MTB Anatomy #4.1 : l'amortisseur, premier volet

Tech
12 août 2022 — Theo Charrier
MTB Anatomy est de retour ! On arrive au 4e épisode de notre série qui explore en profondeur certains sujets bien précis, et après les fourches, on poursuit logiquement avec les amortisseurs. Un chapitre particulièrement dense, que nous avons décidé de diviser en deux volets pour rester digeste. On commence avec un peu d'histoire et tout ce qui touche aux ressorts et on reviendra très vite pour la suite sur l'amortissement, qui mérite bien une partie à lui seul.

Après avoir décortiqué le fonctionnement des freins à disques hydrauliques et celui des fourches, il est temps de s’intéresser à celui des amortisseurs, la suite logique de cette série. Comme d’habitude, il serait prétentieux de prétendre être complètement exhaustif sur ce genre de sujets, tant ils sont complexes. Ainsi, on aurait aimé vous parler du Cane Creek AD5 ou encore du Smart Shock K2 mais même en restant assez “général”, il y a déjà bien assez de choses à raconter.

Photo @Génération MountainBike

Comme nous allons le voir tout au long de cet article, les fourches et les amortisseurs s’articulent autour des mêmes procédés. D’ailleurs, certains ont bien essayé de placer “simplement” une fourche à l’arrière du vélo, à l’image du Marin Titanium FRS. Présenté au début des années 1990, ce vélo utilisait une fourche Manitou à élastomères à l’avant et une autre à l’arrière.

En réalité, les premiers VTT équipés d’amortisseur sont arrivés au début des années 1980, devançant même les fourches suspendues. Certains se rappelleront peut-être du MCR Descender, arrivé tout droit des USA et pourvu d’un amortisseur à air monté sur un bras oscillant emprunté à un Honda XR. À l’avant, on retrouvait ni plus ni moins qu’une fourche rigide puisqu’il faudra attendre le début des années 1990 pour voir apparaître les premières fourches suspendues.

Sorti en 1992, le Marzocchi Progetto fut l’un des premiers amortisseurs destinés au VTT. Il fut développé spécialement pour être monté sur le “Bromont”, vélo qui sera par la suite vendu sous plusieurs marques comme Kona, Sintesi ou encore Iron Horse. Le fonctionnement de ce petit amortisseur à air ressemblait plus ou moins à celui des amortisseurs actuels.

Du côté de chez Rockshox, il faudra attendre le milieu des années 1990 pour voir apparaître les premiers Deluxe. Pour l’anecdote, on notera que de l’extérieur, le Coupe Deluxe visible sur l’animation ci-dessus ressemble comme deux gouttes d’eau au nouveau Deluxe Coil Select présenté par RockShox récemment.

Arrivé en même temps que la gamme Deluxe en 1995, l’Alps 4 de Fox était un petit amortisseur à air. Rien à voir avec les gros Float X2 d’aujourd’hui ! Son fonctionnement ressemblait davantage à celui de la Rockshox RS1 arrivée en 1990 : lorsque l’amortisseur était comprimé, l’huile contenue dans le corps rentrait dans le plongeur en passant par différents orifices et clapets. Elle venait ensuite pousser un piston flottant, comprimant ainsi une chambre d’air.

Au fil des années, les amortisseurs se sont améliorés peu à peu mais ce sont surtout leurs organes internes qui ont changé, l’extérieur restant plus ou moins le même. Ce n’est qu’en 2017 que cette “enveloppe” a connu un changement important : à l’initiative de Rockshox, un regroupement de six fabricants (Cane Creek, DVO, X-Fusion, SR Suntour, Manitou et Rockshox), a décidé d’introduire un nouveau standard de taille d’amortisseur : le format métrique, avec des dimensions fixées en millimètres plutôt qu’en pouces comme par le passé avec le standard impérial.a

Au-delà d’adopter une unité de mesure plus reconnue et utilisée internationalement, le standard métrique a permis de simplifier le nombre d’entraxes et de courses disponibles et de gagner de la place à l’intérieur des amortisseurs.

Cette vague de nouveautés fut également marquée par l’arrivée de la fixation Trunnion. Au lieu d’un axe qui traverse un œillet, la fixation Trunnion compte deux vis qui viennent se ficher de part et d’autre de la tête de l’amortisseur. De cette manière, l’amortisseur occupe moins d’espace. C’est une alternative intéressante pour les vélos où l’espace est compté, ceux de petite taille ou les VTTAE par exemple.

