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Le biobike

Le contexte

Une rencontre fortuite avec Silke Pan, athlète handicapée et vice-championne du monde de handbike, a conduit biomobile et hepia (Haute école du paysage, d'ingénierie et d'architecture de Genève) à concevoir et réaliser un nouvel handbike de compétition, destiné à remplacer le matériel que Silke utilise jusqu'ici.

L'objectif est de concevoir et de réaliser un handbike au moins aussi performant que les meilleurs modèles actuels, mais réalisé en matériaux biosourcés (fibre de lin, résine végétale, hêtre, etc.) : le biobike. Enfin, il doit être en tout point conforme aux règles de l'UCI afin d'être accepté en course.

Silke PAN

Le projet a été soutenu techniquement par plusieurs partenaires et, sur le plan financier, par Terrévent, une fondation qui soutient, notamment, l'insertion et l'intégration des handicapés au monde du travail.

Un handbike, c'est quoi ?

Un handbike est un véhicule à trois roues, destiné aux personnes paraplégiques et dont le pédalier est mû par la force des bras.

Le handbike utilisé jusqu'ici par Silke

La réalisation

S’inscrivant dans la philosophie de biomobile, le projet fait appel à l’utilisation de matériaux biosourcés pour la réalisation de la structure du vélo, ainsi qu'à l’optimisation de la plupart de ses éléments afin d'optimiser ses performances techniques. Composé d'une fourche et d'un cadre en fibre de lin, le biobike, qui est destiné à la compétition, s'inscrit dans une démarche totalement innovante, marquant une rupture avec les réalisations existantes. Ne pesant guère plus qu'une dizaine de kilos, il présente plusieurs caractéristiques qui maximisent ses capacités tout en s'inscrivant dans une mobilité durable :

Les moulages et drapages

Diverses méthodes de moulage ont été utilisées. Par exemple, pour permettre une bonne reprise des efforts et respecter la morphologie de Silke, nous avons moulé le siège du biobike directement sur son dos !

Les moules du châssis et de la fourche ont été usinés. Leur réalisation, complexe, a été réalisée principalement par Swiss CNC Technologies et Maquette 74.

Les premières opérations de drapages se sont déroulées sous la supervision et l'aide de partenaires de longue date de biomobile. Nous avons pu bénéficier non seulement de l'accueil et du conseil de Décision SA, mais également de son aide. La réalisation du châssis et de la fourche repose sur une méthode élégante, qui consiste à réunir, avant polymérisation, deux demi-coques en un seul ensemble.

Une phase délicate de l'opération de drapage

A titre d'exemple, le drapage du châssis (qui est creux !) a nécessité 450 heures de travail.

La polymérisation des diverses structures s'est déroulée à 100 degrés, sous une pression de plusieurs bars.

Les matériaux

Les parties composites ont été réalisées à l'aide de fibre de lin préimprégnée spécialement pour le projet, par l'entreprise Linéo. En effet, la majeure partie des composants, comme le châssis, la fourche, le protège-plateaux, les sangles de maintien, le siège et d'autres menues pièces sont réalisées en fibre de lin.

A la recherche du gramme de trop !
(La fixation de la pince de frein)

Quelques pièces sont en hêtre, les mousses de protection et l'appui-tête sont en mousse végétale. D'autres éléments, mais très largement minoritaires, font appel à l'aluminium.

Périphériques

Pour des raisons de coûts et de délais, les principaux périphériques sont issus du commerce et ne présentent pas de caractéristiques particulières, si ce n'est qu'il s'agit de matériels haut de gamme. Il s'agit notamment des roues, des freins et de la transmission.

Les points forts

Le biobike se distingue, voire se distance de ses concurrents sur de nombreux points. A titre d'exemple :

Il possède un design original. En effet, la forme retenue rappelle le ''furcula'', os caractéristique des oiseaux. Grâce à cette configuration, le biobike a des spécificités qui se rapprochent de celles des cadres "carbone", tant au niveau de la légèreté, de la rigidité que de la résistance aux chocs. Ceci, malgré l'utilisation de la fibre de lin qui est 3 fois moins résistante et 5 fois moins rigide que la fibre de carbone. La relative souplesse du lin, ainsi que sa remarquable résistance à la fatigue, assurent un meilleur confort au pilote, tout en le sollicitant moins durement.
Il est équipé d'un pédalier qui peut s'élargir sur les côtés. En effet, les handbikes actuels ne permettent pas de pédaler dans les virages serrés, car la pédale entre en conflit avec le corps de l'athlète. Pour pallier à ce problème, un pédalier extensible a été réalisé; il présente deux positions : une standard avec les pédales situées dans le plan des plateaux, ce qui permet de rouler en ligne droite et en virage large; et une seconde, où les pédales sont inclinées sur l'extérieur, ce qui permet d'éviter le conflit entre le corps et les pédales et de réaliser des virages serrés tout en continuant de pédaler.

