MOYEUX - Comparatif - Freinage disque

Plus de 12 années en R&D, en assemblage et tests pour isoler et optimiser les choix techniques les plus efficaces. Au moins 100 millions de kilomètres parcourus. Nous avons conçu nos propres solutions moyeux depuis 2012 ayant abouti au lancement de notre fleuron : les moyeux RAR ESO V1 en 2016 et leur petit frère RAR FIRST V1 en 2018.  

Chaque choix technique proposé aujourd’hui a fait l’objet de tests intenses et prolongés : gage de sérénité à l’utilisation.

Plusieurs marques entrent dans notre sélection de moyeux pour leurs qualités complémentaires et démontrées de longue date. Nous proposons Acros, Tune, DT Swiss, et avons intégré dans ce comparatif Hope et Extralite qui proposent aussi des moyeux à tirage direct.

Comparatif moyeux straight pull

Straight pull: tête de rayon cachée dans le moyeu, écrou accessible près de la jante

Véritable base de construction d’une roue, le dimensionnement du moyeu affecte la dynamique et la fiabilité de la roue. Chaque propriété prise en compte dans ce comparatif impacte le fonctionnement à petite ou longue échéance. 

Géométrie communiquée sur la base de jantes RAR EVEN 38 - asymétrie 2.5mm

Le design d'un moyeu peut prendre diverses orientations.
De la performance brute avec concessions sur la durabilité à l’inverse : la durabilité maximale avec concessions sur la performance.
Entre ces deux extrêmes, le curseur peut être placé à discrétion du fabricant. En gardant à l’esprit qu’il est infiniment plus économique, en coût et en temps de design et d’usinage, de privilégier la durabilité à la légèreté.

Tune Princess/Prince.
L’orientation donnée par le fabricant allemand est celle de la légèreté avec une bonne géométrie. Des concessions sur l’endurance existent : roulements 61803 et système 3 cliquets, réglage par clinquants.

RAR by Acros
Les moyeux sont orientés performance avec un effort particulier sur la forte section de roulements et l’axe de 19mm. Leur limite en endurance sera leur couronnes crantées en aluminium. Leur système de réglage est pratique pour l’utilisateur.

DT Swiss 350
Clairement orientés sur l’endurance, leur géométrie arrière est en bas de classement. Equipés de roulements massifs et de couronnes crantées acier pour une longue durée de vie. Réglage inutile.

DT Swiss 180 EXP
Leur masse les oriente sur la performance pure, leur géométrie arrière est toutefois identique au DT350 : moyenne. Les roulements sont sous-dimensionnés face au reste des moyeux présentés. Leur bon point sont les couronnes crantées en acier et le réglage non nécessaire.

RAR FIRST V2
La version enduro-performance de notre gamme : roulements massifs, réglage inutile, couronnes crantées acier, géométrie juste.

RAR ESO V2
Le curseur est placé sur la performance pure avec une orientation endurance: masse faible et géométrie très travaillée plus des roulements costauds, des couronnes crantées acier et un réglage précontrainte.

Hope PRO5 SP
Des moyeux taillés pour l’endurance avec des roulements costauds, 4 cliquets surdimensionnés. La géométrie est moyenne. Logiquement leur masse est élevée.

Extralite Cyber SPD3
Minimalistes et clairement orientés performance pure avec une géométrie travaillée. Des concessions sont prises sur la durabilité : roulements de petite section, mécanique roue libre à 2 petits cliquets plus ressort joint torique, réglage par écrou plastique.

Masse

Son importance est relative dans le sens où il s’agit d’une pièce au centre de rotation qui a donc une influence nulle sur le moment d’inertie de la roue. Toutefois à performances égales, il est toujours préférable de privilégier le plus léger : l’économie d’énergie est réelle.

Endurance mécanique roue libre

Leur impact est majeur sur la durée de vie des pièces de transmission du couple, il s’agit d’éléments d’usure taillées dans différents matériaux et pouvant fonctionner de plusieurs manières différentes.

Le premier système est celui des cliquets/ressorts en contact avec une couronne dentelée. Solution retenue chez Extralite, Tune, Hope, et sur notre RAR FIRST V1 notamment (V2 en couronnes crantées acier). C’est une solution pratique pour réaliser une conception légère. Ce choix peut être plus ou moins endurant selon le nombre de cliquets, leur matériau, selon le type de ressort. Globalement des durées de vie comprises entre 10 et 30.000km peuvent être attendues de ces systèmes.