Au fait, on parle de course et d’entraxe mais avant de rentrer dans le sujet pour de bon, un rappel n’est jamais de trop. L’entraxe, c’est la distance entre les deux points de fixation de l’amortisseur, sa longueur totale. La course, ce n’est ni plus ni moins que la distance maximale que peut parcourir le piston à l’intérieur de l’amortisseur, celle qui donnera le débattement du vélo une fois multiplié par le ratio de la suspension. Pour un même entraxe, un amortisseur peut proposer plusieurs courses.

Air ? Ressort hélicoïdal ? Il faut choisir !

Au même titre que les fourches, les amortisseurs peuvent être conçus autour d’un ressort hélicoïdal ou d’un ressort pneumatique. Quel que soit le type de ressort utilisé, son rôle est d’emmagasiner de l’énergie durant la phase de compression avant de la restituer pendant la phase de détente afin de ramener l’amortisseur à sa position initiale.

Le ressort hélicoïdal, difficile de faire plus simple 

Si on trouve davantage d’amortisseurs à air montés d’origine sur nos vélos, les amortisseurs utilisant un ressort hélicoïdal ne sont pas en reste. Utilisé par plus de deux tiers des pilotes en coupe du monde de DH (top 40 hommes catégorie Elite), le ressort hélicoïdal est plus souvent réservé aux amortisseurs moyen et haut de gamme sur les grands débattements.

Un ressort hélicoïdal est caractérisé par son tarage et sa course. Prenons par exemple un ressort de 350/3.00 : cela signifie que pour comprimer le ressort d’un pouce (25,4 mm), il faut exercer une force de 350 lbs, soit 1 556 Newtons, et que sa course est de 3 pouces (76,2 mm). Cependant, ces données restent théoriques et il est possible que le tarage réel diffère légèrement de celui annoncé par le fabricant, principalement à cause des variations de production.

Si le ressort hélicoïdal est connu pour sa sensibilité et sa fiabilité, il est également utilisé pour son caractère linéaire et sa raideur constante. Si l’on reprend notre ressort de 350/3.00, pour le comprimer sur un pouce, il faut exercer une force équivalente à 350 lbs ou 1 556 N. Pour le comprimer sur deux pouces, il faudra donc exercer une force équivalente à 700 lbs, soit 3 114. Et contrairement à l’air, ce comportement est identique en début comme en fin de course, donc de débattement.

Comme nous le montre le graphique ci-contre, lorsque l’on change son ressort par un ressort ayant un tarage plus important, cela permet d’augmenter la valeur de la force nécessaire pour comprimer le ressort sur un pouce.

Changer de ressort pour modifier la raideur, voilà qui ne paraît pas des plus pratiques et c’est pour cette raison qu’il est communément admis que les amortisseurs à air sont plus modulables. En effet, avec une simple pompe haute pression il est possible de modifier drastiquement la raideur du ressort, donc le comportement de son amortisseur. Toutefois, on va le voir, le ressort hélicoïdal n’est pas aussi contraignant que ce que l’on pourrait penser.

Dans un premier temps, il est important de partir sur de bonnes bases. De nombreux calculateurs sont disponibles sur internet afin de déterminer le tarage idéal de son ressort en fonction de son poids, de son vélo et de sa pratique. Une fois monté, on peut affiner le comportement du ressort avec le réglage de la précontrainte.

À l’aide de la molette vissée sur le corps de l’amortisseur, il est possible de pré-comprimer plus ou moins le ressort, afin d’ajuster le SAG notamment.

Attention, une précontrainte trop importante peut diminuer la sensibilité de l’amortisseur lorsque celui-ci est complètement détendu. Comprenez par là que, lorsque la précontrainte est nulle (la molette est juste vissée au contact du ressort) il faut exercer une force relativement faible pour initier la compression du ressort. Comme on peut le voir sur le graphique ci-dessus, lorsque l’on précontraint le ressort, celui-ci n’est plus dans sa position détendue et s’oppose à la compression de l’amortisseur. Il faudra donc exercer une force plus importante que la force exercée par le ressort pour commencer à comprimer l’amortisseur.

La précontrainte influence également la fin de course, puisque la force à exercer pour comprimer le ressort sur toute sa course augmente.

Pour plus de liberté de réglages, il est également possible d’opter pour un ressort Sprindex. Arrivé en 2020, ce ressort est équipé d’un sélecteur permettant d’augmenter ou de diminuer le nombre de spires actives, ce qui permet de modifier son tarage.

