[Pignolisme] AERO x Marginal Gains

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  • Bon, allez, j'ai vu tous les beaux sujets de pignolisme sur les beaux vélos.

    Je voulais y prendre part - mais avec mon côté matheux, relou et marginal gains.

    Pour ce premier chapitre on va se concentrer sur l'Aéro et essayer de répondre à des questions qu'on ne se pose pas tous. Pour faire les choses bien, j'ai décidé ne pas avancer de chiffres sans sources, et je vais tenter de lister toutes celles utilisées.

    Généralités :

    Le plus gros problème du cycliste, c'est le cycliste lui même

    Les Maths

    La formule générale de l'aéro :
    F_d=C_d×A×V^2

    avec

    Fd = the drag force
    Cd = coefficient aerodynamique
    A = aire exposée au "airflow"
    V = la vitesse du cycliste par rapport à l'air alentours

    Deux choses à retenir :

    1. Tu te bats contre FD : donc pour augmenter la vitesses à FD égale, il faut réduire ton coefficient de pénétration (Cd)

    2. La résistance est salement quadratique : deux fois plus vite = 4 fois plus fort

    La physique appliquée :

    Pour en revenir à ce que je citais précédemment :

    il est important de savoir que pour un cycliste "normal" roulant à 30km/h

    La puissance totale est dissipée de plusieurs manières :

    • gain en altitude : Masse x G (constante gravitationnelle) x hauteur parcourue
    • Résistance au roulement = négligeable si vélo bien réglé et rigide
    • Résistance frictionnelle = poids x G (constante gravitationnelle) x coefficient de friction (celui ci change en fonction de l'état de la route, de ta pression de pneus, etc)
    • Résistance à l'air = l'AERO PUTAIN C SA K2 IMPORTAN

    Nota Bene :
    Seule la résistance à l'air est quadratique. Pour la résistance gravitationnelle ou frictionnelle, c'est linéaire et donc plus facilement "lisible". Ce sont aussi des constantes sur lesquelles il est plus dur d'agir hormis en limitant les raclettes pour perdre du poids et monter des pneus tubeless pour un meilleur rendement.

    Bref, pour la suite des infos bonnes à prendre glannées un peu partout sur le net, et qui va vous permettre de ne pas acheter un SL 7 maintenant.

    Pour un cycliste "lambda" à 30km/h, sur le plat :

    • Résistance de roulement / perte de la machines : environ 2% - sera négligée dans la plupart des exemples
    • Résistance gravitationnelle : 0 %
    • Résistance frictionnelle : entre 15 et 20%
    • donc 80 à 85% de ton énergie part dans l'AERO, c'est pour ça que ça aide vraiment le vent dans le dos

    Ce chiffre monte à 94% à une vitesse de 50km/h

    Là ou ça blesse c'est : qu'en réalité, le vélo ne représente lui, qu'environ 20 à 30% du coefficient aéro, 75% étant la propre résistance du cycliste contre l'air. Cela permet de mettre en perspective les vélos "10% plus aéros" qui n'apportent donc que 3% de gains aéro, soit 2,5% de gains. Marginal ou non ? à vous de décider de cela.

    En faisant un calcul rapide avec une moyenne des deux stats :

    59% : Aéro du cycliste
    23% : Aero du vélo
    18 % : Résistance de la route

    d'où l'importance de ne rouler avec des habits bien moulants, un casque aéro cher et avec un drop qui te casse le dos sa mère.

    NB : J'ai aussi vu sur des reports de Hambini le distinguo suivant dans l'aéro :

    Rider : 70% // Frame 10% // Wheels : 20%

    Petit graph grossier que je viens de faire rapidement pour résumer

    Les vélos de CLM

    Pourquoi va t'on nécessairement plus vite sur un vélo de CLM ?

    Selon des études que je n'ai plus retrouvé pour le moment, mais que j'avais gardé en tête
    un position typée vélo de CLM te fera perdre légèrement en puissance, mais te fera gagner beaucoup en aéro.

    Ce gain de coefficient aéro (Vélo + cycliste) est d'environ 13% à 30 ou 35km/h. Il est donc très important de se concentrer sur ce coefficient, et c'st là tous les fruits des efforts pratiqués sur l'aéro pour les CLM ou triathlons type Ironman. 10% de gains aéro, c'est quasiment une heure pour un concurrent IM moyen tournant aux alentours de 6h, ou de mémoire les 20% d'écart autorisés sur un CLM de l'UCI sur le temps du premier

    Update : j'ai trouvé cela sur trimag, et c'est assez intéressant même si le côté superbike + position pro ou intermédiaire parait un peu flou et monte ce pourcentage à 20% pour un "advanced position".