Le second système est celui des engrenages originellement Hügi : un ou deux disques dentelés et en opposition engrènent l’un par rapport à l’autre via un ou des ressorts. Solution mécaniquement solide, mais nécessitant des ressources supérieures en usinage et en matériaux, et globalement plus lourde que le système cliquets à moins d’y mettre de coûteux moyens d’usinage.

Endurance comprise entre 20/40.000km pour des éléments en aluminium, et entre 60/200.000km pour l’acier. Notre RAR ESO fonctionne sur ce type de couronnes acier. Idem pour le RAR FIRST V2.  DT Swiss aussi. Acros a fait le choix de couronnes en aluminium plus souples à usiner.

Réglage précontrainte roulements

Etape cruciale lors de la conception du moyeu, le système de fermeture des capuchons sur l’axe et l’éventuel système de réglage auront un rôle sur le fonctionnement, du court au long terme. Au-delà de l’importance de la qualité intrinsèque des roulements, leur calage et le réglage de la précontrainte, force de serrage de roue comprise, sera prépondérant.

Chez Tune, le réglage s’effectue via des clinquants pour caler l’axe de gauche à droite vis-à-vis des roulements. Chez Acros, une bague équipée d’une vis sans fin et d’un système d’écartement permet de caler le jeu. Chez Extralite c’est un écrou plastique sur l’axe qui permet ce réglage.

D’autres marques comme Hope ou DT Swiss ont fait le choix de ne pas permettre de réglage. L’axe dispose dans ce cas d’épaulements : les roulements posent à la fois contre l’axe et dans le corps de moyeu. C’est aussi notre choix pour le RAR FIRST que nous voulons simple et sans entretien.
Nous avions laissé sur notre RAR ESO V1 ultra technique la possibilité à l’utilisateur de régler cette précontrainte : un capuchon sur l’axe étant vissé et en contact avec la portée interne du roulement au travers d’un joint qui « absorbe » la trop forte précontrainte sur les roulements.

RAR ESO V2 dispose aujourd'hui d'axes épaulés qui rendent obsolète ce réglage. 

Dimensionnement des roulements

La durée de vie d’un roulement dépend de dizaines de paramètres. Naturellement leur qualité de fabrication est décisive. Leur bonne installation, l’étanchéité du moyeu suite aux nettoyages et à une utilisation en conditions difficiles, le bon réglage de leur précontrainte figurent parmi la liste principale des pré-requis d’une longue vie. « Last but not least »: leur dimensionnement vis-à-vis des contraintes reçues est à prendre en compte. Avec les contraintes de freinage, la flexion moyeu induite impose des roulements suffisamment dimensionnés. 

Nous avons intégré cette notion afin de mettre les poids de certains moyeux en perspective : utiliser des roulements de faible section diminue facilement la masse et la section des corps qui les reçoivent, au détriment de la fiabilité et de la durée de vie.
Dans notre comparatif, les DT Swiss 180 EXP reçoivent des roulements de section 15245-61802, petits pour les contraintes rencontrées sur le moyeu avant, ou à l’arrière côté disque. Les Extralite, compte tenu de leur minimalisme sont logiquement équipés de roulements légers aussi : 17265-61803 à l’avant et à l’arrière côté disque. Les Tune reçoivent des sections identiques. A l’opposé les Hope, et les RAR FIRST bénéficient de roulements 15287-61902, massifs et très durables, ce qui explique leurs masses. La section 19285 ou 19307 costaude est employée sur les Acros. Sur notre RAR ESO, nous avons joué la carte de la durabilité justement ciblée avec un jumelage 61902/61802 avant et 61902 uniquement dans le corps de moyeu arrière.

Dans le tableau résumé plus haut, nous avons pris en compte la résistance statique des roulements présents dans les corps. Nous partons du principe que, dans la roue libre le dimensionnement est dépendant du standard: seul les corps Shimano HG peuvent recevoir au choix des 61802/902 ou encore des 61803/903. XDR-Micropline-Campagnolo ont des diamètres faibles qui imposent strictement du 61802 ou 61803.

Géométrie moyeu avant

La situation d’une roue avant pour freinage disque s’approche grandement d’une roue arrière pour freinage jante: un seul côté du moyeu transfère l’énergie du moyeu vers la jante. Les solutions sont donc similaires, avec quelques subtilités.

Sur une roue arrière freinage jante, à cause de l’encombrement cassette qui frôle les 40mm et le faible empattement du moyeu, l’écartement du centre de la roue au point d’accroche des rayons côté cassette prend une importance capitale. Cette zone exigüe profite de chaque dixième de millimètre supplémentaire qui favorise la tenue latérale de la roue, et génère un équilibre des tensions plus sain. Les meilleurs espacements rencontrés atteignent 18mm.

