Nous vivons dans un monde d'objets. Tous les jours nous les voyons, les touchons et les utilisons : ils constituent notre environnement…

Déroulement de séance - Investigation - Piste de recherche :

• Chaque équipe, disposant d’un panel d’objets, essaie de distinguer les objets des objets techniques.

• Ils réalisent une sélection d’objets techniques et en exprime le besoin.

• En vous aidant de cette animation compléter le document suivant (objets et objets techniques).
• En vous aidant de cette animation compléter le document suivant (besoin de l'objet et de l'objet technique)

Ce qui est attendu :

• Distinguer les objets naturels des objets techniques

• Mettre en relation le besoin et l’objet technique

Coups de pouce

ancienne version : objets et objets techniques

ancienne version : exprimer le besoin

Compétences évaluées :

Concevoir, créer, réaliser : Décrire le fonctionnement d’objets techniques, leurs fonctions et leurs composants

Concevoir, créer, réaliser : Identifier les évolutions des besoins et des objets techniques dans leur contexte

Je remercie Paul Benyayer pour toutes ses animations.

Voici des photos présentant 3 objets techniques ….

Déroulement de séance - Investigation - Piste de recherche :

• Chaque équipe recherche les différences entre les vélos présentés.

• Conclusion sur les différences remarquées ;

• Chaque type de vélo correspond à une utilisation précise

• Chaque utilisation et donc chaque modèle correspond à un besoin particulier

• Chaque vélo a une fonction d’usage qui lui est propre.

• Quelle question poser pour trouver l’usage de l’objet technique ?

• En vous aidant de cette animation, compléter le document suivant. (fonction d'usage).
• En vous aidant de cette animation, compléter le document suivant. (fonctions et solutions techniques).

Ce qui est attendu (pistes):

• Faire apparaître la différence d’utilisation entre les modèles de vélos présentés

• Énoncer la fonction d’usage des objets techniques

Coups de pouce

ancienne version : fonction d'usage d'un produit

ancienne version : fonctions techniques à colorier

ancienne version : fonctions techniques

Compétences évaluées :

Pour satisfaire les besoins de l‘utilisateur, l’objet doit être utile : c’est sa fonction d’usage. Vous désirez acheter un nouveau VTT ou une nouvelle trottinette  et vous vous rendez au magasin pour faire un comparatif.

Déroulement de séance -Investigation - Piste de recherche :

• Chaque équipe cherche à expliquer ce qui peut déclencher l’achat d’un modèle plutôt que d’un autre.

• Ils ciblent leurs critères de choix

• En vous aidant de cette animation, compléter le document suivant. (Fonction d'estime)

Ce qui est attendu (pistes):

• Énoncer la fonction d’estime d’un objet technique

Coup de pouce :

ancienne version : Fonction d'estime d'un produit

Compétences évaluées :

Déroulement de séance - Investigation - Piste de recherche :

• Chaque équipe, à l’aide des ressources, retrace l’évolution d’une famille d’objets.

Équipe 1 et Équipe 4 font des recherches sur les inventions des objets suivants (date de création, matériaux, inventeurs) :

Célérifère, VTT Tout suspendu, VTT, BMX, Bicyclette, Vélocipède, Grand-bi, Draisienne.

Équipe 2 et Équipe 5 font des recherches sur les inventions des objets suivants (date de création, matériaux, inventeurs) :

Dérailleur, G-Boxx , Pneu, Frein à disque, Fourche à suspension, Chaîne à maillons, Roulement à billes, Pédalier, Roue libre, V-Brakes.

Équipe 3 et Équipe 6 font des recherches sur les inventions des objets suivants (date des inventeurs et le nom des inventions) :

Pierre Michaux, M. Sachs, Suriray, Monsieur de Sivrac, Victor Renard, Gary Fischer, Dunlop, Galle, Paul de Vivie, Karl von Drais, Bob Girvin.

