Comment sont fabriqués les vélos ? De la mine au marché

Comment prendre un morceau de minerai de fer ou un réservoir de produits pétrochimiques et le transformer en vélo ?

Avant de rejoindre Cyclingnews, j'ai suivi une formation de géologue minier. Pendant une bonne partie d'une décennie, j'ai travaillé pour des entreprises dont le but était de trouver de nouvelles ressources naturelles et de les extraire du sol. Une chose qui m'a vraiment frappé, c'est qu'en général, il y a un énorme décalage entre le consommateur et la production des biens qu'il consomme.

Qu'il s'agisse des minéraux rares de chaque smartphone ou du platine de chaque pot catalytique, on s'attendait à ce que les produits soient fabriqués « dans une usine ». Il semble qu'il en soit de même pour les vélos. Vous voyez des cyclistes fiers à juste titre de l'autocollant sur leur tube de selle qui déclare que le vélo était "Made in Britain" ou "Made in USA", mais qu'est-ce que cela signifie vraiment ? Où les vélos sont-ils "fabriqués" ?

Il y a un dicton dans l'industrie minière : « Si vous ne pouvez pas le cultiver ou l'attraper, vous devez le déterrer. C'est une phrase simple, mais non moins vraie pour elle. Chaque vélo, qu'il soit en carbone, en acier, en aluminium ou en titane, commence sa vie en tant que matière première dans la croûte terrestre. Avant que les meilleurs vélos de route ne se retrouvent dans l'atelier, ils ont subi de nombreux processus pour devenir quelque chose qu'une entreprise de vélos peut transformer en un produit fini.

Bien que cela touche inévitablement à la durabilité, ce n'est pas le but de l'article, principalement pour des raisons de concision. Au lieu de cela, j'espère donner un aperçu de la production à grande échelle.

Pour beaucoup d'entre nous, les vélos occupent une place assez importante dans le diagramme circulaire de nos vies. Ils dévorent notre revenu disponible et occupent nos rêveries. Ils sont importants pour nous, mais dans le grand schéma des choses, la proportion de matériaux que l'industrie du vélo utilise par rapport à la fabrication dans son ensemble est extrêmement faible.

Le pourcentage de minerai de fer qui se retrouve sous forme de tubes à triple renfort à haute résistance est essentiellement nul lorsqu'il est mesuré par rapport à l'industrie de la construction. Le volume de pétrole qui entre dans la production de carbone pré-imprégné pour les vélos est pratiquement nul par rapport à celui utilisé pour le carburant ou les plastiques. L'aluminium est utilisé pour tout, de la construction aéronautique aux cafetières de cuisinière, et encore une fois, la production de vélos représente une petite proportion de l'ensemble. L'utilisation du titane est beaucoup plus faible que celle de l'acier, mais les vélos en titane sont également produits en quantités beaucoup plus petites que leurs autres frères et sœurs métalliques.

Bien que ce que vous lisez ci-dessous puisse vous aider à faire des achats éclairés, rappelez-vous que la production de bicyclettes en tant qu'industrie a un impact beaucoup plus faible que beaucoup d'autres, et produit des options de transport écologiques et une offre de mobilité pour des millions de personnes. C'est cependant un endroit où vous pouvez facilement voter avec votre portefeuille, et chaque petit geste compte si votre objectif est un avenir plus durable.

Nous commencerons par la fabrication des meilleurs vélos de route en acier, car c'est une bonne introduction pour l'industrie dans son ensemble. L'acier représente 95% de l'utilisation annuelle de métal dans le monde, et étant donné que le pourcentage de carbone dans l'acier est de quelques pour cent au plus, nous pouvons utiliser le fer et l'acier comme synonymes en termes mondiaux. Les chiffres impliqués peuvent facilement vous faire perdre votre sens de l'échelle ; en 2015, plus de deux milliards de tonnes de minerai de fer ont été extraites de la terre. Pour mettre cela en contexte, c'est le même poids que deux millions de porte-avions creusés hors du sol année après année.

