Nous sommes encore loin de la bicyclette telle que nous la connaissons aujourd’hui. Pourtant au même moment, 20 ans avant tous le monde, un modèle fabuleux allait être présenté à l’exposition internationale de 1869. Cette exposition soutenue par les frères Olivier est organisée à Paris au Pré-Catelan du 1er au 5 Novembre 1869. Si l’on en croit Jean Dury « l’enCYCLEopédie » elle foisonne de trouvailles hélas trop en avance sur leur temps : roue libre, vitesses multiples qui ne seront reprises et vulgarisées que beaucoup plus tard. Mais l’invention la plus surprenante est sans hésitation une machine entièrement métallique avec transmission par chaîne, conçue par l’horloger Guilmet et réalisée par le constructeur Meyer. Cette machine recevra d’ailleurs un des premiers prix de l’exposition pourtant elle demeura sans suite ni descendance directe pendant près de 20 ans.

Au début des années 1860, André Guilmet avait déjà tenté de mettre au point un vélocipède métallique à traction arrière avec transmission par chaîne de Vaucanson. La chaîne avait été conçue par Léonard de Vinci en 1482 et utilisée dans les automates par Vaucanson dès 1740 puis reprise ensuite dans l’industrie textile. En 1869, le fabriquant Eugène Meyer (initiateur de l'utilisation de fer creux pour le cadre) et Guilmet proposent aux visiteurs de l’exposition internationale un engin révolutionnaire tant par sa forme que par ses nombreuses innovations. Jugez plutôt : une transmission par chaîne à maillons, un pédalier muni d'un pignon de 29 dents alors que le pignon arrière n'en possède que 20 (à chaque tour de pédalier la roue arrière effectue un tour et demi).

Eugène Meyer avait imaginé en cette même année 1869 pour alléger le vélocipède de Michaux qui était réalisé avec des tiges en fonte, d’utiliser des tubes de gaz d’éclairage qui eux étaient creux. Il semblerait que se soit également lui qui eut le premier l’idée de remplacer le bois par du métal pour les jantes et les rayons.

Contrairement au grand bi peu maniable, instable et dangereux cette bicyclette est remarquable, équilibrée, stable et utilisable par le plus grand nombre.

Malheureusement André Guilmet fut tué pendant la guerre de 1870 et il ne commercialisa jamais son prototype et c'est le Grand Bi qui allait connaître le succès.

Le temps passa, la roue avant des grands bis atteignit des proportions démesurées et 10 ans s'écoulèrent avant qu’un autre inventeur H.J Lawson en 1879 tente l’aventure et propose lui aussi une bicyclette équipée d'un système de transmission de la force du pédalage par "chaîne", du pédalier vers la roue arrière. Malheureusement, pour lui la popularité du Grand Bi était à son zénith et elle aussi n'a jamais connu le succès commercial.

Ce n'est finalement qu’en 1884, que John Kemp Starley, neveu de James (James Starley a créé en 1870  l'ARIEL, un Grand-Bi tout métal avec roues à rayons en tension et caoutchouc autour des jantes), mis sur le marché le "Rover Safety Bicycle", ou la bicyclette de "sureté". On la désigna de ce nom, car elle était beaucoup plus sure d’utilisation que le Grand Bi. Avec la "Rover" de John Kemp Starley, la bicyclette est née.

Cette conception connut naturellement un rapide essor et annoncera le déclin du grand bi. Ce succès est partiellement dû à Hans Renold un ingénieur zurichois, expatrié en Angleterre, qui améliora la chaîne en la renforçant et en la dotant de rouleaux d'usure pour la rendre plus fiable et accroître sa longévité. Encore aujourd'hui la société Renold est un leader mondial de la fabrication de chaînes.

Dans les 15 années qui vont suivre, nous assisterons à la fabrication d'un grand nombre de modèles, parfois farfelus, mais présentant souvent des innovations qui se péréniseront et rapprocheront ces machines de la bicyclette moderne que nous connaissons.

Malgré l'émergence de ces types de bicyclettes, beaucoup de gens restaient persuadés qu'elle ne supplanteraient jamais le Grand Bi. Les problèmes de boue sur les pieds, de perte de puissance à cause de la chaîne et surtout les vibrations sur la roue arrière n'ont fait que renforcer cette idée.

En 1888, la plupart des bicyclettes étaient équipées de mécanismes anti-vibrations , les structures étaient construites avec plusieurs charnières plutôt que des connections rigides et des ressorts étaient installés un peu partout. Malheureusement la plupart de ces mécanismes étaient peu fiables ni durables.

Malgré tout ces échecs, la Bicyclette commença en raison de multiples tentatives de supplanter le Grand Bi, toutes les innovations se portant sur l’amélioration du confort et surtout sur la suppression des vibrations (selles montées sur ressort, structures à charnières avec ressorts…) mais c’est l'apparition du pneu à air en 1888 grâce à J.B. Dunlop qui permit à la bicyclette de devenir un moyen de locomotion adapté a tous.

Un autre problème de l’époque concernait la structure du vélo. Structure en croix ou en diamant, c’est cette deuxième forme qui eut le plus de succès, jusqu’à l’apparition des structures triangulaires à partir des années 1890, le vélo moderne est née.

Sructure en croix - 1888

Structure diamant

Structure triangulaire - 1891

En 1891, la première édition de Paris Brest Paris allait en donner au sport cyclisme ses premières lettres de noblesse en connaissant un retentissement national et international.

