Fonctionnement et constitution d'une fourche VTT

Comment fonctionne une fourche VTT ?

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Première fourche VTT suspendue: la Rock Shox RS-1
Première fourche VTT suspendue: la Rock Shox RS-1

Au début du VTT, les vélos disposaient de fourches rigides. La fourche suspendue a été créée par Rock Shox en 1989 avec la célèbre RS-1. 

Cela a été une révolution pour le MTB. Les fourches n’ont cessé de s’améliorer pour arriver aux performances que l’on connaît aujourd’hui. Il existe dorénavant des fourches pour chaque pratique du VTT. Les modèles ont tellement évolué que certaines fourches regorgent de réglages, si bien que de nombreux pratiquants ont du mal à régler leur fourche.

Pour bien appréhender le réglage d’une fourche, il est bon de comprendre comment elle fonctionne. C’est ce que nous allons voir dans cet article, avant de détailler comment régler ses suspensions dans un prochain article.

A quoi sert une fourche ?

Une fourche suspendue sert à isoler le pilote des chocs dus au terrain.
Cela améliore:

  • le contrôle du VTT,
  • le confort,
  • la traction en montée et terrain cassant,
  • la durabilité du matériel.

De quoi est constituée une fourche

Toutes les fourches suspendues un peu évoluées sont constituées de 3 composants:

  • un châssis,
  • un ressort,
  • de l’hydraulique.

Dorénavant, quand je parlerai de fourche, il faudra comprendre une fourche suspendue disposant de ces 3 éléments. Il existe des fourches sans hydrauliques sur les vélos 1er prix, mais non adaptés à la pratique du tout-terrain qui nous concerne.

Voyons un peu plus en détail chaque élément.

Exemple d'une fourche Fox 34 Float CTD transparente
Exemple d’une fourche Fox 34 Float CTD transparente

 

1. Châssis

Le châssis d’une fourche est constitué de:

  • une partie supérieure composée d’un ensemble pivot/té/plongeurs,
  • une partie inférieure correspondant aux fourreaux.

C’est le châssis qui va déterminer la rigidité de la fourche, via le diamètre des plongeurs, l’épaisseur et les matériaux utilisés, le diamètre de l’axe de roue…

Ici, je décrirais uniquement le châssis d’une fourche classique, mais il existe des fourches dites “inversées”, dont les fourreaux sont associés au té de fourche, alors que les plongeurs se retrouvent en bas, faisant la liaison avec l’axe de roue.

1.1 Ensemble pivot – té – plongeurs

Le pivot:
Différents diamètres de pivot de fourche
Différents diamètres de pivot de fourche

Le pivot correspond au tube prenant place dans la douille de direction: il permet la liaison de la fourche avec le cadre.

Il existe différents types de pivots en relation avec le cadre du VTT:

  • pivot droit: même diamètre de haut en bas du pivot,
  • pivot conique / tapered: diamètre plus petit en haut et plus grand en bas. Ce standard a été créé afin de s’adapter aux contraintes soumise à la douille de direction et à la fourche,

Et différents diamètres :

  • 1”⅛’: le standard qui a été présent pendant de nombreuses années,
  • 1,5”: présent sur quelques fourches simples tés de freeride et sur les Lefty de Cannondale,
  • 1”¼’: standard introduit par Giant (mais qui n’ont pas été suivi par le reste des constructeurs) pour le diamètre supérieur de leur pivot tapered afin d’obtenir plus de rigidité.

Le tapered est donc une combinaison du 1”⅛ en haut du pivot, et du 1,5” en bas du pivot. Ce nouveau standard s’est généralisé sur la quasi-totalité de la production.

Un pivot est généralement en acier, mais le carbone a fait son apparition sur certains modèles de fourches XC.

Le té:
Exemple fourche double té / simple té
Exemple fourche double té / simple té

Le té est la pièce qui relie le pivot aux plongeurs.

Il existe 2 types de té:

  • simple té
  • double té

Comme leurs noms l’indiquent, il s’agit du nombre de tés dont dispose la fourche.