1. L'évolution des vélos
2. A partir de cette animation, compléter le bilan.
3. Évolution des moyens de transports
4. histoire des cyclomoteurs à galet

Coups de pouce :

ancienne version : histoire de la bicyclette

• Ils réalisent un document numérique illustrant cette évolution

Ce qui est attendu (pistes):

• Distinguer les objets constituant une même famille d’objets

• Retracer l’évolution d’une famille d’objets

Le français Pierre Lallement a déposé le 20 novembre 1866 le brevet pour le vélocipède. Comme il n'avait pas de ressort au siège, il fut aussi appelé "tapecul". Il a été amélioré dans les années 1869-1870 notamment par des bandages en caoutchouc plein (premier brevet pris le 24 novembre 1869 par Clément Ader) remplaçant le cerclage de fer et par des roues aux rayons métalliques en tension (le 4 août 1869 par E. Meyer). Parmi ces inventions, le vélocipède à vapeur à propulsion par la roue arrière construit par Louis-Guillaume Perreaux, avec les établissements Michaux, dont un modèle existe au musée d'Île-de-France à Sceaux préfigure la moto : c'est le premier cyclomoteur.

En 1886, Peugeot commercialise ses premières bicyclettes. En 1885, le Bordelais Juzan en construit quelques-unes également, au design plus moderne que les anglaises.

En 1888, John Boyd Dunlop invente le pneumatique (brevet français no 193281 déposé par John Boyd Dunlop le 1er octobre 1888 : « Garniture de jante applicable aux roues de véhicules. »), qui contribue à améliorer encore le confort du cycliste. Édouard Michelin perfectionne cette invention en déposant en 1891 un brevet de « pneu démontable », la chambre à air.

Les bicyclettes de sécurité de 1890 ressemblent déjà beaucoup aux bicyclettes actuelles. Elles ont des pneumatiques de taille comparable à celle d'un vélo moderne, des roues à rayons, un cadre en tubes d'acier et une transmission par chaîne. La seule chose qui leur manque est le changement de vitesses.

En 1903 naît le Tour de France. Le premier gagnant de cette grande épreuve est Maurice Garin.

Après la Première Guerre mondiale, le terme « vélo » devient le mot populaire pour décrire la bicyclette utilisée par les ouvriers, paysans et enfants8.

Dans les années 1930, les systèmes à plusieurs vitesses commencent à être utilisés dans les compétitions de vélo.

Le vélocar apparaît dans les années 1930, vélo couché et ancêtre de la vélomobile.

Pendant l'occupation de la France par l'Allemagne, les voitures sont restreintes à l'usage des médecins, de la police ou de la milice, la bicyclette devenant la reine des transports (ravitaillement et marché noir, trajets pour le travail ou aller voir des proches, développement de vélo taxis dans les grandes villes), succès des compétitions de cyclisme17.

Les dérailleurs se développent durant les années 1950.

Enfin, les vélomobiles renaissent à la fin des années 1980.

Depuis le début des années 1990, dans plusieurs pays, des manifestations spontanées rassemblent, une fois par mois dans plusieurs centaines de villes, des défenseurs et promoteurs de l'usage du vélo en ville. Ce sont les masses critiques ou vélorution en France.

UN PEU D'HISTOIRE DU TOUR DE FRANCE.

Si le tour de France fait la part belle aux paysages et aux duels entre les coureurs, les vélos sont tout aussi importants dans les performances. Les montures depuis les premières éditions ont énormément évolué tant en termes de technique qu’en termes de poids.

Entre le vélo La Française du célèbre Maurice Garin qui pesait près de 20 kg et les vélos actuels qui peuvent peser moins de 7 kg, les changements ont été nombreux. Petit tour d’horizon des évolutions techniques dans le monde de la petite reine.

Son vélo La Française avait un poids qui atteignait presque 20 kilos. Le cadre était en acier et les soudures étaient protégées par une épaisse couche de peinture. À cette époque, il n’y avait ni roue libre, ni freins, ni dérailleur. L’entraînement se faisait en 56 x 20 : un grand plateau de 56 dents et un pignon fixe de 20 dents. La seule manière de freiner était de rétro pédaler, comme le font les enfants sur leurs vélos. Les cale-pieds étaient aussi en acier et n’avaient pas de courroie de serrage.