Le pédalier en configuration de virage à tribord

Le pédalier variable, une réalisation très trapue, ainsi que divers artifices, confèrent au biobike, un rayon de virage de l'ordre de 6.5m, soit la moitié de ce que réalisent ses "concurrents".
Pour exploiter, au mieux, la puissance développée par l'athlète, les plateaux possèdent une forme "patatoïdale". Ils permettent d'optimiser le couple résistant en fonction de la position des bras, de la force appliquée et de sa direction.
Pour assurer le rappel de la fourche en sortie de virage, le biobike est équipé de bandes d'élastomère fixées de part et d'autre de la fourche. Ce dispositif accentue la force de rappel "naturelle", créée par l'angle de chasse, tout en permettant un meilleur contrôle de la direction. Il confère surtout, une dynamique nettement plus efficace.
La transmission est optimisée grâce à l'utilisation d'un dérailleur électrique spécialement adapté au biobike. Pour plus de souplesse, la liaison filaire a été remplacée par une liaison hertzienne. La gestion des plateaux est entièrement automatisée grâce à une informatique embarquée développée en interne. Ce dispositif allège considérablement la tâche du pilote et lui évite tout désalignement excessif de la chaîne. Précisons que, sur les handbikes "conventionnels", le pilote change de plateaux en manipulant la chaîne avec les doigts !
La roue avant se distingue par le fait qu'elle est équipée de deux types de freins : à disque et à patins (celui-ci est obligatoire pour le règlement des compétitions).
Le siège est anatomique et optimisé à la morphologie de Silke Pan. Sa géométrie découle d'une campagne de mesures de la puissance délivrée par l'athlète dans diverses configurations.

Le biobike, prêt à bondir

Vue de la furcula

Quelques chiffres

Le biobike a une masse de 12 kg en ordre de marche, soit quasiment le même poids que ses concurrents en carbone.

Longueur hors tout :: 187.5 cm
Hauteur hors tout :: 63 cm
Nombre de pignons :: 11
Largeur hors tout :: 76.5
Diamètre des roues :: 60 cm
Nombre de plateaux :: 2

L'avenir

Le biobike a été présenté lors de la cérémonie de présentation des équipes qui participent au tour de Romandie, le 24 avril au Centre Mondial du Cyclisme à Aigle.

A court terme, le biobike sera utilisé par Silke Pan lors de diverses compétitions. Afin d'en faire connaître les avantages et les spécificités, la recherche d'une grande visibilité guidera le choix des courses.

Dans la lignée de l'action "La Suisse à bout de bras" que Silke Pan a réalisée dans le courant de l'automne 2016 (soit le franchissement de 13 cols alpins), elle complètera la "collection" en franchissant quelques cols supplémentaires aux commandes du biobike.

Conclusion

Le biobike représente une percée importante et originale dans le domaine du handbike. Il révolutionne la géométrie du "véhicule", les matériaux utilisés (nettement moins agressifs vis-à-vis de l'environnement que ceux classiquement utilisés) et certains des périphériques spécialement optimisés pour une exploitation optimale sur un handbike (les autres handbikes ont recours à des périphériques issus du monde des vélos "normaux").

Les essais menés par Silke sur vélodrome montrent que les performances obtenues sont meilleures que celles qu'elle a obtenues avec son meilleur handbike de compétition.

Plus globalement, le développement de cet engin constitue une merveilleuse aventure, alliant richesse humaine, haute technicité et matériaux innovants présentant une faible signature écologique.

Né du fruit d'une étroite collaboration entre hepia et biomobile, le biobike inscrit, à n'en pas douter, une nouvelle page dans le domaine du sport paracycliste !

Le team technique

Michel Perraudin, professeur HES honoraire, responsable du projet
Éric Vittecoq, adjoint scientifique, ingénieur responsable de la partie cycle
Fabien Vannel, professeur HES, ingénieur électronique embarquée
Raphaël Bellard, Clément Rastoll, ingénieurs
Valentin Gobert, Bryan Maillot, Manon Sellos, Jennifer Sureda, stagiaires