Jeu de direction

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Écorché d'un jeu de direction fileté. Les deux guidages par roulements à billes sont visible à gauche et à droite.

Description

Le jeu de direction (headset) a pour fonction de guider la rotation de la fourche par rapport à la douille de direction du cadre. Il est constitué de deux guidages par roulement.

Variantes

Le jeu de direction varie suivant l’extrémité supérieure du pivot de la fourche : filetée ou lisse et suivant le type de tube de direction déterminant l’emplacement des roulements : cuvettes externes (EC dans le standard SHIS), cuvettes internes (ZS) ou intégrées (IS). Il peut aussi dépendre du diamètre externe du pivot de la fourche et du diamètre interne de la douille de direction, et éventuellement du filetage si le pivot est fileté. Il peut y avoir des types différents en haut et en bas du tube de direction, notamment lorsque le pivot et la douille sont coniques, avec un diamètre plus large en bas qu’en haut.

Cônes et cuvettes

À l’exception des jeux de direction intégrés, les cuvettes sont frettées aux extrémités supérieures et inférieures de la douille de direction comme le cône de fourche qui est lui aussi fretté sur la partie basse du pivot de fourche. Le frettage ou ajustement serré (press fit ou interference fit) consiste à faire entrer de force un élément ou une partie de l’élément dans un autre. La partie mâle doit avoir un diamètre externe légèrement plus large que le diamètre interne de la partie femelle, la différence étant de l’ordre du dixième de millimètre, pour que la pièce soit bien maintenue sur son assise. Cette différence peut varier de 0,05 mm à 0,25 mm :

  • Si la différence est négative ou nulle, l’ajustement ne tiendra pas. Il sera alors préférable de changer de pièce, en alésant si besoin l’intérieur du tube de direction ou en surfaçant l’assise du cône de fourche. Si le bas du pivot de fourche est en acier, on peut aussi créer quelques entailles au burin sur le pourtour de l’assise, les boursouflures saillantes des entailles pouvant suffire à maintenir un cône de fourche légèrement trop grand.
  • Au dessous de 0,1 mm de différence, l’ajustement risque de ne pas être suffisamment serré et les fortes tensions subies par la cuvette inférieure ou le cône de fourche peuvent à la longue les déloger de leur frette (partie accueillant la pièce frettée). Dans ce cas, on peut sécuriser l’ajustement en rajoutant du frein filet ou de la pâte à réparer le métal avant la pose de la pièce. Les douilles manchonnées sont moins sujettes à ce problème.
  • Par contre au dessus de 0,15 mm de différence, l’ajustement risque de fissurer les pièces faites d’un matériau plus fragile que l’acier : le cône de fourche notamment qui contient souvent pas mal de chrome, la douille de direction ou le pivot de fourche.

On distingue deux types de cuvettes :

  • Sur les cuvettes externes, c’est à dire traditionnelles, la surface de roulement dépasse au-dessus ou au dessous du tube de direction.
  • Sur les cuvettes internes, apparues en même temps que les douilles surdimensionnées, la surface de roulement est disposée à l’intérieur du tube. Cela permet entre autre de diminuer la hauteur d’empilement (stack height) du jeu de direction et donc de diminuer la hauteur du pivot de fourche ou même celle du guidon.

Lorsque le roulement est intégré à la cuvette, le cône de fourche est remplacé par un cône de centrage (centering cone) ou cône de compression. On distingue ces deux pièces en observant la forme de la partie conique de la pièce : elle est incurvée pour accueillir le roulement à bille sur un cône de fourche conventionnel alors qu’elle est rectiligne sur un cône de centrage. Ce dernier peut être intégré ou ajouté au pivot de fourche (le cône pourra alors être fendu pour faciliter la montage). Il en est de même pour le cône réglable du jeu de direction supérieur qui peut lui aussi être remplacé par un cône de centrage.

Sur certains vieux vélos, la cuvette externe supérieure peut être remplacée par un cône externe lui aussi fretté dans le tube de direction. Le cône réglable sera alors remplacé par une cuvette réglable. On distingue les cuvettes réglable par l’absence de toute partie conique à proximité du trou intérieur.

Les cuvettes peuvent être démontées à l’aide d’un chasse-cuvette, mais on peut aussi les enlever à coup de marteau en s’aidant d’un tube étroit, un cintre droit par exemple, en tapant à différents endroits dans le pourtour du tube de direction. Ils doivent être montés à l’aide d'un presse-cuvette. Les cônes de fourches peuvent être démontés à coup de marteau avec un burin, en tapant là aussi à différents endroits. Ils doivent être montés à l’aide d’un emmanche-cône, les tubes ou les bagues en inserts doivent être de différents diamètres pour s'adapter à ceux des cônes à installer.

Sur les jeux de directions intégrés, il n’y a pas de cuvettes à installer, celles-ci étant usinées directement à l’intérieur de la douille et le bas du pivot de fourche est en général de forme conique pour servir de cône de centrage. La cuvette intégré a presque toujours une forme chanfreinée. L'angle du chanfrein a pu être de 36° à partir de la verticale sur des jeux maintenant obsolète[1], il est maintenant normalisé à 45°. Dans certains jeux intégrés, notamment sur les cadres en fibre de carbone, des cuvettes sont toutefois frettées à l'intérieur de la douille pour renforcer l’ensemble. Il existe de même des cônes de centrage séparés qui sont plutôt montés sans outil.

Surfaçage

Les extrémités du tube de direction doivent être parfaitement parallèles et sans défauts. On peut usiner les bords à l’aide d’une fraise à surfacer (facing cutter). Il est préférable de placer aussi un guide pilote adapté au diamètre de la douille pour que les surfaces soient bien parallèles après usinage.