Les roues à boyaux avaient tout de même des chambres à air. Le guidon, aux poignées en bois, était directement fixé sur la colonne de direction. Il n’y avait pas de potence si bien que le cycliste était démesurément penché sur son vélo. Malgré tout, Maurice Garin remporte trois étapes sur six à une vitesse moyenne de 25.679 km/h. C’est à peu près la moyenne d’un bon cycliste amateur sur une sortie de 70 km.

De l’après-guerre aux années 80.

Le vélo se modernise petit à petit. Au départ, la bicyclette était vraiment rustique. Peu à peu, elle acquiert des éléments capitaux comme les dérailleurs ou les roues à pneus. Parallèlement, grâce aux progrès de la métallurgie, on fabrique des cadres de moins en moins lourds. Dans les années 50, le vélo d’Anquetil pesait à peine 10 kilos.

L’arrivée des dérailleurs (1937-1946)

Si les recherches sur le sujet étaient déjà au point dans les années 1870, ce n’est qu’entre les deux guerres qu’on équipe les vélos des coureurs du tour d’un dérailleur arrière. Le « Super Champion » fait son apparition en 1937. À cette époque, c’était le seul modèle autorisé.

Avant cette évolution, les roues avaient deux pignons, situés de chaque côté du moyeu de la roue. Une fois la côte en vue, il fallait s’arrêter et retourner la roue. Le dérailleur avant, lui, va apparaître après la guerre.

Le pneu haute pression par Michelin (1975)

Michelin provoque une petite révolution en proposant un pneu haute pression. Auparavant, les coureurs utilisaient des pneus à boyaux. Plus résistants, ils étaient aussi beaucoup plus compliqués à réparer puisqu'il fallait coudre le boyau et l’utilisation des rustines était impossible.

Le premier modèle du fabricant français s’appelait « L’Élan ». Alors qu’il devait être cantonné à une utilisation en amateur, les coureurs professionnels vont tomber sous le charme de cette invention et vont peu à peu préférer le pneu au boyau, principalement pour sa facilité d’utilisation.

Années 80-90 : la recherche de la performance et la course au poids

Dans ces années, les ingénieurs travaillent beaucoup sur l’aérodynamique et tentent de concevoir des vélos qui minimisent la perte d’énergie. De plus, ils se sont engagés dans une course au poids. Des découvertes capitales sont effectuées notamment au niveau des matériaux composites.

Greg Lemond, l’ambassadeur du guidon aérodynamique (1979-1989)

Le premier vélo à guidon aile d’avion arrive sur la grande boucle lors du prologue du tour 1979. Il est le résultat d’un travail intense sur l’aérodynamisme des vélos. Le Gitane Delta fait sensation pour son look révolutionnaire, mais aussi par les performances qu’il garantit.

Le célèbre Delta de la marque Gitane

Les recherches progresseront jusqu'en 1989 où Greg Lemond, avec son guidon de triathlonien, devancera Laurant Fignon pour 8 secondes. C’est probablement la première fois dans l’histoire de la compétition que les avancées technologiques sont directement responsables de la victoire d’un coureur.

L’arrivée des pédales automatiques, la fin des cale-pieds (1984)

La Look PP65, la première pédale automatique

Les pédales automatiques sont sans doute la plus grosse révolution dans le monde du vélo depuis les années 80. C’est Look qui sort les premiers modèles, les PP65. Les coureurs sont équipés de chaussures spéciales avec des cales sous les semelles, qui se clipsent sur les pédales.

En terme de rendement, au long terme, les performances explosent. Avec des cales pieds, l’efficacité est maximale lorsque l’on pousse sur la pédale et diminue lorsque l’autre jambe relève la pédale. Avec les pédales automatiques, la jambe qui se lève soulage plus efficacement la jambe qui pousse et la répartition des efforts est plus efficace.

Les roues lenticulaires (1984)

Ces roues aérodynamiques sont le fruit du travail sur l’aérodynamique commencé à la fin des années 70. Le premier coureur à en avoir été équipé fut Francesco Moser en 1984, lorsqu'il a battu le record de l’heure à Mexico.

Ce sont des roues pleines qui font leur apparition sur le tour de France 1985. Elles ont beaucoup évolué par la suite, surtout au niveau des matériaux utilisés.

