Innovation – La boîte de vitesses Shimano va-t-elle enterrer le dérailleur pour de bon ?!

Ceux qui lisent régulièrement Endurotribe le savent : le duel entre les nippons Shimano et les « germano »-américains SRAM est des plus haletants ces dernières années, en matière de  transmission. Il y a quelques temps, par une approche technico-marketing novatrice, les seconds annonçaient la fin de vie du dérailleur avant dans une mise en scène somme toute provocatrice. Message à Shimano : vous qui restez accrochés à votre dérailleur avant, êtes d’un ancien temps… 

Dans ce registre, il se pourrait bien que la réponse du berger à la bergère ne manque pas de piquant. Il y a peu, nos confrères anglophones de Bikeradar ont exhumé un brevet conçu en 2017, et déposé début 2019 par Shimano, portant sur un concept de transmission intégrée… Donc de boîte de vitesses Shimano ! Sur quoi porte ce brevet ? Que signifie-t-il pour l’avenir du dérailleur ? Est-on à l’aube d’un nouveau progrès technologique majeur ?! Endurotribe a décortiqué le document et ce que l’on peut y lire entre les lignes… 

 


Temps de lecture estimé : 9 minutes – Photos : Illustrations du brevet US20190011037A1


 

Au sommaire de cet article :

 

 

Premier objet du brevet… La lubrification !

Ceux d’entre nous qui s’aventureront à lire en détail le brevet dont il est question remarqueront une chose : nul part, il est question d’une boîte de vitesses. Les auteurs du document préfèrent utiliser les termes d’éléments glissants et transmission interne. À l’heure des moteurs de recherche, on peut y voir une habille volonté de camoufler les travaux en cours.

Mais une approche plus technique permet de mieux saisir la stratégie des Nippons. N’oublions pas qu’il s’agit d’un brevet, dont l’objectif est de verrouiller autant que faire ce peu, les possibilités offertes à la concurrence de copier le concept. Et en la matière, le premier tiers des propos du brevet portent bel et bien sur la lubrification. Alors, pourquoi ?! 

« Logique que Shimano commence par la lubrification… »

Tout bonnement parce qu’il s’agit d’une des clés de la miniaturisation. D’une manière générale, faire entrer une transmission dans une boîte est une chose. C’est ce que Honda avait fait fut un temps… Rendre cette boîte la plus petite possible pour augmenter ses chances d’être adoptée par l’Industrie en est une autre. Plus les pièces sont petites : plus les efforts, les pressions de contact et les contraintes au sein de la matière augmentent.

S’assurer que le concept soit durable et résistant est alors la première contrainte à laquelle tout concepteur fait face. Logique donc que Shimano commence par déposer un brevet sur ses travaux en matière de contact entre surfaces et lubrification. Ici : les acides qui composent le lubrifiant, la dureté et les traitements de surface qui permettent l’adhérence ce dernier. Et un propos sur le rodage des surfaces…

 

 

Second objet… La chaîne !

Ce n’est qu’après ce préambule que le brevet décrit plus en détail le concept de transmission intégrée, ou boîte de vitesses Shimano. Et le second objet de ce brevet passerait presque inaperçu tant il semble évident : ces travaux portent sur l’usage de chaînes de vélo, telles qu’on les connait, ou presque. Après tout, des boîtes de vitesses, il en existe déjà sur le marché. Pinion, Effigear, Rolhoff, Nexus… Sans entrer dans les nuances de chacune, toutes utilisent un concept proche : celui d’engrenages pour transmettre la puissance.

Sauf qu’en matière de transmission, notamment à faible vitesse et pour les couples qui nous concernent : il n’y a pas meilleur rendement et souplesse d’usage qu’une chaîne de vélo. C’est d’ailleurs un des arguments qui a si longtemps fait durer les transmissions à dérailleur(s) telles qu’on les connait jusqu’à présent. Shimano semble y tenir et a une certaine expérience en la matière, on retrouve donc logiquement un système à chaîne(s) à l’intérieur de la boite en question…

 

 

Troisième objet… L’étagement !