On peut élargir le diamètre interne du tube de direction à l’aide d’un alésoir ou fraise à aléser (reamer). La profondeur de l’alésage doit être suffisant pour pouvoir accueillir la cuvette. Prévoir au moins 15 mm pour une cuvette externe et 12,5 mm pour une cuvette interne. Il existe des outils combinant alésoir et fraise à surfacer pour usiner en une seule fois, l’alésoir servant alors de guide pilote. Pour les jeux de directions intégrés, l’alésoir doit être conique, comme une fraise à chanfreiner, pour garantir le bon angle du chanfrein intérieur. L’angle du cône étant maintenant toujours de 45°, les alésoirs à 36° sont devenus rares et il est préférable de refaire tout le chanfrein à 45° pour l’adapter aux jeux de direction modernes. Comme les profondeurs d’alésage dépendent du fabricant (normalisé par le standard SHIS), l’outil est en général dédié à un modèle de jeu intégré particulier. Il est alors combiné pour garantir le bon respect du standard : alésoir pour le diamètre interne, fraise à chanfreiner pour l’angle et fraise à surfacer pour le bord de la douille.

Enfin on peut aussi rétrécir l’assise du cône de fourche, à l’aide d’une fraise à surfacer dont le trou interne est suffisamment large pour y faire passer le pivot. L’outil et son porte-outil peuvent être maintenus dans un étau et on fera alors pivoter la fourche autour de l’outil pour procéder à l’usinage.

Roulements

Billes libres

Sur les vélos anciens, les jeux de direction étaient équipés de billes libres (loose bearing). Il faut donc être attentif à ne pas les perdre lors du démontage de la fourche d’une vieille bicyclette. La taille et le nombre des billes dépendent du diamètre et de la courbe de la surface de roulement du cône. La taille la plus courante est de 5/32" (3,969 mm) mais on peut aussi rencontrer des billes de 3/16" (4,762 mm) ou de 1/8" (3,175 mm). Si on n’est pas certain du nombre de billes à monter, il ne faut pas chercher à remplir tout l’espace : il faut laisser au moins la place de deux billes, mais on laissera parfois la place d’une seule bille ou de trois billes. Cela dépend du nombre de billes et donc de leur taille et du diamètre de la portée. Si les billes sont trop serrées, le roulement pourra être freiné lorsqu’on actionne le guidon et il n’y aura plus assez d’espace disponible pour que la graisse lubrifiante puisse jouer son rôle protecteur. Il y a pas mal de controverses[2] sur les avantages et inconvénients des billes libres par rapport aux cages à billes. Les billes libres sont notamment réputées pour causer moins de problèmes lorsque les surfaces de roulements sont billées, notamment en cas de direction indexée[3]. Leur principal défaut est qu'elles ont tendance à s'ovaliser avec le temps à force de s'entrechoquer entre-elles, surtout lorsqu'elles sont en surnombre.

Cages

Maintenant on utilise plutôt des cages à billes (bearing retainer) lorsque le jeu de direction est équipé de cuvettes simples. Le grand avantage des cages est de faciliter le montage et le démontage du jeu de direction. Leur principal défaut est qu’elles détruisent souvent les surfaces de roulement des cônes et cuvettes lorsque la cage se casse suite à un accident ou un jeu excessif. Les cages à billes doivent être montées dans le bon sens : le côté fermé (courbe ample) face à la cuvette et le côté ouvert (courbe serrée ou forme en crochet) face au cône. Si le montage a été inversé, on sentira un frottement important lors du réglage ou celui-ci semblera impossible (présence simultanée d’un jeu et d’un frottement). Le diamètre des cages à billes doit être légèrement inférieur à celui des cuvettes pour éviter que les vibrations subies par les fourreaux ne viennent biller la partie avant du jeu de direction.

Les cages à billes sont parfois remplacées par des cages à aiguilles (needle bearing). De forme coniques, elles nécessitent des cônes et cuvettes adaptées. Les roulements à aiguilles résistent mieux au billage que les cages à billes, notamment dans les jeux de direction qui sont soumis à des charges combinées, axiales (parallèles à l’axe de rotation) et radiales (perpendiculaires à l’axe), surtout lors du freinage.

Roulement à bague

Sur les jeux de direction à cuvette, notamment internes, on rencontre souvent des roulements intégrés dans la cuvette (semi-cartridge bearing). Ils fonctionnent comme des roulements à bague (cartridge bearing), d’où leur réputation d’être plus durables qu’un roulement à billes libres ou en cage. Par contre lorsqu’un tel roulement devient défectueux, il sera alors nécessaire de remplacer la cuvette, ce qui ne peut se faire qu’à l’aide d’outils adaptés. Le cône est remplacé par un cône de compression (compression ring), pièce conique, parfois fendue, faisant tampon entre le roulement et l’extrémité basse ou haute du pivot de fourche. Les roulements intégrés peuvent être à billes ou à aiguilles.

Sur les jeux de direction intégrés, on utilise plutôt des roulements à contact angulaire (angular contact bearing). Une des faces de la bague comporte un chanfrein sur le pourtour extérieur. C’est cette surface anguleuse qui sera en contact avec la partie elle aussi chanfreinée de l’intérieur du tube de direction. Les deux angles doivent être similaires : 36° (depuis la verticale, maintenant obsolète[1]) ou 45°. L’autre face de la bague comporte elle aussi un chanfrein mais sur le pourtour intérieur. Il sera en contact avec une pièce conique, elle aussi de même angle (36° ou 45°), en général un cône de compression en haut ou l’assise conique du bas du pivot de fourche. Les deux angles doivent être indiqués sur la bague, le premier angle pour le chanfrein intérieur et le deuxième pour l'extérieur. Il donne aux jeux de direction intégrés un avantage essentiel : le contact angulaire supporte des charges axiales (parallèles à l’axe de rotation) plus importantes qu’un roulement à bague classique. L’autre avantage est qu’ils se changent simplement à la main, sans aucun outil. Pour être pleinement efficaces, les roulements à contact angulaire doivent être montés par paire, un en haut dans un sens et l’autre en bas dans l’autre sens. On rencontre aussi parfois des roulements à bague simples, appelés souvent roulement annulaires.