Le plus grand producteur de minerai de fer est l'Australie, suivie du Brésil et de la Chine. L'acier de votre cadre en acier inoxydable personnalisé ou du vieux VTT de votre mère a commencé sa vie sous forme de roche rouillée, plus que probablement dans l'arrière-pays australien. Il a été extrait du sol dans certaines des plus grandes mines du monde et placé dans un train de 1,5 mile de long pour un voyage à travers le désert jusqu'à une fonderie sur la côte.

L'exploitation minière, comme vous pouvez l'imaginer, est relativement énergivore. L'industrie minière consomme environ 10 % de l'énergie mondiale, et compte tenu de la consommation d'énergie dans le secteur, cela signifie que 4 % de toute l'énergie produite dans le monde sert à concasser des roches, et une fois que vous l'avez extraite du sol, vous devez la transformer d'un minerai en un métal. Ce processus, connu sous le nom de fusion dans le cas de la plupart des métaux, y compris l'acier, prend le minerai ou le concentré métallique (une poudre dont la teneur en métal est relativement élevée, plus que la roche dont elle provient) et le chauffe jusqu'au point où les liaisons chimiques se rompent, séparant le fer des déchets, appelés scories. Le processus est resté fondamentalement inchangé depuis l'âge du fer, mais a été considérablement intensifié. L'ajout de carbone à ce stade produit de l'acier, et d'autres métaux tels que le molybdène sont ajoutés pour créer des alliages spécifiques. Pour fondre suffisamment d'acier pour un seul cadre de vélo de 1,5 kg, il faut la même quantité d'énergie qu'un ménage britannique standard utilise en une journée.

De nos jours, les consommateurs aiment pouvoir retracer leurs consommables jusqu'à la source, mais dans le cas de l'acier et d'autres métaux, ce n'est pas vraiment possible. Les fonderies absorbent le minerai des mines à la fois au pays et à l'étranger en fonction de leur emplacement et de la production mondiale, et une fois qu'il est parti ensemble dans le creuset, il n'y a aucun moyen de savoir ce qui vient d'où ; C'est comme faire un gâteau à partir de quatre œufs internationaux et essayer de déterminer de quel pays vient l'œuf dans votre tranche.

Nous avons de l'acier maintenant, n'est-ce pas ? Alors fabriquons des vélos ! Hélas, pas tout à fait. Les matières premières ont déjà potentiellement parcouru des centaines ou des milliers de kilomètres jusqu'à la fonderie pour être transformées en acier, mais les fonderies, si elles produisent des produits, ont tendance à ne fabriquer que les gros trucs - pensez aux poutres et aux voies ferrées. Sinon, ils vendent leur acier brut à des producteurs secondaires, ce qui impliquera probablement un transport supplémentaire vers une usine où, aux fins de la fabrication de bicyclettes, des tubes en acier sans soudure sont produits.

Ces tubes sans soudure en alliage spécifique à haute résistance sont ensuite expédiés à un fabricant de tubes, tel que Reynolds à Birmingham, au Royaume-Uni, où nous pouvons commencer à voir des choses devenir en forme de vélo. J'ai eu la chance de discuter avec Reynolds pour passer en revue certains points clés.

J'imagine que pour certains d'entre vous, les informations ci-dessus ont peut-être été révélatrices des ressources mondiales nécessaires pour fabriquer du métal, mais parler à Reynolds m'a donné des raisons d'être optimiste. Le principal point à retenir de notre conversation était que, étant donné que l'âge du fer a commencé en 1200 avant JC, la connaissance du réalliage des vieux métaux est extrêmement bien établie. Ainsi, tous les tubes en acier Reynolds au niveau 853 et au-dessus (ceux avec des tubes bruts importés d'Allemagne) sont composés à 100 % de matériaux recyclés. Ceux en dessous de 853 sont produits à Taïwan et en Chine, comme c'est probablement le cas pour une grande partie de l'industrie dans son ensemble, et sont majoritairement recyclés. Les chiffres exacts sont difficiles à quantifier, principalement en raison de la réticence de la Chine à partager ses données.

Ce n'est pas pour nier le dernier nombre de paragraphes; l'acier vierge doit être produit à partir de matières premières à un moment donné, mais le fait qu'il puisse être recyclé presque à l'infini, et qu'il le soit, sont deux avantages importants lorsque l'on considère l'acier comme un matériau pour la construction de vélos.