    Sources :

    aeroweenie.com qui permet de faire plein de maths pour savoir à peu près ton wattage.
    cycling tips
    Triathlon mag
    aqtr.com
    bicycling.com
    3bikes.fr

  • Le drafting :

    Voici une belle image disant pourquoi vous devez sucer des roues.

    Info provenant de l'Université des technologies d'Eindhoven - etude par windtunnel et simulation CFD

    Tous ces chiffres sont dans un "cas parfait" - sans vent et en simulant un alignement parfait et ne s'appliquent d'après ma lecture qu'au Coefficient AERO. Ils n'enlèvent donc en rien le coefficient de résistance de la route, ni l'énergie nécessaire en cas d'ascension. Cela explique en plus des vitesses plus lentes, pourquoi l'aéro et l'aspiration n'est plus un facteur aussi déterminant en col que dans la plaine

    Important à noter aussi l'écart varie peu selon l'écart de distance tant que cet écart reste faible.
    Voici le résultat des simulations digitales et des essais en windtunnel réalisés par science direct à un peu plus de 50km/h cependant, et avec des riders de same gabarit

    15cm wheel to wheel

    1m wheel to wheel

    5m

  • Marginal Gains

    On entre dans le coeur du sujet, le plaisir du pignolisme, les marginal gains qui font que TOI qui me lit, tu pourras un jour décrocher le KOM de la rue de chez ta grand mêre.

    J'ai vu pas mal de tableaux dont celui cité précédemment, et je vais tenter d'étoffer cela rapidement :

    Encore cette fois, la plupart des exemples traitent EXCLUSIVEMENT de coefficient Aero, pour un cycliste à 35km/h

    1. Position sur le vélo :

    Pour un simulation en windtunnel à 45km/h :

    Il est donc plus économique en énergie d'être en position "aero" avec les mains sur les cocottes, qu'en bas des drops. Il est important de noter qu'on peut estimer à 10 ou 12% selon cette étude la réduction du drag en ayant les mains en bas des drops par rapport à en haut du cintre.

    Bon, je vous l'avoue, on a commencé par les basiques

    2. Largeur de cintre

    Alors j'ai vu passer ce graph qui est assez intéressant mais plutôt imparfait.
    Ce test a été fait en soufflerie, il est important de noter qu'on recommande quand même souvent un cintre à la largeur de vos épaules.

    en gros on te dit ici que pour un gabarit en windtunnel, si on lui fait écarter trop les bras il peut perdre 10 ou 15% de coefficient aero. et qu'un cintre plat, t'en fait lui gagner tout autant.

    3. Le cas épineux du rasage de jambes :

    Il eut été montré en 1987 par des premières simulation que se raser les jambes permettraient de gagner environ 1%. Seulement, en 2014 Jesse Thomas a décidéde tester ça en windtunnel chez Specialized.

    Selon le résultat des études, c'est pour lui 7% de gains aéro à 37 km/h démontré par une réduction du drag de 15w.

    Attention ce résultat est un peu à timorer dans le sens ou c'est un très bon triathlète, sponsorisé par Specialized et dont la position est j'imagine, quasi parfaite. Son coefficient de drag est déjà donc très faible à la base. Un impact de quelques poils de jambes prend donc plus d'empleur que pour un cycliste comme vous et moi.

    le beau Jesse

    Plus d'infos ici

  • 4. Incoming :

    • couvre chaussures
    • Casque aéros
    • Skinsuits
    • Disc wheels
    • prolongateurs
    • chaussettes trop hautes, maillots vortex et autres innovation adorées par l'UCI

    Dites moi si le sujet vous intéresse, ou si je dois rajouter des trucs !

  • Au top ces infos et recherches, par contre il est pas beau Jesse ! Entre le vélo et la position, il a peut-être la classe chez les triathlètes mais pas chez les cyclistes (ça commence par les sockets ahahah).

    Je verrais bien les bidons aussi ou l'attirail de ravitaillement et éventuellement, mais c'est très large, la géométrie des cadres (tubes, profilé, poutre, lotus, softride...)

  • Merci, c'est très intéressant !

