à 1.82 m | 86 cm | 56 cm |
| 1.83 à 1.86 m | 88 cm | 56 cm |
| 1.87 à 1.88 m | 90 cm | 58 cm |
| 1.89 à 1.92 m | 91 cm | 60 cm |
| 1.92 à 2.00 m | 94 cm | 62 cm |
Préparation
Le bambou
En dehors de sa forme naturellement adaptée, c'est une herbe très résistante surtout en traction et en flexion, donc aussi adaptée pour le vélo (on retrouve les caractéristiques dans la page bois)
De plus il pousse rapidement et partout, on en trouve facilement localement, gratuitement, et aucune transformation n'était nécessaire pour le mettre en forme (en dehors d'un mois de séchage).
Séchage du bambou
Dans un premier temps on a cassé les cloisons du bambou avec une tige métallique et un marteau. Afin que le chaume puisse sécher y compris entre deux cavités. On a récolté du bambou dans un coin perdu sur le long de l'Erdre, que l'on a fait sécher durant environ 1 mois, en grande partie sur le toit de chez Quentin, qu'il rentrait à chaque fois qu'il pleuvait.
On a ensuite du écourter le séchage, au pistolet thermique pendant une après midi.
Le fait que même avec ça le bambou n'a pas séché aussi rapidement que prévu, c'est que l'on a oublié de le poncer, pour enlever sa peau casi-imperméable.
Le lin
Le choix de la fibre de lin c'est fait rapidement puisque c'était Guillaume qui nous en fournissait, néanmoins elle est très facilement trouvable en France, pas très chère (7-8€/kg). De plus elle fait partie des fibres naturelles les plus résistantes (cf Fibres(composites))
Le choix de fibres en "cheveux" est principalement pour l'application en noeud entre les bambous, qui est très adaptée, résistante et facile à appliquer.
L'epoxy
On avait le choix entre les résines polyester et époxy.
L’expérience de Guillaume, les performances et le caractère biosourcée possible, nous a fait choisir pour l'époxy. On en trouve facilement pour 25-30€/kg.
Pour le biosourcée ce n'est généralement que 30% de la résine.
Rassemblement des matériaux
Pour cette géométrie de vélo on à eu besoin pour 1 vélo:
Pour le cadre
- Bambou (les longueurs sont approximatives on a recoupé et ajusté en fonction du besoin).
- 3 gros, on des diamètres d'environs 60mm. Les longueurs sont 540mm, 540mm et 600mm
- 4 petits, de diamètres 30mm environs. Et de longueurs sont 2 de 400mm et 2 de 500
- L'époxy, donc résine + durcisseur, 1,4kg au total, largement suffisant pour les 2 vélo.
On a eu la mauvaise surprise du fournisseur lors de la commande, de devoir échanger avec une résine non biosourcée (rupture de stock o(TヘTo) ) Mais on s'est rattraper avec le deuxième bidon. (On a pu faire 2 cadre, une fourche et un guidon avec 1 bidon) - La fibre de lin (10g/m), ici sous la forme de long cheveux, fourni gracieusement par le projet du Moth en bambou, Au total on a fait 20m par cadre, mais ça aurait pu être optimisé à 15m.
On a aussi récupéré sur des cadres de vieux vélos
- Les deux pattes de fixation pour la roue arrière
- Le support de fourche
- Une tige de selle et une partie du tube de selle du cadre (assez pour que la tige de selle puisse être tenue)
Pour le guidon et la fourche
- Epoxy et consommables comme précédemment
- Fibre de lin tressée, en stock à Plateforme C
- Recup de tube de pvc
- La partie haute d'une vieille fourche
- Quelques moules imprimés en PLA pour les petites parties de la fourche
- Pompe à vide (pour le bonus) avec son sac et sa ventouse
L'accastillage
On a récup, ou acheté d'occasion: (entre vélocampus et ATAO il y a de quoi faire)
- Les roues
- le boîtier de pédalier
- le pédalier
- les pédales
- le système de frein
- la potence
Pour le neuf:
- Adaptateur BB30 -> BSA (c'est un cylindre avec des filetages pour le boitier de pédalier, on aurait pu récup celle sur les vieux cadres mais les filetages étaient mort).