Les tubes de calibre droit arrivent chez Reynolds et sont aboutés aux profils choisis avant d'être finalement envoyés à un fabricant de cadres qui les ongletra et les soudera ou les brasera en un produit fini. Si vous actualisez le coût énergétique de la production de l'acier brut, compte tenu de son statut recyclé (un à débattre), la majorité du coût énergétique provient du transport.

Pour l'acier le plus économe en énergie, vous vous tourneriez vers un jeu de tubes 853 - des matières premières provenant d'Allemagne - intégré dans un vélo par un fabricant britannique et vendu dans une salle d'exposition britannique. À l'autre extrémité du spectre, vous pouvez facilement imaginer un scénario dans lequel des matières premières d'Extrême-Orient étaient transformées en tubes à Birmingham, expédiées à Taïwan pour être transformées en cadre, avant d'être renvoyées dans une salle d'exposition européenne.

Comment cela se compare-t-il à ce qui est nécessaire pour produire les meilleurs vélos de route en aluminium ?

L'aluminium occupe un terrain d'entente sur le plan industriel entre la simplicité mais l'échelle gargantuesque de l'acier et l'extrême complexité de la production de titane. C'est l'élément métallique le plus commun trouvé dans la croûte de notre planète, mais cela ne signifie pas que vous pouvez simplement prendre une pelle et commencer à creuser ; pour produire de l'aluminium pur, il faut des gisements appelés bauxites. Ce sont, en termes simples, des roches et des sols riches en oxyde d'aluminium. Ils se forment dans les environnements tropicaux et subtropicaux, où la chaleur et l'humidité supplémentaires éliminent chimiquement les déchets minéraux les plus faibles et concentrent efficacement l'aluminium dans l'environnement naturellement.

Un avantage supplémentaire de ce processus est que les gisements se trouvent à la surface ou très près de la surface, ce qui rend leur extraction une tâche (relativement) facile. La Chine, suivie de près par l'Australie, est en tête de la production mondiale de bauxite.

Une fois que la bauxite est sortie du sol, elle doit être convertie en alumine avant de pouvoir être finalement raffinée en lingots utilisables. Cela se fait selon le procédé Bayer, en dissolvant la bauxite dans de la soude caustique à haute température puis en la laissant refroidir. L'alumine (oxyde d'aluminium) veut rester en solution plus que les déchets, et donc tous les déchets se déposent au fond sous forme de boue rouge, permettant à l'alumine d'être séparée, puis chauffée pour éliminer toute eau restante dans la structure chimique.

Désormais, l'alumine peut être transformée en aluminium pur par le processus d'électrolyse, plutôt que par fusion. L'alumine est dissoute dans de la cryolithe fondue (mélange solvant d'acide fluorhydrique, d'hydroxyde d'aluminium et de bicarbonate de soude) dans d'énormes cuves revêtues de graphite. Des tiges de graphite sont suspendues dans ces réservoirs et un courant constant 1 000 fois supérieur à celui nécessaire pour démarrer une voiture est passé à travers le liquide. A la base chargée négativement du réservoir, les atomes d'aluminium dissous dans la cryolite reçoivent des électrons pour produire de l'aluminium liquide pur, qui peut être aspiré par intermittence à l'aide d'un aspirateur géant. Inversement au niveau des barreaux positifs, les ions oxygène perdent des électrons et réagissent avec le graphite pour produire du dioxyde de carbone.

Si vous êtes assis là à penser "Je parie que pomper 400 000 ampères dans un réservoir de liquide à 1 000 degrés consomme beaucoup d'énergie !" vous auriez raison; produire de l'aluminium à partir d'un mélange typique de 80 % de matériaux vierges et de 20 % de matériaux recyclés nécessite 22 fois plus d'énergie que l'acier recyclé. Pour cette raison, les usines d'électrolyse sont généralement situées juste à côté d'une centrale électrique. Dans les pays à énergie renouvelable, cela pourrait être à côté d'une centrale hydroélectrique. Dans le cas de la Chine, 93 % de la production d'aluminium tire son énergie de centrales électriques au charbon.