Joint et cache-poussière

Les roulements peuvent être protégés de l’extérieur à l’aide de cache-poussières et de joints pour éviter toute contamination d'humidité ou de poussières :

  • Un joint torique est souvent placé autour du pivot immédiatement sous la pièce supérieure du jeu de direction. Les roulements à bague peuvent être aussi munis d’un joint torique.
  • La jonction extérieure entre la cuvette et le cône est souvent protégés à l’aide d’un joint plat souple.
  • Le jeu de direction supérieur peut être protégé par un cache-poussière conique en caoutchouc.
  • Le capot des cuvettes internes ou des jeux de direction intégrés joue aussi le rôle de cache-poussière.
  • On peut aussi protéger le roulement inférieur à l’aide d’un ruban de néoprène équipé d’un scratch ou en rajoutant un bout de chambre à air usagé sur le pourtour extérieur, lors du montage de la fourche.

Standard SHIS

Le standard S.H.I.S. (Standardized Headset Identification System) est conçu pour retrouver facilement quel jeu de direction est compatible pour un cadre (le tube de direction) et une fourche (le pivot) données. Le code SHIS identifiant les différents jeux de direction est composé ainsi :

XX n1/n2 | YY n3/n4. Quelques exemples : EC30/25.4-24tpi | EC30/26 (pivot fileté de 1" au standard BSC), EC 34/28.6 | EC 34/30 (cuvette externe et pivot lisse de 1 1/8"), ZS 44/28.6 | ZS44/30 (cuvette interne pour une douille de 44), IS42/28.6 | IS42/30 (Hiddenset™ de Campagnolo®) ou ZS44/28.6 | EC49/30 (jeu mixte).

La première partie permet d’identifier la partie supérieure du jeu de direction (le haut du pivot et de la douille de direction) et la seconde la partie inférieure (bas de la douille et du pivot ou cône de fourche). Le caractère | (barre verticale) est utilisé pour séparer ces deux parties. Chacune est composée d’un code de deux lettres identifiant le type de cuvette suivi d’un premier nombre pour le diamètre interne de la douille et d’un deuxième nombre pour le diamètre externe du pivot. Les diamètres sont exprimés en millimètres et le caractère / (barre oblique) est utilisé pour séparer ces deux parties. Si le pivot est fileté, le pas de vis devra être spécifié à la suite du deuxième nombre de la première partie. Le caractère - (trait d'union) est utilisé pour séparer le diamètre et le filetage.

Le standard S.H.I.S. distingue trois types de cuvettes :

  • EC pour External Cup identifie les cuvettes externes. Ce qui signifie qu’une cuvette a été rajoutée au tube de direction et le que le roulement se situe à l’extérieur des extrémités de la douille.
  • ZS pour Zero Stack identifie les cuvettes internes. Ce qui signifie qu’une cuvette a été rajoutée au tube de direction et que le roulement se situe à l’intérieur des extrémités de la douille.
  • IS pour Integrated System identifie les jeux de direction intégrés. Ce qui signifie que la cuvette est intégrée dans le tube de direction et que le roulement est directement posé à l’intérieur de ses extrémités.

Pour retrouver le code SHIS de la direction d’un vélo, il faut d’abord identifier le type des cuvettes et se munir d’un pied à coulisse pour effectuer les mesures :

  • Pour la partie supérieure, on mesure d’abord :
    • Le diamètre interne de l’extrémité supérieure de la douille de direction. On arrondit au millimètre le plus proche et on vérifie que cette cote est bien répertoriée dans la nomenclature SHIS (premier nombre).
    • Le diamètre externe de l’extrémité supérieure du pivot de fourche. On arrondit au dixième de millimètre le plus proche et on vérifie que cette cote est bien répertoriée dans la nomenclature SHIS (deuxième nombre). Si le pivot est fileté on identifie au mieux son pas de vis.
  • Pour la partie inférieure, on mesure d’abord :
    • Le diamètre interne de l’extrémité inférieure de la douille de direction. On arrondit au millimètre le plus proche et on vérifie que cette cote est bien répertoriée dans la nomenclature SHIS (premier nombre).
    • Le diamètre externe de l’extrémité inférieure du pivot de fourche (la partie où doit se loger le cône de fourche). On arrondit au millimètre le plus proche et on vérifie que cette cote est bien répertoriée dans la nomenclature SHIS (deuxième nombre).

Le standard SHIS ne couvre pas toutes les modèles existants ou passés et il faut parfois rajouter quelques informations pour identifier correctement les jeux de direction :

  • La hauteur à rajouter dans l’empilement du jeu de direction peut être précisée par le fabricant (lettre H suivie de la hauteur supplémentaire en millimètres). Par exemple ZS44/28.6 H16 si le capot de compression fait 16 mm de hauteur ou EC34/30 H13.7 si la partie externe de la cuvette fait 13,7 mm de hauteur. La hauteur d’empilement (stack height) précise la place qu’occupe le jeu de direction dans l’ensemble pivot de fourche et tube de direction. Elle détermine entre autre la hauteur minimale du pivot de fourche.
  • La profondeur de l’alésage du tube de direction pour accueillir les cuvettes ou les roulements se déduit normalement du code SHIS. Toutefois il peut y avoir de petites différences d’un fabricant à un autre qui peuvent parfois poser problèmes.
  • L’angle des zones de contact des roulements à bague pour les jeux de direction intégrés anciens qui peuvent être à 36° au lieu du 45° standard.
  • Le diamètre externe des potences à plongeur n’est pas indiqué dans le standard SHIS ce qui peut susciter quelques déconvenues (contre-écrou) sur certains BMX à pivot fileté.