Le double té est utilisé sur les fourches de descente (et la Lefty) car elles sont soumises à plus de contraintes. Il permet de rigidifier la fourche et de dissiper les forces sur les 2 tés, évitant trop de contraintes sur la colonne de direction.

Sur une fourche double té, les plongeurs sont visés aux tés, alors que sur une simple té, les plongeurs sont sertis en usine.

Les plongeurs :
Revêtement anti-friction FOX Kashima
Revêtement anti-friction FOX Kashima

Les plongeurs sont des tubes lisses qui coulissent dans les fourreaux. Ils permettent la liaison entre la partie suspendue du VTT (tout ce qui est au-dessus des plongeurs) à la partie non suspendue (fourreaux + roue avant).

Ils sont généralement en alu, parfois en acier sur les fourches 1er prix ou destinées à la location, comme les Rock Shox Domain (l’acier supporte mieux le nettoyage aux nettoyeurs haute pression).

Les plongeurs des fourches haut de gamme subissent un traitement pour limiter les frictions avec les joints spis et les bagues de guidage. Cela les rend aussi beaucoup plus fragiles.

Ex: traitement Kashima chez Fox Racing Shox.

Les plongeurs sont un des points fragiles de la fourche, car ils sont soumis aux agressions extérieures : boue, transport, chutes…

Un plongeur abîmé peut entraîner des fuites d’huile ou d’air.

Sur une simple té, si l’on abîme un plongeur, il faut changer l’ensemble té/pivot/plongeurs.

1.2 Les fourreaux

Les fourreaux, généralement en magnésium, sont la partie basse de la fourche. Ils permettent la liaison de la roue avant avec le cadre.

Ils sont constitués :

  • des joints spis : permettent l’étanchéité de la fourche pour l’huile et l’air,
  •  des bagues de guidage : permettent le bon alignement et le coulissement des plongeurs dans les fourreaux,
  • contiennent un peu d’huile de lubrification (ou graisse) pour permettre de fluidifier le coulissement.

Les fourreaux sont spécifiques aux différents standards de roues: 26, 27,5”, 27,5+, 29” et aux différents diamètres d’axe de roue 9, 15, 20 mm.

Le nouveau standard Boost en axe avant de 15 mm par 110 mm de longueur, devrait se généraliser car il est commun aux différents standards de roue. Pour la DH, on reste sur le standard historique de 20×110 mm.
Allez savoir pourquoi les ingénieurs nous ont sorti le Boost au lieu de revenir au 20×110 mm. Certes c’est un peu plus lourd, mais bon… Ah le marketing…

2. Le ressort

Quand on parle de ressort pour une fourche VTT, on parle de “l’effet ressort”: organe permettant d’absorber l’énergie et de la restituer pour revenir à sa position initiale.

Le ressort d’une fourche suspendue peut être un ressort hélicoïdal ou un ressort pneumatique.

Il se trouve généralement sur le côté gauche de la fourche.

2.1 Le ressort hélicoïdal

C’est un ressort en acier ou titane sous forme de spires.
Il se comporte de la même manière sur tout le débattement : on dit qu’il est linéaire.

Ex: pour un ressort de 300×3: il faut un poids de :


– 300 lbs (livre) pour comprimer le ressort de 1 pouce,
– 600 lbs pour comprimer de 2 pouces,
– 900 lbs pour comprimer de 3 pouces

Point positif – Pas de changement de comportement lors de longues descentes,
– Seuil de déclenchement plus bas (peu de frottement),
– Plus fiable

Point négatif– Plus lourd,
– Ressort à changer en fonction du poids du pilote

Courbe d'un ressort hélicoidal
Courbe d'un ressort hélicoidal

2.2 Le ressort pneumatique

Il correspond au ressort à air. Il est constitué d’un piston et d’une chambre d’air positive et fréquemment d’un ressort négatif.

La force de ce ressort correspond à la pression de l’air. Cette pression dépend de la quantité d’air par rapport au volume de la chambre positive:

Pression = quantité d’air / volume

Plus on comprime le ressort, plus il durcit. On multiplie par 2 la pression quand on double l’enfoncement.

C’est donc un ressort progressif car il durcit en fin de course de façon exponentielle.