L’armature évolue : apparition du cadre composite (1986)

Les cadres, jusque-là, étaient formés de tubes d’acier et d’aluminium soudés entre eux. Ils avaient deux inconvénients : le poids et le manque de rigidité. En 1986, Look sort le premier cadre carbone. L’entreprise s’est largement inspirée du prototype Torayca, développé par la société Alan en 1976.

Le cadre Look est fait à partir de tubes carbone/kevlar. Les manchons, qui englobent les parties du cadre où les tubes sont soudés entre eux, sont encore en alu. Ce cadre sera utilisé par Greg Lemond avec beaucoup de succès.

Révolution dans le cadre en carbone : la construction monobloc (1986)

Look réalise une prouesse technique avec le KG 196. Il s’agit du premier cadre fait d’une seule pièce. La faible densité du carbone et la construction à plusieurs tubes, faisaient perdre au coureur une partie de l’énergie développée lors du pédalage. Avec le cadre monobloc, la rigidité est bien meilleure et la nervosité du vélo permet au cycliste de pédaler plus vite et plus longtemps.

Vélo équipé d’un cadre Look KG 196 en carbone monobloc

La construction monobloc, allant de pair avec les progrès technologiques en matière de plasturgie et de manipulation des matériaux composites, permet aux constructeurs de tester de nouvelles formes de cadre. Tout le monde se souvient du Pinarello d’Indurain avec sa forme hors du commun. Le KG 196 sera très populaire sur la piste.

Depuis les années 90 : petits changements, mais grosses incidences

Depuis les années Indurain, le vélo a peu changé. Certaines améliorations comme les dérailleurs électriques ont mis du temps à être adoptées par le peloton, signe que le vélo est arrivé à une phase de maturité et qu’il ne changera plus beaucoup.

Le changement de vitesse au guidon (1990)

Manettes STI et cocotte

Avec ses manettes STI, Schimano fait sensation. Le fabricant japonais avait déjà apporté sa pierre à l’édifice dans les années 80 en inventant les manettes indexées (SIS) qui permettaient un changement de vitesse précis (à l’oreille), mais aussi en continu lorsque l’on roule.

Avec les manettes STI, les manettes ne se trouvent plus sur le cadre, mais au guidon. Les manettes de frein permettent de changer de plateau et les petites manettes situées derrière permettent de changer de pignon. Avec ce système, il est possible de changer de rapport avec les mains en bas du guidon ou sur les cocottes.

Les freins se modernisent : apparitions des doubles pivots (1990)

Freins à double pivot

Les freins double-pivot de chez Schimano, les fameux SLR, vont avoir un énorme succès. Auparavant, c’était un modèle à simple pivot qui était utilisé. Les simples pivots avaient deux inconvénients majeurs. Ils manquaient de progressivité et rendaient le freinage assez violent. Deuxièmemement, le centrage des patins avait tendance à se dégrader au cours du temps si bien que le coureur se retrouvait avec les patins qui frottaient en permanence sur la jante.

Avec les freins à double pivot, la distance de freinage diminue. Les forces de serrage étant démultipliées, le freinage est plus efficace. De plus, grâce à une vis de centrage, le mécanicien peut régler les mâchoires plus précisément et garantir au coureur un freinage souple.

Mavic en avance de vingt ans : le dérailleur électrique (1992)

Avec le dérailleur électrique, Mavic a été trop visionnaire. Jusque-là, les dérailleurs étaient actionnés par des câbles. Mavic propose un dérailleur sans câbles, avec des commandes électriques. Les coureurs sur route, qui avaient l’air très content de leur transmission à câble, ont boudé le dérailleur électrique pendant très longtemps.

Le système électrique sera expérimenté par les équipes ONCE et RMO sur le tour de France, mais personne ne l’a adopté. Le modèle de chez Mavic sortira dans le commerce en 1999, sous le nom de Mektronic. Longtemps oublié, son usage s’est généralisé très récemment. Mavic avait vu juste.

LE PREMIER VÉLO ÉLECTRIQUE

Le développement du vélo électrique est récent mais son invention est ancienne car le premier Brevet date de 1895. Qui est l’inventeur de ce premier vélo électrique?