Jeu de direction fileté

Avec un jeu de direction fileté (threaded headset), le pivot de fourche est fileté et peut être muni d'une rainure (groove, sur les fourches anglosaxonne) ou d'un méplat (flat, sur les fourches françaises) permettant de retenir une rondelle d'arrêt facilitant le réglage du jeu de direction.

Ces fourches sont conçues pour accueillir des potences à plongeur (quill stem), qui doivent être encastrées à l'intérieur du pivot de la fourche. La fourche est maintenue sur le tube de direction par les parties vissables du jeu de direction. Il est relativement simple d'ajuster le vélo à la taille d'el cycliste en changeant la potence. On peut alors modifier :

  • L’angle et la hauteur de la potence (stem angle et stem height), permettant d'ajuster la position des mains d'el cycliste avec une influence sur l’inclinaison del cycliste.
  • La longueur de la potence (stem reach) qui se mesure sur la partie de la potence dirigée vers l'avant. Comme la forme et l’allonge du cintre, elle influe sur la répartition du poids del cycliste mais aussi son usage : courte pour la maniabilité et le confort, mais longue pour la stabilité, le rendement et la vitesse.

Composants d'un jeu de direction fileté

Composants d'un jeu de direction fileté, du bas vers le haut :

  • Le cône de fourche (fork cone) est serti au bas du pivot de fourche. Attention, trouver un cône de fourche adéquat est toujours compliqué. Il vaut mieux prévoir un stock conséquent en prévision. Il se déloge au burin. Pour le sertir il faut faire attention à ne pas abîmer les portées lors de l’opération. Il existe un outil spécialisé en forme de tube, un emmanche-cône. Le cône doit être bien assis au-dessus de la tête de fourche, il ne doit ni bouger ni pencher.
  • Parfois un joint d'étanchéité plat (seal) entre le cône et la cuvette, protégeant le roulement de la pluie et de la poussière.
  • Les roulements sont le plus souvent sous forme de cage à billes (bearing retainer)., mais elles sont parfois à billes libres (loose bearing) sur les vieux vélos ou à aiguilles (needle bearing) sur les vélos de qualités. Les roulements à aiguilles supportent mieux la mauvaise répartition des charges propre aux jeux de direction et résistent donc mieux au billage (brinelling). Pour les cages à billes, la partie la plus incurvée doit toujours être orientée vers la cuvette. Attention, il faut bien vérifier le sens de la cage à billes qui peut être trompeur (surtout qu'en fonction des cages à billes, ça peut sembler inversé). Les billes doivent absolument toucher les deux chemins de billes sinon la cage va s'user et des bouts de métal vont finir au milieu des billes.
  • La cuvette (cup) inférieure, sertie dans la douille de direction. Il se déloge à l’aide d’un chasse-cuvette (head cup remover) ; à défaut de chasse-cuvette, une simple barre en acier peut suffire. Il doit être serti à l’aide d’un presse-cuvette (headset press). Si on ne dispose pas de cet outil, on peut le faire au marteau et d'une planche pour éviter d’abîmer la cuvette ou la douille, tout en faisant attention ce que la cuvette ne parte pas de travers pendant l'opération.
  • Au dessus de la douille, on trouve en général une cuvette supérieure mais il peut s’agir d’un cône sur certains vieux vélos. Ils se délogent tous les deux au chasse-cuvette et se sertissent au presse-cuvette.
  • Un roulements à billes ou à aiguilles.
  • Parfois des joints d'étanchéité torique (o-ring) entre le contre-écrou et le cône, ou plat (seal) entre le cône et la cuvette, protégeant les roulements de la pluie et de la poussière.
  • Le cône réglable (adjustable cone), ou la cuvette réglable (adjustable cup) si la douille était munie d’un cône. Il est malaisé de distinguer un cône d’une cuvette : il faut regarder attentivement comment la partie interne remonte à proximité du cercle intérieur pour distinguer les deux types de pièces. Pour éviter toute erreur, il est préférable de toujours remonter les pièces du jeu de direction sur la fourche lors du démontage. Le cône ou la cuvette réglable est souvent moletée (knurled) pour faciliter son serrage. Lorsqu’il n’est pas moleté, il devrait y avoir des pans (en général octogonal) pour être serré avec une clef.
  • Une ou plusieurs rondelles (washer). Il s'agit en général d'une rondelle d'arrêt : elle peut être munie d’un méplat si le pivot en comporte aussi, dans ce cas la rondelle et le cône réglable sont souvent crantés ; sinon les rondelles doivent avoir un ergot interne qui doit glisser dans la rainure correspondante du pivot de fourche. Une seule rondelle d'arrêt suffit. Lorsque le vélo possède des freins à tirage central (étrier ou cantilever), on rajoute souvent une rondelle à crochet qui va servir de butée pour la gaine du frein avant.
  • Le contre-écrou (locknut). Le plus souvent à pan octogonal pour des clefs pour jeu de direction en général de 30, 32, 36 ou 40 mm. Attention, le contre-écrou est le plus souvent muni d’une butée interne qui interdit de le serrer à fond lorsque le pivot de fourche est trop long. Dans ce cas, on risque de détériorer le filetage si on force trop. Si besoin, on peut le remplacer par un contre-écrou à encoche (notch) ou scier le haut du pivot de fourche.
  • Parfois, un cache-poussière (dust cap ou dust cover) conique en caoutchouc est placé au-dessus pour protéger l’ensemble.