Et la fin de course dans tout ça ?

Du fait de sa raideur constante, et par opposition à un ressort pneumatique, le ressort hélicoïdal n’est pas progressif. Mais si l’on regarde l’amortisseur dans son ensemble (on parlera du cadre dans un second temps), il existe différents moyens pour apporter plus de résistance en fin de course.

La première solution est déjà présente sur tous les amortisseurs, ce sont les tampons de fin de course. Considéré comme un véritable deuxième ressort par Öhlins, ce tampon apporte une certaine résistance sur les derniers millimètres de course. Sa taille et ses caractéristiques varient en fonction des fabricants. À ce jour, certains ateliers proposent de changer ce tampon par un autre plus ou moins dur.

Chez d’autres en revanche, il est quasiment inexistant. C’est par exemple le cas d’EXT, qui mise plutôt sur une butée hydraulique pour gérer ces précieux derniers millimètres (on reparlera de cette alternative plus tard dans cet article).

La troisième alternative serait de remplacer son ressort hélicoïdal par un ressort progressif. Sur ces ressorts, l’écart entre les spires n’est pas constant ce qui a pour effet de faire varier la raideur du ressort. Attention cependant, si le ressort est capable d’emmagasiner plus d’énergie en fin de course, il saura également vous la restituer et cela peut compliquer le réglage du rebond. De nombreuses marques comme DVO, Cane Creek, MRP ou encore Race Only Springs proposent ce type de ressort.

Le ressort pneumatique, pourquoi faire simple quand on peut faire compliqué ?

Le ressort pneumatique est de loin le ressort le plus répandu sur le marché, que ce soit sur les fourches ou les amortisseurs.

Qui dit ressort pneumatique dit chambres, piston et joints, beaucoup de joints. Le fonctionnement est le même que dans une fourche, et il reste plus ou moins le même quelle que soit la marque.

Lorsque l’on comprime l’amortisseur, le piston coulisse à l’intérieur du corps et le volume de la chambre positive diminue, ce qui a pour conséquence directe d’augmenter la pression. De l’autre côté du piston, le volume de la chambre négative augmente donc la pression diminue.

Une chambre négative, kézako ?

Si vous vous souvenez bien de notre article sur le fonctionnement des fourches, les paragraphes suivants devraient vous être familiers mais un rappel ne fait jamais de mal. Utiliser un amortisseur à air sans ressort négatif ce serait un peu comme rouler avec une précontrainte très importante sur un ressort hélicoïdal.

Sur le ressort de gauche, il n’y a pas de chambre négative. Le gaz présent dans la chambre positive exerce une certaine pression sur le piston et afin d’initier le mouvement de ce dernier, il faudrait exercer une force plus importante que celle exercée par l’air sur le piston.

Sur le ressort de droite, la pression de l’air présente dans la chambre positive est la même que la pression de l’air dans la chambre négative. De ce fait, il faudra exercer une force relativement faible pour commencer à comprimer l’amortisseur, théoriquement nulle même si on ne prend pas en compte les frottements des différents joints.

Exemple sur une fourche, mais c’est identique dans un amortisseur !

Cependant, chacun d’entre nous met une pression différente dans son amortisseur. Il faut donc que les deux chambres puissent s’équilibrer afin que la pression exercée sur le piston en début de course soit toujours, et pour tout le monde, la même de chaque côté. Pour cela, une niche est “creusée” dans la paroi de la chambre. Lorsque le piston passe devant ce renfoncement, l’air peut circuler entre les deux chambres, permettant ainsi d’équilibrer la pression.

Comment fonctionne un ressort pneumatique ?  

La force exercée par un ressort pneumatique tout au long du débattement dépend principalement de trois facteurs : la pression d’air initiale, le volume de la chambre positive et le volume de la chambre négative. À mesure que l’on avance dans le débattement, l’impact de la chambre négative diminue au profit de celui de la chambre positive.

En plus d’améliorer le déclenchement de l’amortisseur, la chambre négative a une influence majeure sur le premier tiers de la course. Si elle n’était pas forcément présente sur les premiers amortisseurs à air, elle fait aujourd’hui l’objet d’une attention particulière.

En effet, une chambre négative plus grande (pour une chambre positive et une pression donnée) aura un impact plus important sur le début de course, apportant plus de linéarité. A contrario, une chambre négative moins importante apportera plus de fermeté, plus de raideur.