La courbe d’un ressort pneumatique est parfois critiquée pour son manque de maintien quand on rentre dans le débattement.

C’est pour cela que l’on ajoute parfois des tokens (cales plastiques qui servent de réducteurs de volume)  pour jouer sur la fin de la courbe de progressivité.

ex : plus on met de tokens  plus on réduit le volume d’air  plus la pression va augmenter rapidement, ce qui se traduit par une fourche qui se durcit plus rapidement.

Si le nombre de tokens est correct, on aura un meilleur maintien de la fourche à mi-course.

Le ressort pneumatique est souvent associé à un ressort négatif qui peut être en acier ou une chambre d’air négative. Ce ressort négatif amène de la sensibilité sur les petits chocs. En effet, le ressort pneumatique produit plus de frottement, son seuil de déclenchement est plus élevé qu’un ressort hélicoïdal, d’où l’utilisation du ressort négatif pour contrer cet effet.

Le ressort pneumatique s’est grandement amélioré ses dernières années. C’est pourquoi, il tend à devenir la référence pour l’ensemble des pratiques.

Si c’est une évidence pour les VTT de XC ou All Mountain pour une histoire de poids; pour l’Enduro et la Descente, la transition s’est faite plus lentement, notamment à cause du problème d’enfoncement important sur la première moitié du débattement, entraînant un changement d’assiette des vélos. La généralisation des tokens a permis d’adapter la courbe de compression du ressort et de coller aux exigences des riders des disciplines Gravity.

Dorénavant, les fourches haut de gamme de DH et d’Enduro disposent toutes d’un ressort pneumatique.

Point positif    Plus léger, plage d’utilisation convenant pour tous les pilotes, présence de tokens sur certains modèles de fourche.

Point négatifDurcissement de la fourche lors de longues descentes, seuil de déclenchement plus élevé  (plus de frottement, comblé par ressort négatif sur certaines fourches), moins fiable, demande plus d’entretien, manque de soutien en milieu de course (sauf si tokens).

Pression d'un ressort pneumatique
Pression d'un ressort pneumatique
Courbe d'un ressort pneumatique
Courbe d'un ressort pneumatique
Courbe d'un ressort pneumatique avec tokens
Courbe d'un ressort pneumatique avec tokens

3. L’hydraulique

L’hydraulique d’une fourche permet l’amortissement des chocs grâce à la circulation d’huile de laminage à travers un piston. Cela permet de ralentir les vitesses de déplacement des plongeurs dans les fourreaux pour conserver le contrôle du vélo.

S’il n’y avait pas d’hydraulique, la fourche roulerait sur le ressort ⇒ la roue rebondirait mais ne collerait pas au sol = impossible de rouler en tout terrain.

L’amortissement est géré par 2 paramètres:

  • la compression,
  • la détente.

La partie hydraulique est la plupart du temps sur le côté droit de la fourche.

3.1 Compression et détente

La compression correspond à la vitesse d’enfoncement de la fourche lorsqu’elle subit un choc provenant du sol, des appuis du pilote, des freinages…

La détente correspond à la vitesse de retour de la fourche à sa position initiale, après une phase de compression.

Ces 2 paramètres sont gérés par 2 systèmes hydrauliques différents. Les réglages de la compression et de la détente jouent sur la vitesse de déplacement du piston dans l’huile de laminage des cartouches. La compression et la détente peuvent avoir chacun leur piston ou un piston commun utilisé dans les 2 sens (voir les exemples dans 3.3 Fonctionnement d’un piston).

En fonction de la fourche, on peut avoir différents réglages disponibles :

  • Compression basse vitesse (ou Low Speed Compression : LSC) : correspondant souvent au début de course, quand la vitesse d’enfoncement est réduite: petit choc, freinage appui du pilote…
    Si un seul réglage de compression, c’est la compression basse vitesse que l’on règle.
  • Compression haute vitesse (ou High Speed Compression: HSC) : on parle souvent de fin de course. Cela correspond à une vitesse élevée d’enfoncement: réception de saut, zone défoncée…
  • Détente (ou rebound) : la plupart des fourches présentent un seul réglage de détente externe qui correspond à la détente basse vitesse.
    Quelques fourches disposent d’un deuxième réglage de détente pour les hautes vitesses (anciennes Lyric et Boxxer, Suntour Rux et Durolux).