Les pivots sont filetés suivant un procédé de laminage (rolling process) qui permet de ne perdre aucun matériau pour ne pas fragiliser le pivot. C’est pourquoi il n’est pas recommandé de refileter un pivot à plus de deux centimètres de hauteur pour éviter de le rendre trop vulnérable. De même il n'est pas recommandé de fileter un pivot lisse.

Dimensions des jeux de direction fileté

Jeux de direction pour pivot fileté
partie supérieure du pivot potence cuvettes cône de fourche
diamètre externe diamètre externe douille a cuvette (partie ajustée) assise du pivot cône
S.H.I.S. en pouce en mm Nom Commentaires en pouce en mm filetage diamètre interne diamètre externe diamètre externe diamètre interne
22.2-24tpi 7/8" 22,2 7/8" fileté Vélos enfant 24 tpi
M23-1.0 23 23 mm français Vélos enfant, obsolète 1 mm
M25-1.0 25 25 mm français Vieux standard français, obsolète 22 1 mm 30,2 26,5 ou 27
25.4-24tpi 1" 25,4 1" BMX BMX, pédalier monobloc, vieux VTT 5/6" 21,15 24 tpi 32,7 b 26,4 b
1" J.I.S. Vélos anciens ou bas de gamme fabriqués en asie 7/8" 22,2 24 tpi 29,75 à 29,9 30 27,1 à 27,2 27
1" fileté ISO Ancien standard européen (BSC) : la plupart des routiers, VTT peu récents 7/8" 22,2 24 tpi 29,9 à 30,1 30,2 26,5 à 26,7 26,4
1" Pro Campagnolo Obsolète 7/8" 22,2 24 tpi c 30,2 d 26,4 e
1" Italien Obsolète 7/8" 22,2 24 tpi c 30,2 d 26,5 ou 27 f
1" Moulton Moulton Mark III et antérieurs 7/8" 22,2 24 tpi 30,2 g 33
25.4-26tpi 1" 25,4 1" Raleigh 7/8" 22,2 26 tpi 30,2 26,4
25.4-30tpi 1" 25,4 1" Chater Lea Très rare 7/8" 22,2 30 tpi 30,2 26,4
M26-1.0 26 26 mm autrichien Rare 22 1 mm 30,8 26,7
M28-1.0 28 28 mm français Vieux tandem français 22 1 mm
28.6-26tpi 1 1/8" 28,6 1 1/8" fileté Nouveau standard (oversized) : la plupart des VTT, tandem, certains routiers et BMX récents 1" 25,4 26tpi 33,75 à 33,9 34 30,1 à 30,2 30
31.8-26tpi 1 1/4" 31,8 1 1/4" fileté Quelques tandem et VTT, obsolète 1 1/8" 28,6 26tpi 36,75 à 36,9 37 33,1 à 33,2 33
  • a L’alésage du tube de direction doit atteindre une profondeur de 15 mm ou plus.
  • b Variable.
  • c Les filets sont coupés à 55° mais restent compatibles avec les jeux de direction 1" ISO.
  • d Partie supérieure du jeu de direction compatible avec le 1" ISO.
  • e Partie inférieure du jeu de direction compatible avec le 1" ISO.
  • f Partie inférieure du jeu de direction compatible avec le 25 mm français.
  • g Partie haute, l’extrémité inférieure de la douille ferait 36,4 mm.

Jeu de direction non fileté

Le jeu de direction non fileté (threadless headset) est plus communément dénommé jeu de direction Aheadset qui est le nom de la marque du premier modèle de ce type conçu par Dia Compe. Le pivot de la fourche doit être lisse.

La potence est munie d'un collier à capot qui permet de la serrer sur la partie extérieure du pivot. Il est plus difficile d'ajuster le vélo à la taille d'el cycliste sur ce type de jeu de direction :

  • En changeant la potence, on ne peut ajuster que l'angle et la longueur de la potence.
  • Pour modifier la hauteur de potence, on a moins de solutions :

Composants d'un jeu de direction non fileté :

  • Les roulements sont de trois types : externe (standard SHIS :EC), intégrés (standard SHIS :IS) ou semi-intégrés (standard SHIS:ZS). Le standard SHIS permet de garantir la bonne compatibilité des diamètres et des roulements entre jeu de direction, fourche et cadre. Les roulements sont en général à bague à contact angulaire (angular contact cartridge bearing) dans les jeux intégrés mais il existe aussi des cuvettes internes ou externes ayant un roulement intégré ou acceptant un roulement à bague radial (radial cartridge bearing).
  • À l’intérieur du pivot de fourche, il y a en général un mécanisme en forme d’étoile (étoile de compression = star nut) qu’il vaut mieux ne pas déloger. Cette étoile doit être enfoncée au marteau à 9/16" (un peu plus de 14 mm) du haut du pivot. Il existe un outil adapté permettant de l’enfoncer à la bonne profondeur.
  • Au dessus de la douille de direction, on enfile dans le pivot de fourche plusieurs entretoises (spacer) en forme de rondelles de manière à ce que l'extrémité supérieure de la potence surplombe d’un millimètre ou deux le pivot de fourche. Sans ce surplomb il ne sera pas possible de régler correctement le jeu de direction et celui-ci conservera un jeu important.
  • La potence (threadless stem) est munie d'un collier qui permet de la serrer sur la partie extérieure du pivot.
  • Le capot (stem cover) et sa vis dont le serrage permet de régler le jeu de direction.

Lorsque le pivot de fourche est fait d'un matériau fragile comme les fibres de carbone. L'étoile de compression, le capot et sa vis sont remplacés par un expandeur (expander plug) qui joue le même rôle : régler le jeu de direction. Attention, les termes expandeur comme expander désignent aussi l'écrou conique d'une vis de plongeur de potence.