Ogden Bolton invente le premier vélo électrique en 1895

C’est l’américain Ogden Bolton Jr qui a inventé le premier vélo électrique et qui a déposé sont Brevet 552 271 en 1895. Il s’agissait plutôt d’une draisienne car ce « vélo » n’avait pas de pédale. Il était équipé d’un moteur de 100 Ampères situé dans la roue arrière qui était relié à une batterie 10 Volt.

Invention d’un vélo à double moteur en 1897

Un autre américain, Hosea W. Libbey dépose le deuxième brevet en 1897. La technologie repose cette fois sur 2 moteurs placés sur le pédalier.

Au même moment, des inventeurs commencent la production des premières motocyclettes. Les motos qui vont plus vite se développent plus rapidement que les vélos électriques. En 1897, les frères Werner commercialisent une « motocyclette avec un moteur placé sur la roue avant.

Au cours du 20ème siècle, le vélo électrique va revenir régulièrement sur le devant de la scène avant de connaître le développement actuel. Les industriels EMI/Philips tente de commercialiser le « Simplex » entre 1932 et 1936. Le simplex est équipé avec une batterie 12V. Les vélos électriques tombent ensuite dans l’oubli et sont supplantés par les 2 roues thermiques (cyclomoteurs, motos, solex) plus performants. Suite aux chocs pétroliers,

Invention du vélo – Résumé des dates

Découvrez les dates importantes qui ont conduit à l’invention du vélo électrique.

Vélo électrique Spacelander de Benjamin Bowden, inventé en 1946 et produit aux États-Unis en 1960

• -3000 av JC : Invention de la roue en Mésopotamie
• 1817 : Présentation par le Baron allemand Karl Von Drais d’un engin à 2 roues relié par un tube en fer. Cette invention est à l’origine du mot « Draisienne ».
• 1818 : dépôt du brevet du « vélocipède » par le français Louis-Joseph Dineur au nom du Baron Drais.
• 1855 : introduction du vélo à pédales par Pierre Michaux.
• 1870 : apparition du « grand Bi »
• 1888, John Boyd Dunlop invente le premier pneumatique avec une bande de caoutchouc que l’on peut remplir d’air.
• 1895 : Invention du premier vélo électrique par Ogden Bolton Jr
• 1897 : Dépôt du 2ème brevet pour un vélo électrique à 2 moteurs par Hosea W. Libbey
• 1932 : Philipps commercialise le vélo Simplex.
• 1946 : Tullio Campagnolo invente le dérailleur.
• 1979 : fabrication du premier VTT en série par Ritchey – Mountainbikes
• 1993 : Yamaha lance un moteur électrique pour vélo. La transmission se fait par cardan.
• 2003 : Apparition des batteries lithium sur les vélos électriques.
• 2009 : Bosch se lance sur le marché des vélos et développe des systèmes de motorisations électriques.
• 2010 : Haibike présente son premier VTT électrique au salon Eurobike : le eQ Xduro.
• 2015 : invention du premier vélo à hydrogène « Alpha » par la société Pragma Industries

Premier VTT électrique moderne

Le constructeur Haibike présente le eQ XDURO lors du salon Eurobike de 2010. On peut considérer qu’il s’agit de l’un des premiers modèles de VTT électrique. Il est équipé d’un moteur Bosch 1ère Génération qui est monté à l’envers pour augmenter la garde au sol. Le couple est de 50 Nm. La capacité de la batterie n’est que de 288 Wh ! Ce modèle connait un succès important et les VTTAE eQ XDURO sont rapidement écoulés. De nombreux constructeurs vont ensuite venir « copier » Haibike et développer leurs gammes de VTT à assistance électrique.

Chiffres des ventes de vélos électriques

Des ventes de vélos électriques multipliés par 25 en 10 ans !

Les ventes de vélos à assistance électrique sont passées d’un peu moins de 10 000 unités en 2007 à plus de 255 000 vélos électriques vendus en 2017 ! L’avenir s’annonce donc radieux pour ce mode de transport qui n’émet pas de CO2 et qui permet de se déplacer rapidement dans les centres urbains.

Compétences évaluées :