  • ô taupe continue; dommage que les mesures ne soient pas faites à vitesse parisienne2rue cela dit XD

  • Un sujet très intéressant et où le tri semble avoir beaucoup plus de ressources que les cyclistes standards, donc c'est cool que tu nous fasses découvrir de nouveaux sites pleins d'info, sur lesquels j'irais pas normalement!

    Je précise aussi pour ceux qui n'ont pas fait de la physique depuis longtemps que, comme l'a dit @Bastonsoleil, la force de résistance de l'air évolue en v², et donc la puissance liée à la résistance de l'air évolue elle en v³. Cela permet de relativiser les pertes aéros pour ceux qui, comme moi, sont pas encore très entraînés et restent sous les 25 de moyenne sur des 100/200k. Pour donner un exemple clair, supposons qu'un fabricant vous annonce que de passer d'un pull-over confortable à une skinsuit pas très swag vous fera économiser 15W à 50 km/h, à 25 km/h vous n'économiserez que 15 * (25/50)^3 = 1,875 W. Voilà, c'est ma petite contribution à ce topic, si le fabricant donne des économies de watts à des vitesses que vous n'atteignez jamais, il vous suffit de multiplier par le rapport des vitesses au cube pour savoir combien ça va vous faire économiser à votre vitesse moyenne habituelle.
    Un petit calculateur bien utile pour savoir par quelle vitesse se traduisent vos watts : http://www.hembrow.eu/personal/kreuzotte­r/espeed.htm.

    Tout ça est juste le meilleur plaidoyer pour l'achat d'un capteur de puissance : si vous êtes intéressé par la performance c'est juste le premier truc à acheter, ça permet de tester votre matos pour savoir qu'est-ce qui vous fait gagner des watts, ça évite de se faire enfumer par les fabricants, etc etc... Evidemment faut savoir faire des mesures un peu rigoureuses, c'est pas forcément une évidence pour tout le monde.

    D'ailleurs à ce sujet @Bastonsoleil, je serais curieux de savoir ce qu'ont donné tes lectures sur les roues aéro. Je m'étais grave fait downvote sur reddit quand j'ai dit que c'est vraiment le dernier truc que quelqu'un qui veut aller plus vite devrait acheter, vu la faiblesse des gains qu'elles apportent, surtout par rapport au prix! (GCN avait mesuré 10W max à 45 km/h)

    .

  • Te fatigue pas avec Reddit, ici ça pignole pas mal mais là bas ça se branle à s'en péter le frein. Si tu sors un truc qui sort un peu de l'habituel on te saute dessus voire même on censure ton commentaire...

  • r/Velo est pas mal, ils ont l'air assez calés niveau entraînement (même si j'ai pas le niveau pour juger de la pertinence des conseils), y'a des gars comme GPLama et NorCalCycling qui y traînent parfois, etc... Mais sinon oui, de façon générale je déplore que Reddit ait dans certains domaines supplanté les forums, parce que c'est vraiment pas une plateforme propice à des discussions poussées, entre les downvotes et le fait qu'il y ait pas une discussion linéaire mais plein en parallèle. C'est vraiment cool d'avoir des bons forums français, genre pf, vélotaf, tontonvélo, etc. Heureusement qu'il reste LFGSS pour les anglophones...

    Mais bref on dérive grave!

  • Très intéressant tout cela. @Bastonsoleil Tu aurais des infos sérieuses sur les gains liés aux matériaux du vélo : cadre (matériaux, formes), roue (profils, matériaux, rayonnage), roulements, etc.

  • Thx à tous ! Je vais essayer de mettre des chiffres assez simples sur tous ces concepts qu'on lit et entend dans chaque pub.

    @Sealclub thx. Je vais essayer de documenter un peu tout cela. Au contraire de ce qu'avais pu en lire, les roues étaient aussi importantes que le cadre en fait ! Mais toujours beaucoup moins que le cycliste en lui même et les améliorations à faire dessus

    @Fra : le but c'est surtout là de parler d'aero, et que chacun puisse se situer sur ce qu'il en pense avec une vue d'ensemble la plus objective possible. Et le sujet est déjà assez long à traiter.

    Pour toutes les histoires de rigidité et matériaux j'avoue que c'est compliqué de juger. De plus en plus de marques continuent à bosser sur le carbone utilisé mais parlent aussi de la manière dont les layers sont posés pour arriver à allier rigidité et souplesse pour le confort.

