Roue libre VTT : tout savoir sur les systèmes Pawl à cliquets
Il existe deux solutions principales utilisées par les systèmes de roue libre. Le premier est celui à rochet ou ratchet qui combine deux roues crantées (ces fameux rochets) pré-contraintes, emblématique chez DT Swiss avec le système Star Ratchet et auquel j’ai déjà consacré un article dédié. Le second est celui que l’on peut appeler généralement Pawl ou roue libre à cliquets, qui combine une roue crantée (ratchet) et plusieurs cliquets (pawls), que je vous propose d’étudier aujourd’hui, tant dans son fonctionnement basique que les différentes variantes utilisées par les marques qui y ont recours.
Fonctionnement général
Le système Pawl est extrêmement répandu, et son fonctionnement de base très simple.
On trouve sur le corps de roue libre au moins deux cliquets (plus couramment trois, parfois plus), qui s’engagent sur une couronne crantée à l’intérieur du moyeu. Chaque cliquet est précontraint par son propre ressort, le plus souvent hélicoïdale, mais parfois à lame, directement contre la couronne crantée. Quand le vélo est en roue libre, les dents glissent sur les crans, ce qui produit ce bruit si caractéristique.
Au pédalage, la vitesse de rotation du corps de roue libre auquel est relié la cassette devient supérieure à celle du moyeu, ce qui engage les cliquets dans les crans, et permet d’exercer une force de rotation sur le moyeu, qui entraîne la roue arrière, ce qui permet au vélo d’avancer.
Tous les systèmes Pawl ne se valent pas, à bien des égards. Si la roue libre à ratchet est globalement considérée comme solution enviable à défaut d’être entièrement supérieure, c’est notamment grâce à sa fiabilité presque sans faille qui repose sur une conception simple et robuste où toutes les dents des deux rochets sont engagées, contrairement au système Pawl qui n’offre qu’un nombre limité de points de contact.
Il n’est pas rare sur un système Pawl bas de gamme que les ressorts arrivent prématurément en fin de vie et ne soient plus en mesure de repousser un ou plusieurs cliquets contre la couronne crantée, ou que les cliquets se révèlent sous-dimensionnés. Des tolérances non respectées et/ou une usure localisée, ainsi que le manque de rigidité d’autres éléments du moyeu peuvent également amener à l’engagement d’un nombre réduit de cliquets au fil du temps, et à nouveau une casse.
Les fabricants ont plusieurs leviers sur lesquels jouer pour améliorer un système Pawl dans un sens ou dans l’autre.
L’un des plus visibles est le nombre de cliquets, et leur mode d’engagement. Certains systèmes utilisent des groupes de cliquets qui s’engagent de manière différenciée, par exemple deux groupes de trois cliquets légèrement décalés qui permettent de doubler le nombre de points d’engagement pour une couronne possédant le même nombre de dents. On trouve également des designs où le cliquet ne s’engage pas en tant que tel, mais présente des dents sur la surface en contact avec la couronne crantée afin de permettre une denture très fine et beaucoup de points d’engagement.
Il serait difficile de faire un tour d’horizon exhaustif, mais je vous propose néanmoins de voir de manière un peu plus détaillée les implémentations les plus courantes et celles plus spécifiques à quelques marques populaires.
Le 3-Pawl / 4-Pawl
Le 3-Pawl est le système le plus courant, et aussi le plus simple, l’un expliquant l’autre. Il va de soit qu’un moyeu présent sur une paire de roues à 150€ n’a pas le même degré de raffinement qu’un moyeu vendu seul pour plus de 500€. Cela dit, toutes les roues libres 3-Pawl ne se valent pas, loin de là. Ce n’est pas parce qu’un moyeu utilise lune roue libre 3-Pawl qu’il est forcément à jeter, mais si un moyeu est bas de gamme, il y a de bonnes chances pour qu’il utilise ce système.
On ne trouve que 3 cliquets, qui sont engagés simultanément. Ils sont contraints par un ressort dédié à chaque cliquet, le plus souvent hélicoïdale, parfois à lame, afin de palier aux piètres performances des petits ressorts hélicoïdaux. En parlant de ressorts, on trouve même un système à aimants chez Project 321.
Parfois ces cliquets sont doublés, ou de largeur importante, pour augmenter leur résistance mécanique.
Hope, qui a par le passé utilisé des systèmes comprenant uniquement deux cliquets, a fait le choix par rapport au courant 3-Pawl d’ajouter un cliquet sur ses moyeux Pro 4, afin d’avoir un point de contact supplémentaire. La marque utilise également des ressorts à lame sur ce système 4-Pawl.
Les systèmes n-Pawl décalés
L’augmentation du nombre de dents sur la couronne est la solution la plus simple et la plus basique pour augmenter le nombre de points d’engagement. Le problème est que chaque cran devient de plus en plus petit en taille au fur et à mesure de l’augmentation de leur nombre, et que chaque cliquet doit logiquement suivre cette évolution. Il en résulte une surface de contact plus faible, et des cliquets plus fins, le tout étant néfaste à la résistance mécanique du système.