L'aluminium est facilement recyclable et a une industrie bien établie autour du processus. Produire de l'aluminium purement recyclé est, à toutes fins utiles, la même consommation d'énergie que celle de l'acier recyclé. À moins d'être rendu public, il est probable que l'aluminium d'un tube de vélo donné provienne d'un mélange de matériaux vierges et recyclés.

De la même manière que l'acier et le titane, l'aluminium brut est transformé en tubes à partir de matières premières et soumis aux mêmes niveaux de transport mondial, avant d'être expédié aux fabricants de vélos. L'aluminium est généralement façonné par un processus d'hydroformage, où de l'eau à ultra haute pression est forcée à l'intérieur du tube alors qu'il est logé dans un moule, ce qui permet de s'écarter des sections transversales rondes traditionnelles d'acier et de titane.

Malgré ce que de nombreux cyclistes considéreraient comme le plus exotique des matériaux de vélo traditionnels, le titane est le quatrième élément métallique structurel le plus abondant dans la croûte terrestre (derrière le fer, le magnésium et l'aluminium). Pourquoi, alors, le tube en titane est-il tellement plus cher que son équivalent en acier ou en aluminium ?

Alors que pour l'acier, vous fondez essentiellement une roche rouillée et jetez du charbon, et pour l'aluminium, vous jetez de l'oxyde d'aluminium dans un bain électrifié, obtenir un morceau de titane utilisable est beaucoup plus compliqué.

L'extraction de la matière première consiste à séparer les grains de sable, heureusement dans un processus automatisé. Le minerai principal, un oxyde de fer et de titane, existe dans les dépôts fluviaux anciens et actuels - essentiellement asséchés d'anciens lits de rivières. Ces anciens sables de rivière sont, de manière fantaisiste, déversés sur un toboggan géant et, comme les grains riches en titane sont plus lourds que les grains de quartz, ils finissent par se séparer en un seul flux qui peut être siphonné pour un traitement ultérieur approfondi.

Le fer dans l'oxyde de fer-titane est, chimiquement parlant, gênant et est d'abord éliminé soit en chauffant à 1 600 degrés Celsius avec une pincée de charbon de haute qualité, soit dissous en faisant bouillir de l'acide chlorhydrique chaud pour laisser de l'oxyde de titane. 95% de ce TiO2 est utilisé comme pigment blanc, mais les 5% destinés à devenir un morceau d'argent brillant doivent subir quelques étapes supplémentaires.

Les cinq pour cent restants subissent ce que l'on appelle industriellement le processus Kroll. Le minerai de titane est chauffé dans un four en présence de chlore gazeux pour produire du tétrachlorure de titane gazeux, qui est ensuite refroidi et condensé en un liquide, connu familièrement sous le nom de Tickle en raison de la formule chimique, TiCl4.

Étant donné que vous ne pouvez pas fabriquer un vélo avec du liquide, ce Tickle est ensuite chauffé pendant quatre jours en présence de magnésium, ce qui amène le chlore à changer d'allégeance et à se lier au magnésium plus réactif, laissant du titane solide. Le réservoir de produits chimiques incandescent a alors tout l'air aspiré pour créer un vide, aspirant le chlorure de magnésium et créant une éponge de titane pleine de trous.

Cette éponge est ensuite broyée en une poudre grossière avant d'être compactée en un bloc quasi solide par une presse hydraulique géante. Il peut enfin être fondu en un lingot et transformé en objets, principalement par l'industrie aérospatiale.

Comme vous pouvez l'imaginer, ce processus est relativement énergivore. Pour obtenir du titane métal à partir d'un minerai concentré, il faut 60 fois plus d'énergie que pour produire le même poids d'acier à partir d'acier recyclé. Bien que cela ne soit pas nécessairement comparable, l'acier dispose d'un réseau de recyclage bien formé à l'échelle mondiale, ce qui manque au titane.

