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Transmission

Démultiplication : rapports de boîte, pignon et couronne

C'est l'un des rares sujets où il n'y a rien à deviner : toutes les grandeurs sont connues ou mesurables. Ce qui se décide, c'est à quel endroit du tracé on choisit d'avoir raison — et l'erreur se commet presque toujours dans le même sens.

La démultiplication est l'un des rares sujets de la machine où il n'y a rien à deviner. Toutes les grandeurs sont connues ou mesurables : le régime, les rapports de la boîte, le nombre de dents des deux pignons, le diamètre de la roue. Le reste n'est que de l'arithmétique.

Ce qui se décide, en revanche, c'est à quel endroit du tracé on choisit d'avoir raison. Et c'est là que la plupart des erreurs se commettent — presque toujours dans la même direction.

01La chaîne, maillon par maillon

Entre le vilebrequin et le sol, le régime est divisé trois fois. Chaque division est un rapport, et le produit des trois donne la démultiplication totale.

La chaîne de démultiplication : le régime moteur est divisé par la réduction primaire, puis par le rapport de boîte engagé, puis par le rapport final donné par les deux pignons de la transmission, avant d'arriver à la roue qui transforme le régime en vitesse par sa circonférence. Moteurrégime÷Réduction primairefixe÷Boîterapport engagé÷Pignonet couronnerapport final÷Rouecirconférencetrois divisions successives, puis une circonférence
Sur un moteur de moto, la réduction primaire est imposée par la construction et ne se touche pas. Les rapports de boîte se changent rarement. Reste le couple pignon-couronne, qui est le seul réglage courant — et il agit sur tout en bloc.
vitesse = (régime ÷ (P × G × F)) × circonférence P : réduction primaire, propre au moteur. G : rapport de boîte engagé. F : rapport final, égal au nombre de dents de la couronne divisé par celui du pignon de sortie. La circonférence de roue vaut π fois le diamètre, mesuré pneu monté et gonflé, machine au sol.

Le diamètre à retenir est celui de la roue en charge, pas celui du pneu libre : un pneu s'écrase sous la machine, et la différence atteint facilement quelques pour cent. C'est peu, mais c'est de l'ordre de grandeur d'une dent de couronne.

02Calculer sa transmission

Vitesse, chute de régime et rapport total

Les rapports de boîte se lisent dans la documentation du moteur, sous forme de rapports de réduction. Le rapport suivant sert à calculer la chute de régime au passage : c'est elle qui dit si le moteur retombe ou non hors de sa plage utile.

Vitesse à ce régime —

Régime après le passage —

Effet d'une dent de couronne —

03L'étagement : ce que décident les écarts

Un moteur ne délivre sa puissance utile que sur une plage de régime. Hors de cette plage, en dessous comme au-dessus, il ne donne plus grand-chose. Tout l'art de l'étagement consiste à faire en sorte que le régime retombe à l'intérieur de la plage à chaque passage de rapport.

Le calcul est immédiat : au passage, le régime est multiplié par le rapport entre les deux démultiplications.

régime après passage = régime avant × (Gsuivant ÷ Gengagé) Seuls les deux rapports de boîte interviennent. Ni la couronne, ni le pignon, ni le diamètre de roue n'ont d'effet sur la chute de régime : ils sont communs aux deux rapports et se simplifient.
Chaque rapport couvre une plage de vitesse, représentée par un segment allant du bas de la plage de régime utile jusqu'à la coupure. Les segments doivent se chevaucher : si un rapport se termine avant que le suivant ne commence, le moteur retombe sous sa plage utile au passage. 020406080100120140160vitesse (km/h) →12345chaque barre : du bas de la plage utile jusqu'à la coupureles traits verts marquent le recouvrement entre deux rapports
Les plages doivent se recouvrir. Un trou entre deux barres signifie qu'au passage le moteur se retrouve sous sa plage utile et doit la remonter — du temps perdu à chaque changement, à chaque tour.