Reste que mettre un dérailleur dans une boite, Honda l’a déjà fait, sans succès à grande échelle. Dans ce cas, on se heurte à un des principes de base de la transmission par chaîne. Lorsque l’on passe d’un pignon à l’autre, il faut rattraper la longueur de chaîne différente induite par les différences de diamètres des pignons. C’est pour ça que nos dérailleurs actuels ont des chapes proéminentes et qu’elles se déplient de manières plus ou moins habiles pour compenser d’une vitesse à l’autre, au risque de s’exposer davantage… Mettre tout ça dans une boite sans plus d’efforts de conception serait forcément encombrant !

C’est là que le brevet de boîte de vitesses Shimano est habile. Et pour saisir, il faut lire entre les lignes de son fonctionnement…

 

En matière de miniaturisation, ce concept est doublement habile. En premier lieu, parce qu’il n’utilise que 7 pignons pour proposer 13 rapports… Intéressant certes, mais les plus perspicaces d’entre nous dirons qu’on aurait pu faire 14 rapports en économisant le poids d’une cassette, et en utilisant deux pignons d’entrée (comme 2 plateaux) par exemple…

Mais c’est en lisant entre les lignes du tableau que l’ingéniosité du concept se trouve : en procédant de la sorte, la chaîne qui relie les deux cassettes se trouve toujours sur un ensemble de pignon qui compte à minima 58 dents, et à maxima 62 dents. Seulement 4 maillons de chaîne à rattraper en tout et pour tout, là où une transmission Eagle doit en compenser 42 pour passer d’un extrême à l’autre ! 4 maillons à compenser : c’est plus facile, et plus compact, à caser dans une petite boite…

 

 

Tout ça, c’est bien beau…

Ingénieux, bien pensé, solutionnant certaines des problématiques techniques auxquelles le concept de boîte de vitesses pouvait se heurter ces dernières années… Tout ça c’est bien beau, mais est-ce que ça sonne pour autant le glas du dérailleur arrière ?! En l’état, il est encore un peu tôt pour s’avancer, mais différents éléments permettent de s’en faire une meilleure idée.

Tout d’abord, l’état d’avancement du projet, et les intentions de la marque, que l’on ne connait pas au moment d’écrire ces lignes. Ceux qui ont l’habitude de voir passer des brevets peuvent déceler certaines indications dans ce document : on est loin de simples schémas conceptuels et abstraits. Il y a eu modélisation, et on se doute que les éléments volontairement cachés (guide chaîne et éléments de commande) aient été définis plus précisément.

« Les Nippons ont-ils déjà tout prévu ?! »

Ensuite, le travail de design et d’intégration du carter dans le cadre qui sert de support d’illustration. Nul doute qu’il s’agisse d’un cadre aux lignes, à la géométrie et à la cinématique moderne. Un travail qui démontre une volonté de prouver la viabilité du projet à l’industrie et aux possibles partenaires intéressé par le concept.

Alors, va-t-on bientôt voir des boîtes de vitesses Shimano greffées sur les vélos actuels ?! Le texte du brevet dit que le carter peut être fixé au cadre via une interface – comme les moteurs de VTTAE dernièrement – ou faire directement partie du cadre. Les Nippons ont-ils déjà tout prévu ?!

 

 

La suite ?!

Peut-être, mais il y a forcément du travail côté cadre désormais. On le démontre à longueur d’essai, et ceux d’entre nous qui s’attellent à le saisir sur le terrain en sont comme nous convaincus : pour l’heure, le caractère d’un vélo tient – pas seulement, mais en bonne partie – à sa cinématique de suspension… Et notamment de toute l’interaction qu’il peut y avoir avec la transmission (!) en matière de Kick-back et d’Anti-squat.