Les pivots lisses de fourches et les tubes de direction sont parfois coniques (tapered). La partie basse est plus large que la partie haute pour renforcer la direction. Le plus répandu a 1 1/8" en haut et 1 1/2" en bas, mais il existe des dimensions spécifiques à certains modèles comme 1 1/4" – 1 1/2" (de Giant®), 1 1/8" – 1 3/8" (de Specialized® ou de Cervélo®) ou le bas du pivot à 1 9/16" pour une douille prévie pour du 1.5" (de Cannondale®), ce qui peut rendre les réparations compliquées puisque les pièces sont alors spécifiques à certains fabricants.

Dimension des pivots

Dimension des pivots lisses
Diamètre nominal Diamètre externe
SHIS Nom Haut du pivot
en mm en pouce en mm commentaire
25.4 1" 25,25 à 25,4 ancien standard
28.6 1 1/8" 28,45 à 28,6 nouveau standard
31.8 1 1/4" 31,6 à 31,75 obsolète
38.1 1.5" ou 1 1/2" 37,074 à 38,202 downhill et freeride

Dimension des cônes de fourche

Dimension des cônes de fourche
Diamètre nominal Assise du cône Cône
SHIS Bas du pivot diamètre externe diamètre interne
en mm en pouce Nom en mm en mm Commentaire
26 1" 1" ISO 26,43 à 26,49 26,35 à 26,4 1" Pro, ancien standard européen
27 1" 1" JIS 27,03 à 27,09 26,95 à 27 ancien standard asiatique , obsolète
30 1 1/8" 1 1/8" 30,015 à 30,075 29,93 à 29,98 nouveau standard
33 1 1/4" 1 1/4" 33,03 à 33,09 32,95 à 33 surtout tandems
37 1 3/8" 1 3/8" IS n.a. n.a. jeu intégré
40 1 1/2" a 1.5" ou 1 1/2" 39,79 à 39,85 39,71 à 39,76 downhill et freeride
  • a Cannondale à 1 9/16" (39,7 mm).

Jeu de direction à cuvette externe

Comme dans les jeux de direction filetés, ce système utilise des cuvettes externes (external cup). Le roulement est alors extérieur au tube de direction, en haut ou en bas. Seul un manchon de maintien assied la cuvette dans la douille par ajustement serré. Le principal inconvénient du système est d’augmenter considérablement la hauteur d’empilement du jeu de direction nécessitant alors l’utilisation de pivots de fourche parfois trop haut pour un usage sportif. Les roulements sont en général intégrés ou avec cage à billes mais d’autres modèles existent. Le tube de direction doit être alésé à ses extrémités supérieures et inférieures pour pouvoir accueillir le manchon de maintient des cuvettes sur une profondeur d’au moins 15 mm.

Lors du réglage, la compression du jeu de direction se fait par l’intermédiaire d’un capot (cap ou sleeve) plus ou moins conique sur lequel vont s’appuyer les entretoises extérieures placées sous la potence pour surélever celle-ci. Ce capot protège aussi le roulement supérieur des agressions extérieures. Ensuite la précharge sera transmise aux cônes (cone), de roulement ou de centrage suivant le type de roulement, placés au-dessus (pour le jeu supérieur) ou au-dessous (pour le jeu inférieur) des roulements. Ces pièces assurent donc le bon alignement vertical ou radial du jeu de direction.

Jeu de direction à cuvette interne

Dans ce système, appelé souvent semi-intégré (zero stack ou low profile), les cuvettes sont elles aussi frettées au tube de direction, mais le roulement est situé à l’intérieur, aux extrémités inférieures ou supérieures de la douille. Cela permet de diminuer considérablement la hauteur d’empilement (stack height) le réduisant à moins de 10 millimètres. Les roulements sont en général intégrés ou à bague (radial) mais il existe des modèles à cage à billes ou à contact angulaire. Le tube de direction doit être alésé à ses extrémités supérieures et inférieures pour pouvoir accueillir les cuvettes sur une profondeur d’en général d'au moins 12,5 mm mais certains modèles peuvent nécessiter des profondeurs particulières.

Le réglage nécessite les mêmes pièces et procédés que les jeux de direction à cuvette externe.

Perdido™

Perdido™ de Chris King®, maintenant obsolète, est parfois classé dans les jeux intégrés mais s’apparente plutôt aux jeux à cuvettes internes. Les cuvettes sont frettées dans le tube de direction et les roulements frettés dans les cuvettes. Le diamètre externe de la cuvette fait 44,5 mm pour une douille alésée à 44,4 mm. L’alésoir nécessaire est pratiquement introuvable.