Une solution pour remédier à ce problème est de conserver le même nombre de dents sur la couronne, mais créer deux groupes de cliquets distincts, décalés de la moitié de l’angle d’engagement. Ainsi, lors de l’engagement, seul un des deux groupes est réellement engagé, tandis que les cliquets du second groupe sont à mi-chemin entre deux crans. Le nombre de points d’engagement est ainsi multiplié par deux, comme si l’on avait doublé le nombre de dents, puisque qu’il est possible d’engager l’un ou l’autre des groupes de cliquets indépendamment sur la moitié de l’angle d’engagement.
On trouve même parfois une configuration avec trois groupes de deux cliquets, pour augmenter davantage le nombre de points d’engagement, au prix d’une longévité qui pose davantage question. Project 321 par exemple propose des moyeux disponibles dans chaque configuration, avec 216 points d’engagement en 6/2 et 144 points d’engagement en 6/3.
Cliquets à plusieurs dents et course à l’engagement
Certaines roues libres s’appuient sur davantage de cliquets, mais sans les grouper et les décaler, comme par exemple les moyeux Hex de Spank qui utilisent 6 cliquets à engagement simultané pour 102 points d’engagement.
Pour contrer les problèmes découlant d’une couronne présentant un nombre de crans important, le parti pris de ce système (également présent par exemple sur les anciens moyeux Legacy d’I9) est de créer plusieurs dents sur chaque cliquet, de telle sorte à ce qu’il ne s’engage pas via sa pointe naturelle, mais mette en contact ces dents avec celles de la couronne crantée. Ainsi il est possible de créer une couronne crantée avec beaucoup plus de dents que si l’on utilisait un cliquet basique, tout en augmentant la surface de contact.
Un pas supplémentaire avec l’Industry Nine Hydra
Les moyeux I9 font l’objet d’un véritable culte chez certains, puisqu’au delà d’être une marque assez “boutique” et made in USA, elle se démarque par des roues libres très travaillées qui offrent un nombre assourdissant de points d’engagement, notamment via leur moyeu actuel Hydra qui en compte 690, soit peu ou prou 0.52° d’engagement. Ce système est un excellent exemple de raffinement à l’extrême du système Pawl, puisqu’il reprend beaucoup des principes d’amélioration déjà vus pour arriver à ce résultat.
Tout d’abord, le moyeu Hydra est bâti autour d’une couronne crantée de 115 dents associée à 6 cliquets. Contrairement à beaucoup de roues libres comprenant 6 cliquets, il ne s’agit pas ici de deux groupes de trois cliquets, mais bien de cliquets qui sont tous censés être engagés (pour au moins quatre d’entre eux) une fois le système en prise. I9 utilise pour ce faire le flex du moyeu afin qu’une fois le premier cliquet en prise, les suivants suivent le mouvement.
Chaque cliquet est décalé d’un sixième de dents, ce qui permet à ce modèle d’afficher ce nombre impressionant de points d’engagement.
L’Hydra utilise par ailleurs des ressorts à lame et chaque cliquet présente une encoche qui lui permet de se verrouiller sur deux crans adjacents.
Le système inversé
Bien que cette conception soit beaucoup moins courante, on trouve parfois les cliquets côté moyeu et une roue crantée côté corps de roue libre.
C’est notamment le cas sur le moyeu Vault de Race Face, qui, afin d’offrir 120 points d’engagement, s’appuie sur 6 cliquets divisés en deux groupes de trois et une roue crantée de 60 dents. Chaque cliquet présente ici aussi une encoche permettant de contacter deux dents, mais la particularité est bien que chaque cliquet se situe sur le périmètre du système.
Le mot de la fin
Le système de roue libre Pawl est comme nous l’avons vu hyper dominant sur le marché, mais aussi varié dans l’implémentation choisie par chaque marque. Plusieurs raisons expliquent cet état de fait. Le système “Star Ratchet” de DT Swiss, extrêmement simple et robuste, est breveté par la marque. Si Chris King utilise également deux rochets opposés, la technologie développée reste plus complexe.
Le système Pawl de base à trois cliquets peut comme nous l’avons-vu être décliné en moult versions plus ou moins complexes qui comblent les faiblesses des versions bas de gamme. Surtout, il a l’avantage du nombre de points d’engagements par rapport à un système à ratchet, puisque DT Swiss limite son offre à 54 dents (version déjà plus sensible que les moutures 18 et 36 dents) et Chris King à 72.
Il est toutefois difficile pour ce système de mener la bataille de la fiabilité, qui est extrêmement dépendante des solutions choisies par chaque marque, tant vis à vis du nombre de cliquets que des ressorts utilisés, ou encore le travail fait sur les premiers pour offrir davantage de contact avec la couronne crantée. Enfin, il ne faut pas oublier que la conception plus générale du moyeu joue sur cette fiabilité, le système Pawl étant assez fin et particulièrement sensible au manque de rigidité.
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Pour aller plus loin :
- Roue libre DT Swiss Ratchet : comment ça marche et comment l’entretenir
- HG, XD, Micro-Spline : tout savoir sur les standards de corps de roue libre
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