Triathlon : faut-il dégonfler ses pneus dans le parc à vélos en plein soleil ?

Alors, en quoi consiste ce rituel ?

Les concurrents dégonflent leurs pneus pour éviter une éventuelle explosion, due à la montée en pression de l’air qui chauffe fortement dans la chambre à air, jusqu’à dépasser la résistance du pneu ou de la chambre.

La loi physique derrière

Au fond, tout part d’une observation parfaitement fondée. En effet, le caoutchouc noir des pneus ou des boyaux absorbe l’énergie du soleil, et chauffe donc l’air à l’intérieur, qui veut se dilater, en vertu de la dilatation, un phénomène physique naturel que rien ne peut empêcher. Comme l’air à l’intérieur dispose d’un volume limité (celui de la chambre à air), il ne peut pas se dilater librement, et c’est donc sa pression qui augmente, un peu comme dans une cocotte-minute. Sauf que la résistance du pneu a une limite bien plus basse qu’une cocotte-minute, et qu’il peut éclater au-delà d’une pression critique.
Ce qui semble d’abord être une sage précaution peut être une réaction excessive au regard du risque réel.

Alors, les pneus peuvent-ils vraiment éclater ?

Quelle pression finale atteint-on vraiment en pratique ?

Revenons aux fondamentaux de la statique des gaz (c’est-à-dire sans écoulement, ce qui est le cas dans un pneu). Qu’avons-nous ?

Dans cette équation, P est la pression du gaz dans la chambre, en pression absolue (c’est-à-dire pression atmosphérique comprise, voir plus bas), V son volume, égal à celui de la chambre à air, puisqu’il la remplit sans pouvoir s’échapper ; T est sa température, exprimée en kelvins (voir la référence n°1 en bas de page), que nous considérerons homogène dans la chambre, par souci de simplicité ; n est la quantité de gaz en moles, en gros la quantité de gaz, dans une unité particulière que nous expliquerons plus bas ; enfin, R est une constante, appelée constante des gaz parfaits, égale à 8,31 J/(mol·K), c’est-à-dire en joules par mole et par kelvin. Nous la détaillerons aussi en fin de topic, dans la section Références, même si nous n’avons pas vraiment besoin de faire intervenir n et R dans les calculs ici.

Résultats immédiats

Puisque nous avons une égalité, nous pouvons diviser chaque membre par une autre égalité ; en particulier, nous pouvons superposer ces équations : celle du dessus correspondra à l’état 2, après deux heures de soleil sur le pneu, et celle du dessous à l’état 1, quand le concurrent vient de finir de gonfler ses pneus.
Nous pouvons éliminer n et R de l’équation, puisqu’on les retrouve au numérateur comme au dénominateur.
Deuxièmement, nous pouvons éliminer un autre terme : les V, puisque V₂ est pratiquement égal à V₁, le boyau ou le pneu ne se dilatant quasiment pas, même si la chambre à air se tend en dessous. C’est une observation pratique directe de l’expérience, nous n’aurons pas besoin de la démontrer.

Mythe 1 : T₂/T₁ n’a rien de si impressionnant

La première conclusion de cette équation, c’est que le rapport P₂/P₁ varie exactement comme T₂/T₁. Donc, pour avoir une hausse significative de la pression dans la chambre à air, il faudrait que T₂ soit bien supérieur à T₁. Mais est-ce le cas ?
De toute façon, le vélo traînait déjà dans le parc à vélos. Il ne sortait pas d’un frigo ou d’un camion frigorifique, si ? Alors pourquoi, gonflé à 8 bars dans la chambre d’hôtel, ou près de la voiture qui l’a amené au contrôle des vélos, aurait-il eu des pneus bien plus froids qu’après 2 heures de soleil dans le parc à vélos ?
Admettons, dans le pire des cas, que l’air ait été gonflé à 8 bars environ dans une chambre d’hôtel climatisée à 21 °C, puis que le vélo ait été amené dans un parc à vélos sérieusement chauffé par un fort soleil d’été, où l’air peut atteindre 50 °C, à cause de la réverbération du bitume.