Dimension des douilles pour jeu à cuvette

Dimension du tube de direction, jeu à cuvette
Pivot Tube de direction Cuvette
diamètre externe diamètre interne externe partie ajustée
SHIS Commentaire courant en mm a avant usinage recommandé diamètre externe
EC29 1" JIS externe, asiatique, obsolète 1" 29,85 à 29,9 28,5 à 29,5 30 à 30,1
EC30 1" Professional ou ISO externe, européen 1" 30,05 à 30,1 28,5 à 29,5 30,2 à 30,3
EC34 1 1/8" standard externe 1 1/8" 33,90 à 33,95 31,5 à 33,5 38 34,05 à 34,15
EC37 1 1/4" standard externe, tandems 1 1/4" 36,9 à 36,95 35 à 36,5 37,05 à 37,15
ZS41 1" standard interne 1" ou 1 1/8" 41,35 à 41,4 36 à 41 47 41,45 à 41,5
EC44 b 1-1/8" externe 1 1/8" 43,95 à 44 38 à 43 50 44,05 à 44,1
ZS44 b 1-1/8" standard interne
EC49 1.5" standard OnePointFive®, externe 1 1/2" 49,57 à 49,65 c 47,6 mini 57 49,7 à 49,75
ZS49 1.5" standard OnePointFive®, interne
ZS55 1.5" interne, rare 1 1/2" 54,9 à 54,95 61 55,05 à 55,1
EC56 1.5" externe 1 1/2" 55,9 à 55,95 62 56,05 à 56,1
ZS56 1.5" interne
  • a Profondeur minimum d'usinage de la douille : 15 mm pour les cuvettes externes et 12,5 mm pour les cuvettes internes.
  • b Taille privilégiée des cadreurs. Elle permet de monter au choix du pivot droit ou conique et de la cuvette externe ou interne.
  • c Profondeur minimum d'usinage de la douille : 25,4 mm sauf Cannondale 11 mm.

Jeu de direction intégré

Dans les jeux de direction intégrés, la cuvette est directement usinée à l’intérieur du tube de direction. La fin de l’alésage comporte en général un chanfrein qui pouvait autrefois avoir un angle de 36°[1] (depuis la verticale) ou de 45°. Maintenant seul l’angle de 45° est employé[4]. Le chanfrein permet d’accueillir un roulement à bague à contact angulaire, qui rend le jeu de direction plus résistant aux charges axiales (parallèles à l’axe de rotation) que les autres. La douille doit être alésée à des profondeurs précises, différentes en haut et en bas, qui dépendent du modèle de jeu de direction. Le chanfrein peut s’user lorsque la direction subit les contraintes du freinage. Lorsque le chanfrein est trop usé, c’est le cadre qui est abîmé ce qui peut rendre sa réparation très délicate. On peut parfois resurfacer le chanfrein quitte à rajouter une entretoise (shim) à l’intérieur du jeu de direction pour compenser la profondeur excessive de l’alésage. Autre inconvénient, l’alésage doit être suffisamment large pour que le roulement puisse s’insérer entre la surface extérieure du pivot et celle intérieure de la douille, ce qui rend cette dernière plus fragile à ses deux extrémités. Par contre il est plus simple de réparer les roulements à bague puisqu’elles se remplacent facilement à la main sans qu’aucun outil particulier ne soit nécessaire. Il n'a donc aucun ajustement serré, tout est maintenu par l'empilement du jeu de direction. Le cône de fourche est remplacé par un cône de centrage qui est souvent intégré au pivot de fourche.

Hiddenset™

Dans le Hiddenset™ de Campagnolo® (IS42), la douille doit être usinée spécialement pour ce type. Il accepte un pivot de 1 1/8" mais il existe des modèles pour 1". Le roulement a un diamètre de 41,8mm avec des angles de 45° pour le cône et de 45° pour le chanfrein. Il comporte une cage à bille, un cône et une cuvette démontables permettant de le nettoyer et le regraisser si besoin.

Microtech®

Dans ce système maintenant obsolète, la douille doit être usinée spécialement pour ce type conçu pour des pivots de 1 1/8". Il n’y a pas de chanfrein, la zone de contact étant à 90°. Les roulements sont à bague avec un diamètre de 42 mm et doivent être frettés dans le tube de direction.

Colombus®

L’IS42 de Colombus® nécessite une douille de diamètre extérieur à 45 mm et intérieur à 39,9 mm. Les cuvettes (diamètre 45 mm) peuvent être frettées ou brasées dans le tube de direction. Elles contiennent des roulements à contact angulaire avec un angle de 36°. Les cuvettes sont souvent peintes aux mêmes couleurs que le cadre.

Autres jeux intégrés particuliers

Certains jeux intégrés sont tellement particuliers qu’il est parfois nécessaire de rajouter des pièces spécifiques :

  • Entretoise interne (shim) à placer entre le capot et le cône supérieur pour s’adapter aux écarts de profondeurs d’alésage et éviter notamment que le capot du jeu de direction ne touche la partie supérieure de la douille.
  • Cône fendu (centering sleeve) à placer dans la cuvette supérieure ou au dessus du cône de fourche pour s’adapter aux écarts de profondeurs d’alésage ou d’angle de chanfrein.
  • Adaptateur à fretter à l’intérieur du tube de direction pour accepter un pivot de fourche plus étroit.

Il existe d’autres systèmes propriétaires encore plus exotiques avec par exemple deux pivots parallèles.

Dimension des douilles pour jeu intégré

Dimension du tube de direction, jeu intégré
Pivot Tube de direction Roulement
diamètre externe diamètre interne profondeur de l’assise angle diamètre externe diamètre externe
SHIS Commentaire courant en mm avant usinage supérieure inférieure du chanfrein recommandé en mm
IS38 1" Cane Creek IS 1" 38,15 à 38,25 28 à 34 3,1 à 3,2 6,9 à 7,0 45° 42 38
IS41 1 1/8" Cane Creek IS 1 1/8" 41,1 à 41,2 32 à 36 3,1 à 3,2 6,9 à 7,0 45° 45 41
1-1/8" Tien Hain ind. / FSA, 36°-36° obsolète 1 1/8" 41,6 à 41,7 1,9 à 2,1 ou 6,6 à 6,8 6,3 à 6,5 ou 7,3 à 7,5 36° 41,5
IS42 1 1/8" ISi – Italian a 1 1/8" ou 1" 41,95 à 42,05 33 2,8 à 3,0 6,6 à 6,8 45° 46 41,8
Microtech® Integrated, obsolète 1 1/8" 41,9 à 42 45° 42
1-1/8" ICBM, obsolète 1 1/8" 44,9 à 45 1,6 5 45°
IS47 1-1/4" integrated 1-1/4" 47,05 à 47,1 n.a. 7,3 à 7,5 45° 47
IS49 1-3/8" IS, rare, certains modèles de Cervélo® 1-3/8" 49,1 à 49,2 n.a. 6,9 à 7,0 45° 49
1-3/8" IS, rare, certains modèles de Specialized® 7,3 à 7,5
IS52 1-1/2" Integrated 1-1/2" 52,05 à 52,15 n.a. 7,3 à 7,5 45° 56 52
  • a Dont Campagnolo® Hiddenset.