Quand le réglage des hautes vitesses n’est pas présent sur les fourches haut de gamme, il faut jouer sur la clapeterie des pistons pour modifier le réglage d’usine. On entre dans les premières étapes de la préparation de fourche.

3.2 Les différents types de cartouches

La cartouche hydraulique est composée d’une tige, d’un ou plusieurs pistons et d’huile de laminage, contenue dans une chambre.

Il existe 3 types de cartouches hydrauliques:

  • cartouche ouverte,
  • cartouche fermée,
  • cartouche IFP (Independant Float Piston)

Cartouche ouverte : l’huile de laminage est présente directement dans le plongeur. Présence d’air au-dessus de l’huile.
C’est un système simple et peu coûteux, disposant souvent d’un volume d’huile important.
Son inconvénient majeur est d’être sujet à l’émulsion de l’huile qui peut modifier la gestion hydraulique.

Ex: quasiment toutes les Rock Shox (sauf celles disposant de la cartouche Charger).

Cartouche fermée : l’huile de laminage est enfermée dans la cartouche avec une membrane, sans présence d’air. Cela permet d’éviter l’émulsion.
L’inconvénient est qu’elle dispose d’un faible volume d’huile, il faut donc la purger régulièrement et la manip’ est un peu plus compliquée que pour une vidange d’une cartouche ouverte.

Ex: cartouche FIT chez Fox Racing Shox, cartouche Charger chez Rock Shox.

Cartouche IFP : l’air et l’huile sont séparés par un piston flottant. Le piston est collé à l’huile par la pression d’air, cela permet d’éviter l’émulsion. C’est un système assez complexe, peu utilisé sur les fourches, mais généralisé sur les amortisseurs.

Ex: Rock Shox RS-1, fourches Formula

3.3 Fonctionnement d’un piston

Un piston dispose de trous (valves) permettant le passage de l’huile. Il est positionné sur une tige perforée permettant aussi le passage de l’huile par son centre. Une vis pointeau, servant de réglage, est présente à l’intérieur de cette tige perforée, pour modifier la taille de la lumière afin de faire varier le débit d’huile.

Les valves du piston sont obstruées par des clapets. Ce sont des rondelles très fines qui sont au contact du piston et qui ferment les passages de l’huile. Sous une certaine pression d’huile, les clapets se déforment pour libérer le passage de l’huile. Plus la pression va être élevée, plus ils vont se déformer.
Ils servent aussi de clapets anti-retour pour fermer le passage de l’huile.

Les basses vitesses sont gérées par la vis pointeau, alors que les hautes vitesses sont gérées par les clapets.

Cartouche ouverte avec piston et lumières
Cartouche ouverte avec piston et lumières
Exemple de piston / clapet d'un amortisseur de moto
Exemple de piston / clapet d'un amortisseur de moto

Prenons l’exemple de la détente (car il est toujours plus facile de ressentir ce réglage en statique) : plus on visse la molette de réglage (dans le sens des aiguilles d’une monte), plus le pointeau va fermer la lumière, plus l’huile va avoir du mal à passer (moins de place) donc plus la fourche va remonter doucement en cas de choc entraînant les basses vitesses.

Si le réglage est dévissé à fond, la lumière sera complètement ouverte laissant passer un maximum d’huile: la vitesse de retour sera maximale.

Voici un piston en coupe latérale (cas d’un piston gérant la compression avec réglages basses et hautes vitesses, et la détente avec réglage basse vitesse uniquement) : voici les différents déplacements d’huile lors d’un choc important nécessitant le circuit des hautes vitesses.

piston compression detente

Pour bien comprendre, on peut comparer un piston à une barrière d’autoroute et les clapets aux différentes voies disposant de barrières.

Lorsqu’il y a peu de trafic, peu de voies sont ouvertes. Lors des départs en vacances, le nombre de voies ouvertes augmente avec l’évolution du trafic routier.