Autrement dit, même si les visuels du concept de boîte de vitesses Shimano démontrent qu’une réflexion a été menée à ce sujet, greffer une telle boîte de vitesses nécessite à minima que chaque marque maîtrise ce qui fait son identité, et travaille à conserver/peaufiner/faire évoluer ces paramètres pour qu’ils se marient avec une boîte de vitesses dont le pignon de sortie n’est plus au même endroit que les plateaux actuels.

Pour aller en accord avec cette approche, deux derniers visuels de ce concept de boîte de vitesses Shimano tendent à démontrer que la problématique ait fait partie du cahier des charges du projet…

 

 

Qu’en penser ?!

Visiblement encore à l’état de projet en développement, d’autres questions demanderont encore à trouver réponses pour que la logique de marché fasse son oeuvre. La boîte est prévue pour baigner dans l’huile. Il est possible qu’à l’image d’une transmission HXR, elle tourne en permanence tant que la roue arrière est en rotation, même sans coup de pédale de la part du pilote. Quid de son poids, du rendement et de l’inertie de cet ensemble ?! Quid également du prix, de l’entretien et de la facilité générale de manipulation vis-à-vis des transmissions actuelles ?!

Jusqu’ici, les boîtes de vitesses ont toujours eu pour elles quelques bons arguments, mais ils n’ont jamais été suffisants pour briser l’hégémonie de l’ancestral dérailleur arrière. Le recentrage des masses autour du centre de gravité du vélo, plutôt que d’avoir une cassette (!) et un dérailleur qui « plombent » l’arrière du vélo. La protection et l’intégration visuelle des éléments de transmission plutôt que de casser des chapes, des pattes, des chaînes et passer son temps à tout re-régler… Le travail toujours en ligne des chanes, plutôt que certains croisement parfois malheureux pour la durée de vie…

Ingénieux, ambitieux, le concept de boîte de vitesses Shimano reste pour l’heure un concept. Et même si d’un point de vue technique, l’acte est beau, il lui faut désormais passer l’épreuve de la mise sur le marché, et des stratégies marketing qui doivent l’installer durablement. Une autre affaire…  Cependant, si ce concept venait à se généraliser, il constituerait une nouvelle grosse évolution technologique. Une de celles à classer parmi l’apparition de l’indexation, des freins à disques, des suspensions ou du carbone… Bref, le dérailleur arrière, et la transmission externe que l’on connait, tels papy et mamie, n’ont pas fini de faire de la résistance… Mais pour combien de temps ?! On en parle en commentaires…

Rédac'Chef Adjoint
  1. …quand on commence à parler boîte de vitesse sur un site de VTT…
    Ca va pas finir par gêner ces pédales là qui risquent de taper une pierre ? 🙂

  2. Si shimano se lance, le derailleur va mourrir…
    Malheureusement nos préférences vont devenir plus compliquées à mettre en oeuvre: frein transmission Cadre, upgrades, etc de marque différentes

  3. Tout ça c’est bien beau, mais il faudra comparer les poids et rendement au transmission 1x12s. Nombreux sont ceux qui ont cru enterré le vieux concept du dérailleur, pour l’instant les alternatives pignon, rolhoff etc. sont peu convaincante.

    1. Il est encore un peu tôt pour se pronnoncer sur ce point, mais j’ai pour ma part de bons espoirs. Lors de mes études, j’avais travaillé sur un concept proches, et la première ligne du cahier des charges était que le poids de l’ensemble de la transmission intégrée ne dépasse pas celui d’une transmission externe classique. En intégrant tous les éléments que ça concerne (shifters, gaines, cables, dérailleur, cassette, roue libre, moyeu, boite et boitier de pédalier, portions de tubes, chaine, patte de dérailleur, etc…) la contrainte ne s’avérait pas être la plus importante, et des solutions étaient possibles. C’est bien du côté de l’intégration et de l’encombrement que c’est plus délicat 😉

  4. Pour avoir testé les VTT Cavalerie, français, leur boîte de vitesse est bleufante !!! Shimano n’invente rien sur ce coup.
    Si j’avais les moyens, j’en aurai déjà un.