Comme pour l'acier, la majorité du métal produit ne se retrouve pas dans les vélos haut de gamme. La majorité va dans des choses comme les avions, avec un Airbus A380 nécessitant 77 tonnes de matériel. Bien que l'acier soit facilement recyclé, compte tenu de l'augmentation des coûts de production, l'industrie gaspille beaucoup moins avec le titane. Un grand nombre de pièces aérospatiales sont fraisées à partir de lingots solides, et les copeaux (copeaux de métal) sont tous collectés et refondus en métal. S'adressant à nouveau à Reynolds, qui produit également des ensembles de tubes en titane, il s'avère que 100% de ses tubes en titane sont fabriqués à partir de déchets aérospatiaux.

Si vous êtes intéressé par la source de votre titane, il aura probablement commencé sa vie en Chine, qui produit plus du double du deuxième plus grand producteur national, l'Afrique du Sud. Naturellement, comme pour l'aluminium et l'acier, les matières premières auront également passé un temps considérable en transit à travers le monde.

Pour soulager légèrement les grands nombres impliqués dans la production de fer et d'acier, nous pouvons basculer vers le monde gargantuesque de l'extraction des hydrocarbures. La fibre de carbone, à la fois les fibres de carbone elles-mêmes et les résines dans lesquelles elles sont fixées, sont des produits de l'industrie pétrochimique et, à ce titre, dépendent de l'extraction du pétrole. Le pétrole n'est, après tout, que diverses chaînes de carbone dans une soupe épaisse.

L'extraction du pétrole est légèrement plus familière à la personne moyenne que les subtilités de l'industrie minière. Une plate-forme pétrolière, que ce soit sur terre ou sur mer, fore dans un réservoir souterrain de substance noire et la pompe. Bien sûr c'est plus compliqué que ça, mais sans prendre de tangentes inutiles c'est tout ce qu'il faut vraiment savoir du point de vue de l'extraction de matière.

L'industrie pétrolière est, dans une large mesure, responsable des matériaux dont nous dépendons au quotidien, du plastique de nos bouteilles d'eau à l'hélium de nos ballons d'anniversaire. Fabriquer un cadre en fibre de carbone est très lourd en chimie, et je vais donc essayer de généraliser autant que possible.

Les meilleurs vélos de route en carbone, cadres et composants en fibre de carbone, sont plus ou moins composés de deux parties : les fibres elles-mêmes et la résine dans laquelle elles sont serties. Les deux sont dérivés du pétrole. Les fibres de carbone commencent leur vie comme une cuve de produits chimiques (solvants, catalyse et éléments constitutifs d'une chaîne polymère - monomères). De la même manière que les fils de nylon sont produits, les fils de polymère sont filés à partir de ce liquide riche en monomères et étirés à l'épaisseur souhaitée, puis rincés de tout résidu.

À ce stade, ils sont ce que l'on peut considérer en termes généraux comme similaires au nylon. Solide, flexible, mais pas très utile pour fabriquer un vélo. Pour convertir les fils de polymère plastique en carbone, ils sont grillés à haute température, soit dans une atmosphère non réactive, soit sous vide, moment auquel les atomes de polymère « se carbonisent ». Vous avez maintenant un long fil de carbone, qui peut soit être tissé dans un tapis, soit posé parallèlement à d'autres fibres dans ce qu'on appelle la fibre de carbone unidirectionnelle.

Les résines dans lesquelles les fibres sont fixées sont également des dérivés de l'industrie pétrolière, mais les processus chimiques impliqués dans la production d'époxy sont un peu plus complexes et beaucoup moins passionnants. Sachez simplement que l'intégralité d'un cadre en carbone haut de gamme, des roues en carbone et de tout autre kit de finition a commencé sa vie profondément sous terre comme un ancien marais en décomposition.

Les feuilles de fibres de carbone tissées sont souvent imprégnées de résine thermodurcissable, dans ce que l'on appelle du carbone pré-imprégné. Ceux-ci sont placés dans un moule dans des orientations spécifiques afin de produire de la résistance ou de la flexibilité là où le fabricant le souhaite. Une fois qu'un vélo entier a été mis en place, le moule est cuit et à l'intérieur une vessie en caoutchouc est gonflée de manière à presser les fibres sur les bords. Une fois que la cuisson a durci les résines, un cadre complet ou un autre composant peut être retiré pour la finition.