+ d’affluence = + de voies ouvertes
+ de pression d’huile = + d’ouverture des clapets

Le réglage des hautes vitesses va venir précontraindre les clapets via un petit ressort pour retarder sa déformation. S’il n’y a pas de réglage des hautes vitesses, il faut changer l’épaisseur, le diamètre ou le nombre de clapets.

Pour un piston combinant compression et détente, lorsque la fourche s’enfonce sous un choc, le piston se déplaçant dans la cartouche laisse passer l’huile dans un certain sens mais pas dans l’autre (la détente est donc fermée par les clapets anti-retour) afin qu’il y ait une résistance.

Lorsque la fourche va vouloir retrouver sa position initiale grâce au ressort, le clapet de compression va se fermer (par pression de l’huile sur lui) et les clapets de détente vont s’ouvrir si nécessaire.

Voici un exemple de la cartouche Rock Shox Motion Control (cartouche ouverte):

Elle dispose d’une cartouche de compression en partie haute (en bleu, réglages hautes et basses vitesses) et d’une cartouche de détente dans la partie basse (en rouge, réglage des basses vitesses uniquement).

Comportement sur basses vitesses:

phase basse vitesse

 
Comportement sur les hautes vitesses:

Conclusion

Le principe de fonctionnement d’une fourche est assez facile à comprendre: les termes de ressort, compression et détente/rebond font partie du langage de tout rider.

Mais la notion d’hydraulique est plus difficile à appréhender. Comprendre comment fonctionne réellement une cartouche hydraulique demande de comprendre les déplacements de l’huile et son cheminement en fonction de sa vitesse.

Une fois que vous aurez intégré ces différents paramètres, cela vous permettra de mieux appréhender les réglages des vos suspensions.

Sources :
Illustrations issues du document Sram : Suspension Theory Guide

Pour aller plus loin:
Article de Vital Bike: photos d’une foruche FOX 36 Float RC2 translucide permettant de voir les différents éléments.
Pour en savoir plus sur les tokens: lire un article sur 26in.

Besoin de faire entretenir votre fourche

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22 commentaires

  1. Bonjour et merci pour ces explications sur le fonctionnement d’une fourche.
    Le fonctionnement d’une cartouche hydraulique a toujours été un mystère et je crois avoir compris le fonctionnement d’un piston, notamment grâce aux schémas.
    Du coup, je vais suivre ce blog avec intérêt
    Merci

    1. Xavier BASCOT

      Merci pour ce message.
      Malheureusement les articles du blog ne sont pas très fréquents, mais je vais essayer d’y remédier.
      N’hésitez pas à vous inscrire à la newsletter pour être informé d’un nouvel article.

  2. Je croyais qu’il existait des ressort acier progressif ?

    1. Xavier BASCOT

      En effet, cela existe dans le milieu de la moto, mais j’en connais pas dans le VTT, c’est pourquoi je parle de ressort linéaire car c’est la quasi-totalité.
      Je pense que certains artisans de la suspension vélo ont dû en créer dans leur coin.

  3. Frédéric

    Très intéressant, et très didactique ! Bravo.

  4. Trés bien expliqué, de plus, les croquis sont explicites, petit bémole pour l’image (Voyons un peu plus en détail chaque élément.) Décrite en anglais mais, quelle importance, le reste nous dit tout ce qu’il faut savoir.
    Personnellement j’ai une rétissance a démonter ma fourche un peu gripé de peur qu’un ressort me péte au nez ou que l’huile face tache.
    Bravo et merci!

    1. Merci pour le commentaire.
      Pour l’image en anglais, j’ ai quand traduit quasiment toutes les autres
      Pour le démontage de votre fourche, il faut être un peu manuel, bien organisé et avoir les bons outils. C’est pas très compliqué, mais les pièces à démonter coûte cher ! Donc gaffe au dérapage.