- La chaine
- Les pneux
- La guidoline
Consommables et équipements pour l'epoxy
- Protections
- Masque de respiration, à filtre ABEK. (Nous on avait des filtres à charbon actif, prévu pour les particules fines, à priori insuffisant, mais aucune odeur ressenti, et comme les vapeurs ne sont pas extrêmement fortes)
- Gants latex jetables ou gants complet pour manipulation chimique (classe ALK)
- Masque de protection pour les yeux, pour éviter les projections.
- Vêtements qui ne craigne pas.
- Outils
- Support de maintien du cadre, avec des fixations pour les tronçons de bambou si possible (on en avait pas mais à la réflexion ça aurai pu être cool, malgré la préparation nécessaire au support)
- Balance
- De l'espace !!
- Consommables
- Film étirable pour comprimer les jointures Lin-Epoxy
- Pinceaux à usage unique (par session de 30min)
- Spatule en bois jetable pour mélanger
- Cartons de protection
Fabrication
Construction du cadre
Mise en position du cadre
Ainsi Thomas a ramené son support de maintien du cadre qu'il avait fait en bois, spécialement pour la géométrie voulue des vélos.
Cette partie est primordiale, si vous n'avez pas un support pour mettre en position les pièces selon la géométrie voulue ce sera bien sûr impossible, mais en plus de ça il faut que ce support soit précis ! En effet il faut tenir compte de la géométrie du cadre (voir plus haut) mais aussi du parallélisme des tubes, et du parallélisme des pattes arrière, sinon vos roues ne seront pas alignés...
Une bonne demi journée a servi à mettre en pièce les cadres et récupérer ce qui nous intéresse des vieux vélos à la meuleuse (dont un était retord puisque le boîtier de pédalier était coincé dans le cadre). Dans le même temps on a coupé les bambous aux dimensions prévues.
Ensuite une bonne heure a servi, à placer correctement et corriger les bambous sur le support prévu pour, ici utilisation massive de scotch de peintre.
On expliquera le choix des liaisons avec les photos...
Préparation epoxy
Pour préparer la mixture, on placera un récipient sur une balance, et on pèsera l'époxy seul, puis en ajoutant le durcisseur.
L'usage des EPI (masque de respiration et gants) sont obligatoires !
Conseil:
- Il est super important de respecter le dosage prescrit, la réaction étant exothermique, une trop forte concentration de durcisseur peu engendrer un dégagement de chaleur violent.
- Aussi on veillera à ne pas mélanger un total de plus de 80g de mélange d'un coup (environs 50g epoxy, 22g durcisseur dans mon cas), plus on mélange plus on mettra de temps à utiliser l'époxy, ce qui aura pour effet de devenir très visqueux à la fin et de ne plus pouvoir être utilisable, on ajoute aussi les facteurs d'une réaction un peu plus forte (solidification plus rapide et dégagement de chaleur plus important).
- Faire les calculs des mélanges avant, aussi calculer préalablement les concentrations en % peu faciliter le calcul.
Imprégnation des jointures
Enfin avec la préparation époxy et la fibre de lin, on a fait les liaisons les plus complètes possible (principalement en forme de 8) tout en les imprégnant d'époxy (le ratio est 2 fois le poids de fibre).
L'époxy devenant visqueux et très collant après 20min, il fallait compléter chaque liaison le plus rapidement possible.
Aussi après chaque liaison, on les a enroulées avec du film étirable, pour avoir une forme plus homogène et de meilleures propriétés mécaniques.
On avait une pompe à vide à disposition, donc on s'en est servi, elle a permit d'améliorer l’effet du film étirable.
Résultat le premier cadre est fini après la 1ère journée. Le séchage se fera pendant les jours de fermetures du fablab.
Finition
Après le séchage, on c'est rendu compte qu'il manquait pas mal d'époxy à des endroits, du coup on a repasser un coup de pinceau époxy.
Puis on a enchaîné sur la tige de selle, elle rentre avec un peu de jeu dans le bambou (on avait prévu le coup :D), on place un peu de lin sur le tour de la tige pour supprimer ce jeu.
Enfin on fera la liaison tige bambou avec lin époxy film étirable comme précédemment.
Si on a besoin de faire de faire plusieurs empilement de lin/époxy, on poncera entre les couches pour améliorer l'adhésion et éviter que cela ne se décolle. Les propriétés mécaniques restent meilleurs si on fait les pièces en une seule fois.