    1. Attention à ne pas aller trop vite en besogne > comme c’est précisé dans l’article et le relève Rod dans son commentaire, la boite Cavalerie utilise des engrenages, ici, le concept reste basé sur des chaines…

  5. les deux cassettes tête-bêche font penser à une version à chaîne de la boite effigear.
    l’astuce des 13 rapports avec des cassettes à 7 pignons est bien trouvée.
    La construction devrait être moins onéreuse, vue la taille des cassettes ça sera ni un poids plume, ni une enclume
    Reste que les variations entre chaque rapport est loin d’être constant (10,87 ; 11,76 ; 19,3 ; 11,76 ; 15,79 ; 13,64 ; 14 ; 15,79 ; 12,12 ; 18,92 ; 10,8 ; 10,77)
    et à voir la sélection des vitesses à caser entre les deux cassettes et son fonctionnement.

    Dans ma boule de cristal je voyais plutôt l’arrivée d’une boite shimano avec un moteur , au moins dans un premier temps …

    1. Ahah, en voyant passer, de loin, le premier schéma d’intégration, j’ai également cru à un couplage avec un moteur…
      En ce qui concerne l’étagement, le texte du brevet ne précise pas explicitement que les rapports soient fixés sur ces valeurs. J’ai plutôt le sentiment d’un exemple donné pour saisir le principe, plutôt que pour graver les chiffres dans le marbre. D’ailleurs, à moins que le guide chaine impose quelque chose de spéciale en la matière, il me semble que l’étagement des cassettes devrait pouvoir être peaufiné en cours de développement. On y sera attentif si le projet abouti 😉

  6. J’imagine qu’à terme oui, la transmission que nous connaissons va évoluer puis disparaitre. Comme tous les éléments depuis des 10aines d’années.
    Il me tarde de ce voir ce que ça va donner

  7. J’avais apprécié l’article sur le Kick back et Anti-quat à l’époque, voici que j’ai également apprécié celui ci !
    Il n’y a plus qu’à attendre de voir les cinématiques qui découle de cette intégration de boite de vitesse (existe les VPP ?)
    Il n’y a pas de documents cités dans ce brevet, à fortiori ils seraient les pionniers sur le changement de vitesse par chaine et non par fourchette ou navette.
    De plus le système de double embrayage a l’air bien chiadé (fig 25-26 du brevet) !

    Wait and see !

    1. Merci, ça fait plaisir à lire ! C’est le genre d’article particulièrement sympa à écrire 😉 Pas sûr que ça pousse les VPP vers la sortie. pourquoi selon vous ?

  8. Merci d’avoir expliqué le fonctionnement clairement mais aussi précisément que possible.
    J’avoue qu’à la lecture des articles en « english », je n’avais pas saisi le mouvement de la cassette qui permet d’obtenir tous les rapports.

    Il faut dire que quand on connait la force de frappe de shimano, il y a moyen qu’ils mettent un bon coup de pieds dans la fourmilière. et ça leur laisse en plus de la marge pour utiliser des cassettes plus étendues pour renforcer l’argument commercial par la suite.

  9. « Jusqu’ici, les boîtes de vitesses ont toujours eu pour elles quelques bons arguments, mais ils n’ont jamais été suffisants pour briser l’hégémonie de l’ancestral dérailleur arrière. »
    Je dirais plutôt que les deux marques se partageant le monopole de la transmission n’ont jamais eu un réel intérêt à ce que l’hégémonie du dérailleur soit brisée. Le dérailleur est une pièce exposée qui casse régulièrement et dont la durée de vie est limitée, un vtt enduro verra toujours plusieurs dérailleurs. Ce ne serait apparemment plus le cas avec une boite à vitesses (ou dérailleur protégé, je sais pas comment on peut appeler ce truc), c’est pour moi le réel avantage. Par contre je ne vois pas ou est l’intérêt de shimano dans cette histoire.