Alors, que vaut le rapport T₂/T₁ dans ce pire des cas ?
Voyons :
Toutes les températures doivent être exprimées en kelvins (voir la référence n°1 en bas de page)

T₂/T₁ = (273,15+50) / (273,15+21) = 1,10 = 10 %

Conclusion : malgré la grande différence de température apparente pour l’humain, T₂ n’est que 10 % supérieur à T₁ pour la physique. Pas vraiment impressionnant.

Mythe 2 : P₂/P₁ n’est guère plus impressionnant

D’après la formule montrée plus haut, P2/P1 est égal à T2/T1, ce qui veut dire que P2 n’est lui aussi que 10 % supérieur à P1. Pas vraiment impressionnant.
Attention toutefois : cela vaut pour les pressions absolues. Le manomètre de votre pompe affiche la pression au-dessus de la pression atmosphérique : 8 bars au manomètre, c’est donc environ 9 bars absolus dans la chambre. Après une hausse de 10 %, on obtient environ 9,9 bars absolus, soit environ 8,9 bars au manomètre ; waouh, vous croyez vraiment que votre pneu va déclencher une explosion nucléaire à 8,9 bars au lieu de 8 ?

Ce que le caoutchouc subit vraiment

Ce qui compte pour le caoutchouc, ce n’est pas le rapport entre les pressions intérieure et extérieure, mais leur différence : c’est elle qui pousse sur chaque centimètre carré de la paroi du pneu, de l’intérieur vers l’extérieur.
Au niveau de la mer, la pression extérieure est de 1013 hPa (environ 1 bar). Avec 9 bars absolus à l’intérieur, le caoutchouc encaisse une différence de 8 bars, exactement ce qu’affiche votre manomètre.
Dans le parc à vélos, l’intérieur monte à 9,9 bars absolus : la différence passe donc de 8 à 8,9 bars, et la contrainte sur le caoutchouc augmente d’environ 11 %.

L’altitude pourrait-elle faire la même chose ?

Quand on monte, l’air extérieur se raréfie, ce qui augmente aussi la différence de pression de part et d’autre du caoutchouc. Wikipédia fournit une bonne formule reliant pression et altitude : à 900 m, environ la moitié du mont Ventoux, la pression extérieure tombe à environ 912 hPa.
La différence devient 9 - 0,91 = 8,09 bars, seulement 1 % environ de plus qu’au niveau de la mer. Pour obtenir la même hausse de 11 % que dans le parc à vélos, il faudrait que la pression extérieure baisse de 0,9 bar, jusqu’à environ 0,1 bar : une altitude d’environ 16 km, presque deux fois la hauteur de l’Everest. Aucune route ne monte là-haut, pas même sur le Tour de France !
Gravir un col est donc une épreuve bien plus douce que le parc à vélos, et ne prouve rien ici. Prenons le problème sous un autre angle.

Que représentent vraiment 0,9 bar de plus ?

Beaucoup de cyclistes gonflent leurs pneus à 8,5 ou 9 bars le matin, sans que personne ne s’en inquiète. Dans le parc à vélos, après des heures de soleil, vous arrivez à environ 8,9 bars au manomètre : exactement la même contrainte. Les pneus sont conçus avec une marge de sécurité confortable au-dessus de la pression maximale inscrite sur leur flanc, justement pour encaisser la chaleur, les nids-de-poule et les surgonflages occasionnels.
Assez de bêtises ! Personne ne s’inquiéterait d’un pneu gonflé à 8,9 bars le matin ; il n’y a donc aucune raison de s’inquiéter du même pneu atteignant 8,9 bars sous le soleil de l’après-midi. Les lois de la physique ne justifient pas ce rituel : il n’y a donc aucune raison physique de dégonfler vos pneus dans le parc à vélos.

Légende / Références

Kelvin

C’est l’unité de température du Système international. Ajoutez 273,15 aux degrés Celsius pour obtenir des kelvins. Pour les degrés Fahrenheit, convertissez en degrés Celsius et ajoutez 273,15. Sous une pression normale de 1013 hPa (au niveau de la mer), l’eau gèle à 273,15 kelvins. Notez qu’on ne dit pas « degrés Kelvin », mais simplement « kelvins », puisqu’il s’agit d’une unité, et non d’une échelle.