Montage scotch Vélo 1
Liaison pédalier
Imprégnation pas encore cellophanée.
Sechache tige de fourche
Tige de selle
Support roue arrière
Deuxième cadre
On a reproduit le principe pour le deuxième vélo, a ceci près que Thomas voulais faire autrement, du coup ça a une autre tête.
Pour cette fois on la fait passer dans un des grand sacs sous vide.
Montage du 2ème vélo
Zoom sur la géométrie
Mise sous vide pendant le séchage
Préparation pour la finition
Assemblage
On a ensuite récupéré les autres pièces à droite à gauche,
Cas du boîtier de pédalier
On avait intégré dans le cadre, la partie contenant les filetages du boîtier de pédalier. Sauf que les filetages ayant vécu on a forcé et décollé cette pièce métallique du lin/époxy l'entourant. Du coup on a changé de stratégie, on a enlevé cette pièce métalique du cadre et on va passer par un montage du boitier avec la nouvelle norme sans filetage.
Pour ce faire on fera des pièces directement en époxy. On est en phase de conception la dessus.
Cas des frein Vbrake
On réfléchit à l'insertion des supports dans le cadre.
Construction d'un guidon
Quelques sources sur comment choisir et dimensionner un guidon
Dans l'idée
L'idée était de mettre en forme un guidon (ici cintre de vélo de route) avec des tubes de pvc, ainsi avec un dessin et un pistolet thermique/briquet, on a mis en forme les deux extrémités courbes.
Qui sont reliées à la tige droite centrale, par des coudes.
Après avoir mis en forme le cintre avec les tubes, il faut le rigidifier avec le lin et l'époxy.
Premier essai
Pour cela on voulait enrouler simplement le tissu de lin imbibée d'époxy sur le tube central. Mais ça glisse ... Le tissu d’élargie comme une feuille de papier que l'on aurait roulée. Ensuite le passage avec la pompe à vide, n'a fait qu’aplatir toute la forme, rendant la forme inutilisable.
Deuxième essai
Ensuite un deuxième test, a été fait: on a rajouté du scotch double face sur une ligne entre la fibre et le tube pvc. Ainsi les deux étant solidaires, on peu serrer beaucoup plus facilement en fessant tourner le tube, le lin s'enroulant tout seul sur le tube. Avec un petit coup de main, et du film étirable c'est a peu près serré.
On passe ensuite dans le sac avec la pompe à vide.
La manipulation consiste à faire le vide jusqu'à ce que le tube s’aplatisse un petit peu. Ensuite on lui rend ça forme ronde en appuyant sur le sac, on attend une demi heure que l'époxy devienne plus visqueux et malléable. Après on remet un coup de vide, on reforme l'objet et on refait jusqu'à ce que l'on considère comme l'équilibre entre une bonne puissance du vide et la bonne forme voulu.
Après quelques heures de séchage dans le sac (environs 3 heures) on peut sortir la première pièce du sac.
La suite
Maintenant que le process est près on fera la même chose pour le reste des pièces, on poncera en suivant. Et les assemblages des 3 parties on préférera utiliser du lin long comme pour le cadre.
En suite on ponce tout pour unifier la structure et rajouter quelques bout si besoin. Après on ajoutera la guidoline.
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Construction d'une fourche
Au début on coupera l'axe de la fourche à la meuleuse.
Puis exactement de la même manière que pour le guidon, on fera deux tubes courbes. Que l'on assemblera avec du lin long, sur le l'axe de la fourche coupé.
Pour le moment j'ai préparé des pièces crochets pour attacher les roues. La réalisation est passé par fabrication d'un moule archaïque avec du contre plaqué collé, ensuite du cellophane pour limiter l'adhésion de l’époxy au bois. On remplit le moule d'époxy et de fibre de lin, un petit coup sous pompe a vide, et enfin on démoulera en cassant le moule au ciseaux à bois.
La on réfléchit comment faire le lien entre les tubes de fourche et cette pièce.
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Potence et rattachement à la fourche
Comme on a des vielles fourche, on a pris des vieilles potences longue, que l'on a coupé au niveau de la tête pour pouvoir insérer un guidon de route.
On recherche encore un moyen simple et efficace pour bien verrouiller le guidon à la potence.
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