    1. C’est bien l’une des idées derrière cette phrase > les boites de vitesses ont eu beau avoir des arguments, ils n’ont pas suffit à briser le monopole…

    2. L’intérêt de Shimano serait d’inverser les rôles avec Sram, genre prendre la première place en matière d’innovation avec le 13*1 et rendre le 1*12 … archaïque

    1. Ça peut tendre vers ça effectivement, du moins ça peut le favoriser… Mais ça dépendra des cinématiques de suspension et des solutions retenues pour transmettre à la roue arrière. Si ça reste une chaine pour relier la boite au moyeu, que la cinématique nécessite un tendeur de chaine, et qu’un tube reste proche d’un des brins de la chaine, ça peut encore faire du bruit…

  10. La gboxx2 de chez Nicolaï était basé sur un principe très proche des pignons et des chaînes entre les deux et un système de sélection magnétique avec deux câbles, c’est aussi ce qui est problématique sur les boîtes de vitesses, les pratiquants sont pas prêt à lâcher leur trigger et c’est compliqué de faire ça avec une boîte de vitesse, pour preuve il n’y a que effigear qui fait ça mais par un artifice qui cache un ressort qui tire l’autre côté du câble et permet de supprimer la poignée tournante. Pour en revenir à la gboxx2 j’en ai eu une des 2 seules vendu en France et je l’ai entièrement démonté, c’était vraiment très astucieux

    1. Intéressante effectivement, mais la gboxx2 a une chaine par étage de transmission. Ça pèse forcément là où le brevet Shimano est assez habile pour n’utiliser qu’une seule chaine.

  11. Super article bravo.
    Personnellement je n’ai pas pointé le détail du fonctionnement interne mais plutot les contraintes que ca va impliquer au fil de la lecture… et je suis pas sure que cela devienne un standard.
    Qui d’entre nous sont prês à ne plus pouvoir faire leur propre mécanique? (Tu paye)
    Que se passe t il si la boite se bloque? (Tu pousse en pleine pampa?)
    Qui n’a jamais tapé fort le boîtier sur un rocher, la tu pete le carter?
    Quelle va etre la transmission secondaire du coup? Une chaîne ou une courroie plus sensible aux débris?
    Qu’en est il du tendeur de chaîne ou courroie, va on avoir un réglage comme sur les motos à la roue arrière? (En moto ç est pas problématique mais en vélo un mauvais alignement de la roue créerait des pertes de rendement enormes)

    Perso je suis mi figue mi raisin sur la viabilité du systeme. Car au final les juges qui décideront de la viabilité ç est nous les acheteurs. Je me demande quelle marque de bike va prendre le risque de baser un segment des ses ventes annuelles uniquement sur le développement d’un groupe de transmission d’un autre fabriquant? À part un partenariat direct pourrait faire émerger le projet, mais à mon sens ca ne sera pas suffisant pour opérer la transition de tout le marché.

    Wait and see!