  • Ok je suis fan.
    J'ai un maître à penser que @cov connait pas mal aussi pour l'avoir longuement côtoyé.
    @cov avait posté son beau Caad aeromarginalgain approved en constante modif je ne sais plus ou sur le forum..
    Quelques pistes que cet aerobicyclist a étudiées et mises en pratique sur ce vélo :

    1. Manivelles de 165 (au lieu de 170, et 175 précédemment pour lui, et même 180 dans sa jeunesse ), pour compenser la position écrasée en redonnant de la souplesse à l'articulation de la hanche, et regagner ainsi la puissance perdue. Résultat, plus rapide, plus à l'aise, moins de watts dépensés.

    2. Grand plateau (60dts), grands pignons, grands galets de dérailleur AR, pour limiter les
      frottements des maillons de la chaîne. Marginal gain de l'extrême.

    3. Cintre évasé super tight en haut (genre 30cm maxi exter/exter) et drop "larges" de 38cm maxi exter/exter

    4. BDP super resserré pour limiter la trainée aéro.

    5. Roues profilées

    6. Bidons aéro Elite TT quoi qu'il advienne

    7. Sans doutes plein d'autres trucs que je n'ai pas en tête

    Dans le temps jadis il était TT addict et a eu des vélos coolos qu'il regrette aujourd'hui.


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    • Img_190118172727147-1.jpg
  • Il courrait avec David Millard il me semble en Junior et était grossièrement d'un niveau équivalent en TT.

  • @ tous, content que ça plaise ! Je vais continuer à explorer. Le but ça va être d'essayer de rester dans de la vulgarisation et de montrer ce qui est plus ou moins marginal avec des estimations plus ou moins documentées.

    Si certains d'entre vous ont de la matière (articles, vidéos, expériences) à partager ici ou en MP qui pourraient m'aider à avancer, surtout n'hésitez pas. Je vais essayer de continuer à compiler.

    Et je n'ai pas pour prétention de faire une bible ultra scientifique mais bien essayer de donner des pistes objectives et documentées sur l'aero vu qu'on entend un peu tout et son contraire sur les interwebs

  • Et surtout Boardman ;)
    Ou là il était bien en dessous ^^

  • Wowowow ! Je viens juste de débarquer. @Bastonsoleil très chaud pour voir la suite !

  • Super intéressant ce sujet marginal gains pour compenser les kilos qu'on est en train prendre sur nos canapés.
    Et pour pousser le curseur encore plus loin, on a des données sur les rayons plats ?

  • C'est marrant, y'a pas mal de trucs qu'on retrouve dans le dernier bouquin de Jan Heine, même si il est plus orienté "allroad bike" comme il dit ! :)

  • @ tous : pour le moment j'ai pas encore eu le temps de trop re-bosser le sujet mais promis j'ai pris note des envies

    Mais je vais ajouter un sujet "drag coefficient" en fonction de la forme des tubes, une partie bidons et bidons aeros, roues / rayons / disc wheels.

    Bref, je vais tenter d'étoffer ça tout autant que possible dès que j'aurais le temps (dans 3 semaines je suis au chômage donc ça devrait aider haha)

  • Hello, désolé pour le peu d'activité sur ce topic, je promets d'étoffer tout cela asap.

    Juste, Swiss side a fait qq test en wind tunnel suite aux décisions récentes de l'UCI dont voici les résultats ci-dessous. Cycling weekly en a fait un petit article et GCN en a parlé.

    Pour la partie "positon TT" c'est bien sur sur le plat. Cela donnerait un avantage de 13s sur 10km de plat par rapport à la position normale. Enorme quand on voit qu'un wellens prend 20s sur 16 bornes pendant la 3eme étape de l'étoile de bessèges

    par exemple.

    Le tableau corrobore aussi ce que j'avais écrit au dessus : tu seras plus "aéro" en position aéro (mains sur les cocottes + coudes pliés) que les mains dans les drops.

    En descente l'écart est plus important, on parle de 8 d'écart ce qui creuse à 30s de différence sur une descente de 10 bornes à 70km/h (soit environ 9min de descente), ce qui est colossal quand tu voix qu'un grand tour de 21 étapes se gagne en moins d'une minute.


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    • Capture d’écran 2021-02-18 à 18.13.21.png
  • Les coudes pliés à la Anquetil : )
    Avec le buste au même niveau il est logique que les bras a l’horizontal prennent moins le vent que tendus dans les drops.

  • Moi checking if @Bastonsoleil a poursuivi ce topic.


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