  5. salut j’ai un amortisseur CCDB air et ressort et j’ai aussi un 7post pour faire des courbes de compression détente haute et basse vitesse et je suis a la recherche d’info sur les fréquences de travail d’un amortisseur de type descente. je veux savoir en millimètre/seconde ou se trouve la basse vitesse ex de 20 à 50 mm/s et la haute ex de 50 a 100 mm/s

    1. Salut Anthony,
      Je suis curieux de savoir ce que tes recherches ont données !! Serais tu ok pour en discuter ??

  6. Super explication,clair et accessible.
    Bravo.

  7. est ce que les pivots de fourches font tous les même tailles ?

    1. xavier BASCOT

      Non, il existe différents diamètres de pivots de fourche: mais depuis quelques années la norme est le tapered / pivot conique avec un diamètre 1″1/8 en haut et 1,5″ (en bas au niveau du té de fourche).
      Auparavant, les pivots droits pouvaient se trouver soit en 1″1/8 (la quasi-totalité) ou 1,5″.

  8. Super article, merci , cela va m’aider dans le choix de mon prochain vélo. Par contre sur mon vélo actuel, j’ai la fonction «  blocage de fourche », il s’agit d’un câble qui …. que fait -il en fait, ce câble ? Il bloque carrément les lumières je suppose. Cette fonction est pratique pour certaines manœuvres où je dois garder tout mon équilibre.

    1. Xavier BASCOT

      Bonjour,
      Le câble actionne simplement la molette de compression. Cette molette de compression bouche en effet une lumière pour durcir la fourche.
      Cdt

  9. Bonjour, je viens apporter une petite pierre à votre édifice.
    Je sors de 15 jours d’ hosto, suite à un chute en vtt. Cette chute a été causée par une cassure nette au niveau de la jonction de la partie droite de la potence et La Fourche !

  10. Charles Folli

    Bonjour
    On m’a déconseillé de stocker mon vtt à la verticale car la cartouche ouverte sur la yari, fait que l’huile remonte dans le plongeur.
    L’huile peut mettre un certain temps a redescende et si la fourche est sollicitée à ce moment, cela l’abîme, notamment le piston qui se retrouve sans huile
    Est-ce vraiment le cas ?

    1. Xavier BASCOT

      Bonjour,
      Non, l’huile de votre cartouche ouverte n’a pas de problème pour traverser le piston. Ce qui cause problème sur les Motion COntrol, c’est de rouler en descente en position fermée. La cartouche est en plastique, et de fortes sollicitations casse une ailette plastique à l’intérieur du bloc MoCo, donc pas réparable.
      Xavier

  11. Bonjour. Super article très bien expliqué. Mais je n’arrive pas à comprendre comment les plongeurs et les bagues de guidage sont lubrifiés, il y a un peu d’huile au fond des fourreaux mais comment elle remonte ? Merci.

    1. Xavier BASCOT

      Bonjour,
      Merci pour le retour.
      Oui il y a quasiment toujours de l’huile de lubrification, qui est plus épaisse que l’huile de laminage.
      En fonctionnement, cette huile est pulvérisée dans tout le jambage de la fourche sous l’action des plongeurs. Cette huile laisse une fine couche entre les plongeurs et les bagues de guidage ce qui améliore le coulissement. Il y a aussi des joints mousses imbibés d’huile de lube sous les joints spys pour améliorer le coulissement.
      Etant donné que les quantités sont faibles (entre 5ml et 40ml), le changement de cette huile de lubrification est important et doit intervenir toutes les 30 à 50H en fonction des marques.

  12. André-Louis

    Bonjour,
    Article très intéressant et très détaillé.
    Je souhaiterai comprendre pourquoi il existe un pont de liaison entre les deux fourreaux alors quon ne retrouve pas cette liaison sur une fourche avant moto ?
    Merci

    1. Xavier BASCOT

      Bonjour,
      Je pense que vous parlez de l’arceau sur les fourches de VTT.
      Sur les motos, on a souvent des fourches inversées donc l’arceau ne peut pas être présent.
      Si fourche classique, la rigidité s’obtient avec un double té en tête de fourche et des plongeurs de gros diamètre sans contrainte de poids.
      Cordialement,
      Xavier

  13. Salut Anthony,
    Je suis curieux de savoir ce que tes recherches ont données !! Serais tu ok pour en discuter ??

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