    1. Pour l’heure, il n’est dit nul part que la boite ne serait pas démontable sans faire appel à une assistance et/ou des outils spécifiques. On peut forcément le craindre puisque c’est la grande tendance qui accompagne les évolutions technologiques du moment, mais pour l’instant, rien de technologique ne l’impose.
      Si la boite se bloque, c’est comme si tu coince ta chaine entre le dernier pignon et la cassette, que tu arrache ton dérailleur, que tu casse ta patte ou que tu tords ton plateau > système D ! Ici, retirer la chaine/courroie extérieure + poussette. On apprendra à trouver des alternatives ou solutions pour renter.
      Pour l’heure, rien n’est dit sur la forme du carter. On sait seulement qu’il peut avoir la même ligne que les tubes obliques actuels qui sont déjà protégés sur la plupart des vélos. Pourquoi la boite n’aurait-elle pas droit au même traitement, à savoir des pads de protection contre les chocs ? Des progrès ont été fait en la matière ces dernières années, ça peut encore évoluer dans ce sens à l’avenir.
      Rien n’est figé sur la transmission secondaire. On peut effectivement imaginer une courroie, même si chez Shimano, la chaine à une place particulière. Pour tendre la chaine, la différence avec la moto se fera en fonction des cinématiques de suspensions. Certaines marques aiment utiliser un anti-squat/kick-bakc relativement important qui nécessitent de compenser une belle longueur d’allongement de chaine. Il n’y aurait alors pas d’intérêt à utiliser un réglage comme sur les motos, mais peut-être, plutôt, un tendeur ? Ça reste à préciser, notamment parce que ce serait dommage de supprimer un dérailleur pour le remplacer par un tendeur…
      Pour le développement, laissons le temps au temps. Ça évitera d’abords d’avoir des vélos obsolètes trop vite… Et ensuite, ça laisserait le temps de passer par les différents stades du développement d’un concept : prototype, concept bike, premiers modèles de série haut de gamme, déclinaison plus accessible, simplification de gamme… Wait and see, comme tu dis 😉

  12. Ca fait plaisir de voir que Shimano se penche sur ce sujet à mon sens plus pertinent qu’une transmission électrique.

    Depuis les Honda j’attends patiemment de voir un développement de cette technologie principalement pour des questions de recentrage des masses et de fiabilité.

    Hate de voir quelle direction va prendre le projet !!

    1. Concept très similaire, mais c’est pas plus compact > il n’y a qu’à voir l’écart entre les deux cassettes qui est plus important que sur le concept Shimano…

        1. Merci Rod pour avoir retrouver ce vieux (10 ans!!!) prototype italien. Personnellement j’aime les nouvelles mécanique et j’ai bien aimé les petites amélioration que Shimano apporte a ce système.
          Enterrer le dérailleur actuel? je ne pense pas. Je trouve la boite de vitesse très intéressante mais pas pour des vélos tout suspendus qui est un contrainte très lourd dans la création de nouvelle géométrie. La meilleur application des boite de vitesse est sur des vélo couchés ou sur les Quad VTT de QBX…
          Je pense que la vrai innovation viendra quand on mettra le System Rohloff dans un boitier de pédalier….. Amis ingenieurs et dessinateurs faites nous rêver!!!

        2. Comme tu le dis, cette boite n’existe qu’à travers ce qui n’est qu’un brevet visant à définir un concept. Et comme précisé par ailleurs, rien n’y indique que les étagements choisis soient gravés dans le marbre. Si l’italienne utilise des cassettes plus compactes, rien n’empêcherait la Shimano d’en faire de même. Le montage est effectivement intéressant pour se faire une idée des proportions, mais il n’est que 2D alors que les visuels en perspectives démontrent certains efforts. Et même si le vélo complet présenté est un peu archaïque (fourche rigide sur triangle avant digne d’un vieux Giant…) la zone du boitier, elle, démontre qu’avec un travail d’intégration/design, il y a quelque chose à explorer 😉

  13. Salut, et merci pour cet article bien écrit et compréhensif.
    Cela nous laisse augurer de belles mécaniques, contraire à ce que veux nous faire avaler Sram et autres avec ces transmissions que je ne peux me résoudre à poser sur mes vélos !!!.
    A voir de telles lignes de chaines, je me demande comment le monde du vtt n’a pas réagit pour dire que l’on nous prend pour des idiots !!.
    Heureusement, j’ai un stock de dérailleurs avant et manivelles doubles et triples plateaux, n’en déplaisent au markéting, je roule sur tous les chemins du monde, et heureux de garder ma chaine de nombreux kilomètres, de pouvoir choisir mes rapports, en attendant que l’orage passe…..ou pas….
    Beaux chemins à vous tous.

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