Dans le cas des roues avant disque, d’une part il n’y a aucun transfert d’énergie motrice, d’autre part il y a un rapport des masses du pilote plus favorable (généralement 40% avant et 60% arrière), pour finir il n’y a pas cette cassette encombrante.
L’espacement critique atteint facilement, sans recherche majeure ni prise de risque, 20mm. Bien suffisant compte tenu des contraintes de torsion pure rencontrées au freinage, d'autant plus que les roues avant ont toujours au moins 24 rayons. Les meilleurs valeurs atteignent 23.5mm, à la limite de faire frotter l’étrier de frein sur les rayons.

Du côté opposé au disque, une situation analogue aux roues arrière freinage jante existe : plus l’ancrage des rayons est éloigné du centre de la roue, plus déséquilibrée sont les tensions gauche/droite, en faveur de la tenue latérale de la roue. Il n’y a pas de mauvaise solution : tout est affaire de compromis. 

Côtes mesurées au centre des flasques

Autre paramètre concernant la géométrie : le diamètre d’ancrage des rayons. Sur une roue arrière il a toute son importance pour favoriser un bon transfert des énergies du pédalage. Dans le cas du ESO arrière justement, le fort diamètre d’ancrage arrière est aussi issu du placement vertical des rayons pousseurs et tracteurs qui optimise la distance centre de roue-flaque roue libre. Sur une roue avant, ces diamètres d’ancrage sont secondaires dans le sens où l’importance de la distance centre roue-flasque est réduite. Au contraire la masse l’est : les flasques sont donc généralement de très petite taille. Au-delà de ces considérations d’ordre technique, l’aspect coût usinage/matériau donne encore plus de sens à un petit diamètre de flasque. La barre de départ est de plus petite section, donc moins coûteuse, les copeaux générés sont réduits : l’usure outillage/machine et les temps d’usinage sont minimisés.

Globalement tous les moyeux avant à freinage disque sont usinés en une seule pièce. Gage de sécurité et de fiabilité. Seul Extralite s’était aventuré sur une conception 3 pièces pour réduire drastiquement les coûts d’usinage mais ils reviennent sur du monobloc en 2020.

Géométrie moyeu arrière

130+12 = 142. DOUZE millimètres. C’est le gain d’empattement entre un moyeu freinage jante et son homologue à disque, dans son standard définitif actuel.
Ouf, il était temps d’accroître cette dimension. Elle créait de réels problèmes d’encombrement avec les cassettes de plus en plus dentées.
Ces 12mm paraissent peu au premier abord, mais ils génèrent une différence appréciable de maintien latéral. Ce supplément accroît la (trop) faible distance centre roue/point d’accroche rayons côté cassette issue des quasi 40mm de largeur des cassettes 11/12/13v actuelles.

Sa particularité de passer du couple moteur et de freinage oblige à orienter, de chaque côté, les rayons tangentiellement au moyeu: ils travaillent alors dans le sens le plus résistant. Les multiples usinages rendent alors les corps de moyeu agressifs et esthétiques.
La position de leurs points d’accroche prend toujours cette importance capitale sur la rigidité et la performance de la roue. Plus ils sont écartés l’un de l’autre, meilleure est la stabilité de la roue. En gardant à l’esprit que le corps de roue libre encombre de 40mm le côté cassette et qu’il devient donc critique de positionner ce point d’ancrage : il sera maître du ratio d'équilibre gauche/droite des tensions.

Côté disque, l’amplitude dans leur positionnement est plus intéressante. Ils pourront être davantage éloignés du centre de la roue, dans la limite de l’encombrement du disque. Positionnés à équidistance des points ancrage rayons côté cassette, la tension des rayons gauche/droite sera équilibrée : 100% de chaque côté. Augmenter cette distance améliore la stabilité de la roue mais détériorera l’équilibre des tensions : 100% côté cassette et sensiblement moins côté disque, sous réserve d'une jante de forme symétrique naturellement.

Les moyeux arrière sont donc « bridés » de chaque côté. La bride la plus sensible étant celle côté cassette, c’est de ce côté que sont originaires les déséquilibres de tensions. Côté disque, comme pour les roues avant à freinage disque ou les roues arrière à freinage jante, le positionnement des points d’accroche rayons est une question de choix et de compromis. Sachant qu'au meilleur est le positionnement côté roue libre, au plus il est possible d'éloigner le flasque côté disque sans déprécier les tensions de rayons.