Sur une boîte de moto, l'étagement est imposé : on ne change pas des pignons de boîte comme on change une couronne. L'étagement se subit donc, et c'est précisément pour cette raison que le choix du couple pignon-couronne compte autant — c'est le seul moyen de placer un escalier dont on ne peut pas modifier les marches.

04La couronne déplace tout en bloc

Changer le nombre de dents de la couronne, ou du pignon de sortie, multiplie toutes les vitesses par le même facteur. L'escalier se déplace entièrement, sans changer de forme.

nouvelle vitesse = ancienne vitesse × (Fancien ÷ Fnouveau) F : rapport final, couronne divisée par pignon. Le facteur s'applique identiquement à tous les rapports, à la vitesse de pointe comme à la vitesse en première.

Une conséquence qu'il faut avoir en tête avant de commander des pignons : une dent au pignon de sortie vaut environ trois dents à la couronne. Le pignon ayant beaucoup moins de dents, une unité y représente une variation relative bien plus grande. Pour un ajustement fin, on agit sur la couronne ; pour un changement franc, sur le pignon.

Les mêmes cinq rapports avec deux rapports finaux différents. Les barres pleines correspondent à la transmission d'origine, les barres en trait seul à une transmission allongée. L'ensemble se décale vers les vitesses plus élevées sans que les proportions entre les rapports changent. 0306090120150180vitesse (km/h) →12345barres pleines : transmission d'originebarres en trait seul : transmission allongée, même boîte
Le même escalier, déplacé. Les largeurs relatives des barres et leurs recouvrements sont rigoureusement identiques : la couronne ne corrige pas un étagement, elle le positionne. Un trou entre deux rapports reste un trou, quelle que soit la couronne montée.

05L'erreur classique : régler pour la ligne droite

La tentation est toujours la même : allonger jusqu'à ce que le moteur atteigne tout juste la coupure au bout de la plus longue ligne droite. C'est satisfaisant à regarder, et c'est généralement un mauvais calcul.

Sur un tracé de terre, la ligne droite la plus longue représente une poignée de secondes par tour. Les sorties de virage, elles, se comptent par dizaines. Une transmission réglée pour la pointe laisse le moteur sous sa plage utile à chaque remise des gaz — et perd, à chaque sortie, plus que ce qu'elle gagne sur la seule ligne droite.

Le symptôme à reconnaître

Si la machine est molle à la remise des gaz et qu'il faut attendre que le moteur « revienne », la transmission est trop longue — et aucun réglage de châssis ne corrigera ça. Inversement, si le moteur tape la coupure bien avant le point de freinage et qu'on roule sur le limiteur une partie de la ligne droite, la transmission est trop courte et il reste du temps à prendre. Le bon compromis se situe presque toujours un cran plus court que l'intuition ne le suggère.

06Ce que la terre ajoute au calcul

Toute l'arithmétique qui précède suppose que la roue avance autant qu'elle tourne. Sur terre, c'est faux, et c'est faux de façon variable.

Ce dernier point renverse la logique du circuit. On n'y cherche pas à coller au régime de puissance maximale, mais à couvrir une section sans toucher à la boîte — quitte à être un peu bas en entrée et un peu haut en sortie.

07Vérifier sur le terrain

Deux observations suffisent à savoir si la transmission est dans la bonne zone, et aucune ne demande d'instrument :

En cas de conflit entre les deux, c'est la sortie du virage lent qui décide. Elle revient à chaque tour, et plusieurs fois.

08Ce qu'il faut retenir

Note sur les valeurs

Aucune combinaison pignon-couronne n'est recommandée ici. Elle dépend du moteur, de sa plage utile, de la boîte, du diamètre de roue, du tracé et de l'état du sol : une valeur générale n'aurait aucun sens. Les valeurs pré-remplies dans le calcul sont arbitraires et servent uniquement à montrer le fonctionnement de l'outil.

Le calcul suppose un roulement sans patinage et un diamètre de roue constant. Les deux hypothèses sont fausses sur terre, dans le sens décrit en section 06 : les vitesses obtenues sont des maxima théoriques, à lire comme des repères de comparaison entre deux configurations plutôt que comme des prévisions.