Réparations

Diagnostic

Le diagnostic le plus simple est de vérifier le jeu de roulement : Le guidon doit tourner librement, sans gêne et sans jeu. Si il y a du jeu, on doit resserrer le système. Et inversement, si il y a une gêne dans le mouvement on doit le desserrer. Paradoxalement, il est dangereux de rouler avec une direction trop serrée: en effet, si la roue avant n'est pas totalement libre de pivoter, il est impossible de garder son équilibre sur le vélo lorsqu'on lâche les mains.

  • On vérifie d’abord le serrage du jeu de direction : contre-écrou d’un jeu à cône et cuvette, vis du capot ou de l'expandeur du jeu de direction s'il n'est pas fileté. Si le serrage est insuffisant, il y a automatiquement un jeu.
  • Pour un jeu de direction non fileté, on tente de faire pivoter les entretoises extérieures à la main. Si on arrive à les faire tourner, il y a certainement un jeu.
  • On peut ensuite freiner à fond à l’avant et faire bouger le guidon d’avant en arrière. Attention, une sensation de jeu (play) peut aussi être due à l’écrasement du pneu contre le sol, à la suspension ou au frein proprement dit. Attention, ne jamais utiliser cette méthode si le frein est à tirage central (cantilever ou étrier), le câble tendu du frein empêchant de percevoir un éventuel jeu dans la direction.
  • En dernier lieu, on peut essayer de faire bouger la potence ou la tête de fourche d’avant en arrière. Cela demande un peu de pratique pour reconnaître la présence d’un jeu.
  • Ensuite, on vérifie la présence d’un frottement (friction) en tournant le guidon dans les deux sens. Pour une meilleure perception, la roue ne doit pas toucher le sol. Parfois le frottement n'apparait que dans un seul sens.

Lorsque le frottement est inégal ou si on détecte à la fois jeu et frottement, il faut ouvrir la bête : enlever tout le cambouis, nettoyer soigneusement billes et portées, vérifier l’état des billes et la présence de billage sur les portées, changer les pièces défectueuses, graisser, remonter et régler le roulement. Si le cambouis était rouge brique, il faut remplacer les billes qui doivent toujours être dépourvues de toute rouille. S'il s'agit d'un roulement à bague, celui-ci doit être changé.

Réglage du jeu de direction

Le juste milieu du serrage est assez minutieux à obtenir, plusieurs tentatives par tâtonnements peuvent être nécessaires pour avoir le bon réglage.

Réglage d'un jeu de direction fileté

Cette opération doit être réalisée lorsqu’un jeu a été détecté ou lorsque la fourche vient d’être remontée. Il n’est pas nécessaire de démonter la fourche pour régler le jeu de direction.

Le réglage peut se faire potence montée ou démontée. Lorsque la potence n’est pas très haute (tige de potence trop courte), il est parfois plus simple d’effectuer le réglage potence démontée.

  • On serre la cuvette ou le cône réglable à la main jusqu’à ce qu’on sente une résistance.
  • On verrouille ensuite le jeu de direction en maintenant la cuvette ou le cône réglable à l’aide d’une pince multiprise tout en serrant le contre-écrou avec une clé pour jeu de direction. On serre assez fort, la rondelle d'arrêt facilite le verrouillage : elle prévient le resserrage de la cuvette ou du cône réglable lors du verrouillage.
  • On vérifie ensuite le bon réglage du jeu de direction et on l’ajuste si nécessaire.

Lorsque il est impossible d'obtenir un bon réglage, il faut se poser d'autre questions concernant la qualité des roulements et des cuvettes en place. Les cuvettes doivent être régulières, si elles présentent des traces de billage, elles sont bonnes pour la ferraille. Les billes doivent également être régulières.

Réglage d'un jeu de direction non fileté

La potence doit être montée pour que le réglage soit possible. Son extrémité supérieure doit surplomber d’un millimètre ou deux le pivot de fourche.

  • On s’assure d’abord que les vis qui maintiennent la potence sur le pivot soient bien desserrées.
  • On serre ensuite la vis du capot ou de l'expandeur jusqu’à ce qu’on sent une résistance.
  • On vérifie ensuite le bon réglage du jeu de direction et on l’ajuste si nécessaire.
  • À la fin, ne pas oublier de resserrer les vis de la potence et de la recentrer.

Notes

  1. 1,0, 1,1 et 1,2 L'angle de 36° permettait d’obtenir une surface de contact plus grande entre le chanfrein de la douille et celui du roulement et donc un meilleur maintient. Avec l’apparition de tube surdimensionné, cet avantage a perdu de son importance.
  2. Bearings = Better Loose or Caged?.
  3. Comme on ne tourne le guidon que rarement, un billage peut se créer sur le cône de fourche, signe que la lubrification est insuffisante, créant un effet de direction indexée (indexed steering) où la fourche semble restée collée à la position droite de la roue. Le sujet a fait l'objet de pas mal de controverses, voir notamment Indexed Steering et Bearings = Better Loose or Caged?.
  4. Il existe un adaptateur à placer au contact d'un chanfrein à 36° pour l'ajuster à un jeu de direction moderne de 45°.