C’est dans ce contexte que nous avons conçu le moyeu RAR ESO. Ses points d’accroche rayons côté roue libre sont particuliers : ils sont placés verticalement plutôt que latéralement afin d’augmenter sensiblement la distance avec le centre du moyeu. 
Cette particularité oblige à une hausse du coût matériau et des temps d’usinage : le bloc aluminium 7075T6 de départ est forcément plus grand.

Côtes mesurées au centre des flasques

La position du flasque côté roue libre du RAR ESO atteint en moyenne 20.75mm du centre de la roue, l’extrême limite vis à vis de l’encombrement cassette. Ce positionnement associé au grand diamètre d’ancrage autorise un angle de maintien de la jante inédit.
Avec 19.25mm le Extralite de dernière génération offre une géométrie excellente. Suivent le Tune, le Hope et le RAR FIRST sérieux, eux aussi. La suite du tableau comprend le Acros  dont la géométrie reste satisfaisante, puis les DT Swiss 180/240s/350 que l’on pourra qualifier de moyens sur ce critère. Ces derniers moyeux requerront idéalement une jante de forme asymétrique pour compenser leur géométrie. 

Jantes asymétriques 

A ce propos, la jante asymétrique corrige l'angle des rayons en sortie de moyeu: l'équilibre des tensions s'améliore en modifiant les dimensions natives représentées ci-dessus.
Par exemple pour un DT180, utiliser une jante asymétrique de 3mm équivaudra artificiellement à une distance centre roue-flasque de 20mm côté cassette, au lieu de 17, et 30mm côté disque au lieu de 33. La situation s'assainit, elle reste bien inférieure à celle d'un RAR ESO qui passerait à 23.75mm côté cassette et 29 côté opposé pour un quasi équilibre gauche/droite. 

Rayonnages 2:1

Une solution particulière existe avec le rayonnage 2:1 qui corrigera les tensions de rayons de chaque côté de la roue. Utiliser deux fois plus de rayons du côté où le moyeu est étroit oblige à augmenter la tension des rayons du côté où il sont moindres, pour compenser leur nombre. Une roue avant aura alors 16 ou 14 rayons côté disque, pour 8 ou 7 côté opposé. L'arrière recevra les 16 ou 14 rayons du côté cassette, et les 8 ou 7 côté disque.

L'équilibre des tensions de rayons s'améliore. En réalité, c'est le côté où les rayons étaient les moins tendus qui devient le plus tendu car la correction est trop importante. Elle oblige à allonger le corps de moyeu pour récupérer un équilibre idéal. Possible sur un corps avant puisqu'il y a de "la place" côté opposé disque. Impossible sur l'arrière qui est encombré du disque et dont les tensions de rayons resteront déséquilibrées, sens inverse d'une roue rayonnée en 12/12.

Un point capital sur le rayonnage 2:1 concerne la tenue latérale de la roue. Augmenter de 33% le nombre de rayons d'un côté ne compense pas la suppression de 33% de rayons de l'autre, quand bien même sa distance du centre de la roue serait augmentée. La baisse de rigidité latérale est significative, mesurable sur banc de déformation, elle se ressent à l'utilisation et contraint à utiliser une jante renforcée pour rattraper. 
Cette géométrie spécifique génère un angle considérable entre deux rayons: 45° à 51° de "vide" entre deux rayons du côté où ils sont peu (360°/7). La jante subit des contraintes accrues, générées par la traction de deux rayons d'un côté pour un de l'autre qui nécessite, encore une fois, une jante renforcée donc alourdie. 

Au delà de ces deux aspects cruciaux mais invisibles, la roue devient inutilisable en cas de bris d’un rayon du côté où ils sont 7 ou 8. Son absence crée un "vide" de 90° à 100° d'un côté alors que l'autre côté conserve, dans cette tranche, ses 4 rayons pleinement tendus. Dangereux dans une descente notamment car le risque de blocage de la roue est réel.  

Particularité du 14/7 d'une roue arrière par rapport au 16/8, le nombre impair des 7 rayons oblige à rayonner « droit » : le chemin le plus court du moyeu vers jante. Positionnés radialement, les rayons sont inaptes à passer du couple, qui doit donc transiter du disque jusqu’au côté cassette. Le corps doit être rigidifié en torsion: épaissit, donc alourdit.

Nous estimons la solution du rayonnage 2:1 sur une roue freinage disque comme non saine mécaniquement, non performante, et potentiellement dangereuse si des éléments légers sont utilisés.