C’est finalement sur la fin de course que le ressort pneumatique tire réellement son épingle du jeu face à l’hélicoïdal. Naturellement progressif, il a en plus l’avantage d’avoir un comportement ajustable.

Comme la pression évolue de manière inversement proportionnelle au volume, lorsqu’on diminue le volume initial de la chambre positive on influence l’évolution de la pression au cours du débattement, essentiellement sur la fin de course : c’est le principe des tokens ou des volume spacers, faire varier le volume pour modifier la progressivité

Comme sur les fourches, certains fabricants ont cherché une alternative aux tokens en ajoutant une deuxième chambre positive. Si ce concept fut testé par X-Fusion au début des années 2000, il a finalement été repris récemment par Chickadeehill et prochainement EXT.

Dans cette deuxième chambre, la pression initiale est plus importante que dans la chambre principale. Lorsque l’on comprime l’amortisseur et que la pression de la chambre principale atteint la même valeur que la pression de la chambre secondaire, le piston flottant qui les sépare entre en action et “libère” l’accès à cette deuxième chambre.

De cette manière, en modifiant la pression à l’intérieur des différentes chambres, il est techniquement possible d’avoir un ressenti plus linéaire (peu d’écart entre les deux chambres) ou plus progressif (beaucoup d’écart). Ce système ne nécessite pas de démontage contrairement au tokens mais il est nettement plus délicat à régler.

Un montage en série ?

Sur la grande majorité des amortisseurs, la partie hydraulique et la partie ressort sont dissociées et montées en parallèle l’une de l’autre.

Il y a toutefois quelques exceptions, à l’image du Scott Equalizer des anciens Genius et du Fox Dyad utilisé pendant un temps par Cannondale. En plus de s’étirer durant la phase de compression (oui, vous avez bien lu), ces deux amortisseurs avaient la particularité d’avoir la partie hydraulique et la partie ressort montées en série.

On aurait pu croire cette disposition vouée à disparaître mais en 2019, la marque allemande Intend a repris ce concept avec le Hover.

Lorsque l’on comprime cet amortisseur, le piston principal pousse l’huile vers le circuit de compression. Après être passée par les différents orifices et/ou clapets, l’huile pousse un piston flottant qui comprime à son tour le ressort pneumatique. Afin de favoriser le déclenchement de l’amortisseur, celui-ci dispose d’une chambre négative.

Théoriquement, cette architecture favorise la dissipation de la chaleur et permet de diminuer les frictions par rapport à un amortisseur plus traditionnel.

Un mot sur l’entretien

Au-delà de ces données technique , gardons aussi à l’esprit que le ressort hélicoïdal est généralement bien plus lourd qu’un amortisseur à air (il existe toujours quelques exceptions) mais qu’il est nettement plus fiable et constant.

Un amortisseur à air est nettement plus complexe, donc plus susceptible de poser des problèmes. Au niveau des joints bien sûr mais aussi de la chambre d’air, qui peut se dégrader en cas d’entretien négligé. Sa paroi peut notamment s’user et se marquer de fines rayures si les joints ne sont pas en bon état. Ces rayure peuvent faire office de “niches artificielles” pour l’équilibrage entre les chambres positives et négatives et changer drastiquement le caractère du ressort. Les amortisseurs à air sont sûrement plus polyvalents mais ils demandent donc une attention particulière en termes d’entretien.

En fonction des modèles, il est possible de changer soi-même les joints de la chambre d’air. La manipulation n’est pas compliquée en soi, mais elle demande un minimum d’outillage, de connaissances et de minutie. La partie hydraulique étant plus compliquée à réviser soi-même, il est fortement conseillé de se tourner vers un atelier spécialisé afin de réaliser un entretien complet. Il est à réaliser tous les ans, voire plus si vous roulez très fréquemment.

A retenir

Inutile de relancer un énième débat “air vs coil”, le choix de l’amortisseur dépend de nombreux paramètres. Au final, c’est un choix personnel basé sur son expérience et ses préférences mais qui dépend aussi de données plus techniques, comme la conception du cadre et de la suspension. Du fait de sa linéarité, un ressort hélicoïdal ne s’adaptera pas sur tous les vélos… mais nous aurons le temps d’en reparler la semaine prochaine, dans le second volet de ce chapitre sur les amortisseurs !

Note : Les animations présentes dans cet article ont pour vocation d’illustrer chaque propos, elles ne s’appuient pas sur les mesures réelles des produits.