L'industrie pétrolière, à juste titre parfois, a mauvaise réputation dans certains milieux. Cependant, le pourcentage d'huile qui entre réellement dans la fabrication des cadres de vélo est si faible que choisir d'éviter un cadre en carbone comme un salut à deux doigts à Big Oil est malheureusement un geste légèrement futile. Assez de pétrole est produit dans le monde pour remplir quatre piscines olympiques chaque minute, 24 heures sur 24, 365 jours par an. En supposant que cinq kilogrammes de fibre de carbone dans un vélo de course complet, l'industrie pétrolière pourrait produire 33 vélos complets chaque seconde.

Vous entendez des gens qualifier familièrement les vélos en carbone de «plastique» comme une blague, mais c'est une blague qui est peut-être un peu trop proche de l'os si vous êtes fan de la réduction de vos déchets. Les cadres en acier, en aluminium et, avec un peu plus de difficulté, en titane peuvent être recyclés en nouveaux vélos, poutres, canettes de boisson ou avions. Cependant, la fibre de carbone, comme tant de plastiques, est remarquablement résistante à la décomposition. Bien que l'énergie nécessaire pour produire un cadre en carbone soit inférieure à celle des alternatives métalliques, il n'y a aucun moyen de recycler un cadre en carbone, et en tant que tel, à la fin de sa durée de vie, il est destiné à finir ses jours dans une décharge, où il restera pendant des dizaines de milliers d'années.

Merci d'avoir lu 5 articles au cours des 30 derniers jours*

Inscrivez-vous maintenant pour un accès illimité

Profitez de votre premier mois pour seulement1 £ / 1 $ / 1 €

*Lisez 5 articles gratuitement dans chaque période de 30 jours, cela se réinitialise automatiquement

Après votre essai, vous serez facturé 4,99 £ 7,99 $ 5,99 € par mois, annulez à tout moment. Ou inscrivez-vous pour un an pour seulement 49 £ 79 $ 59 €

Inscrivez-vous maintenant pour un accès illimité

Essayez votre premier mois pour seulement1 £ / 1 $ / 1 €

Le dernier contenu de course, des interviews, des fonctionnalités, des critiques et des guides d'achat d'experts, directement dans votre boîte de réception !

Will a rejoint l'équipe de Cyclingnews en tant que rédacteur de critiques en 2022, après avoir écrit pour Cyclist, BikeRadar et Advntr. Il y a très peu de types de cyclisme qu'il n'a pas pratiqués, et il a une affection particulière pour les vélos plus anciens et les composants durables. La conduite sur route a été son premier amour, avant de passer à la course CX dans le Yorkshire. Il a fait des tournées sur un tandem vintage jusqu'à la pratique du gravier à pignon fixe et du VTT. Lorsqu'il n'est pas sur l'un de ses nombreux vélos, on le trouve généralement dans le garage en train de fabriquer ses propres cadres et composants en tant que constructeur de cadres à temps partiel, de restaurer de vieux vélos de montagne ou de promener son colley dans le Lake District.

Hauteur : 182 cm

Poids : 72Kg

Manèges : Custom Zetland Audax, Bowman Palace:R, Peugeot Grand Tourisme Tandem, 1988 Specialized Rockhopper, Stooge Mk4, Falcon Explorer Tracklocross

Canyon inédit de Carolin Schiff: le vélo gagnant du Women's Unbound Gravel 200

Les nouveaux pneus de gravier Power Adventure de Michelin sont des tout-terrain polyvalents

La marque britannique de vélos Planet X s'apprête à entrer dans l'administration, selon des documents officiels

Par Simone Giuliani, Jackie Tyson30 mai 2023

Par Cyclingnews30 mai 2023

Par Barry Ryan30 mai 2023

Par Cyclingnews29 mai 2023

Par Laura Weislo29 mai 2023

Par Philippa York29 mai 2023

Par Simone Giuliani29 mai 2023

Par Barry Ryan28 mai 2023

Par Kirsten Frattini27 mai 2023

Par Josh Ross26 mai 2023

Par Barry Ryan25 mai 2023