A cette occasion Charles Terrond utilisa une bicyclette Humber d'un poids de 21,5 kg dotée d'un frein à l'avant, d'une sacoche de route, d'un guidon incurvé, d'un carter de chaîne et de ce que l'on appelait à l'époque un rattrape pédale (cale pied) et enfin, innovation risquée, de pneumatiques démontables des frères Michelin montés sur tringles à écrous latéraux multiples.

Mais la véritable révolution avait déjà eu lieu, quelques années auparavant en 1888, quand le vétérinaire écossais Dunlop avait inventé le "tube creux de caoutchouc gonflé d'air" à la place d'un bandage plein jusqu'alors en vigueur, c’est le premier pneumatique. J.B Dunlop, chirurgien vétérinaire à Belfast, connaissait bien l'utilisation du caoutchouc car  il inventa divers instruments chirurgicaux. En 1988 il déposa un brevet pour l'invention du pneu à air, il utilisait un tube creux en caoutchouc indien entouré de pièces de toile. Harvey du Cross acheta le brevet de Dunlop, fonda la "Pneumatic Tyre Company" et commercialisa les pneus à air. Des critiques apparurent cependant rapidement, difficulté a maintenir une pression suffisante, mauvaise tenue sur route s boueuses, crevaisons courantes et réparations difficiles étant donné que les pneus étaient collés à la roue.

En 1890, Dunlop fut officiellement averti de la non validité de son brevet. En effet en 1848 un certain W.Thomson, ingénieur civil, avait déjà breveté dans l'anonymat une réalisation identique, tout ce que Dunlop pouvait prétendre était l'application de ce que Thomson avait découvert. Ainsi tout le monde pouvait créer des pneus, ce qui était un désastre pour la "Pneumatic tyre Company".

Ainsi Thomson avait breveté une des inventions les plus importante de l'histoire du vélo mais n'en avait tiré aucun profit.

Dès l'exposition internationale en 1969 des vélocipèdes possédaient des systèmes pour permettre le changement de vitesse. A partir des années 1900, des bicyclettes à vitesses commencent à être commercialisées. 

Paul de Vivie plus connu sous le nom de Vélocio  mettra au banc d'essai de multiples machines à changements de vitesse (avec bichaîne, chaîne flottante...). Il s'intéressera à toutes des expériences faites en ce domaine et se battra pour la "polymultication" ou changements de vitesse. En 1913 à lieu à Chanteloup la course de la Polymultipliée où les coureurs expérimentent divers systèmes de changements de vitesse.

Paul de Vivie dit Vélocio

Vélo avec boîte de vitesses dans le pédalier

Vélo à deux chaînes, 3 vitesses dont 2 par rétropédalage

Vélo 6 vitesses = 3 dans le moyeu + 2 chaînes

Vélo 2 vitesses par rétro pédalage

Système à leviers

Système à double pignons fixes

Voici ce que l'on pouvait trouver sur une brochure de la marque HIRONDELLE catalogue de 1925 de la "MANUFACTURE FRANCAISE D'ARMES & CYCLES"

MOYEU A DEUX PIGNONS	2 VITESSES RETRO-DIRECTES	4 VITESSES RETRODIRECTES
2 vitesses, par simple retournement de la roue arrière. Ce moyeu porte de chaque côté un pignon démontable [..] à emboîtement hexagonal, ces deux pignons diffèrent entre eux de quatre dents au pas de 12mm7. Les pattes arrière ont deux encoches. Les tensions spéciales portent un écrou moletté qui vient s'engager dans l'une ou l'autre de ces encoches, suivant que l'on utilise le petit pignon ou le grand pignon, la tension de chaîne se trouve ainsi réglée automatiquement. Le blocage de l'ensemble s'obtient instantannément au moyen de deux écrous à oreilles, dont les ailettes longues et bien en main permettent un serrage rapide [..]. Veut-on changer le développement [..] ? Dévisser de quelques tours les écrous à oreilles ; les pattes de tension se trouvent alors repoussées par un ressort ad hoc, et la roue tombe naturellement vers l'avant. Cette opération de démontage et de changement de développement se fait très rapidement ; une vingtaine de secondes suffisent à une personne un peu expérimentée. Le dispositif ci-contre [..] est adapté d'office à toutes les bicyclettes "GRAND SPORT". Ce changement de vitesse ne nécessite qu'un pignon supplémentaire, c'est-à-dire quelques grammes et quelques francs de plus ; ni complication, ni frottement.	La RÉTRO-DIRECTE " HIRONDELLE " a un changement de vitesse absolument automatique [..] La rétro-directe " HIRONDELLE " à 2 vitesses pèse 13 kgs et ne coûte que 50 francs de plus qu'une bicyclette ordinaire. Elle n'a pas de double chaîne, pas d'engrenage, pas d'embrayage, pas de levier de commande. Bref, rien de ce qui particularise une bicyclette à changement de vitesse. Ce résultat surprenant a été obtenu par un enroulement particulier de la chaîne qui passe à l'arrière sur deux pignons au lieu d'un. Un petit galet renverse le mouvement de la chaîne, et c'est tout.[..] Il suffit de renverser le mouvement des pédales pour passer de la grande à la petite vitesse et vice-versa. Si l'on pédale en avant, on a la grande vitesse ; si l'on pédale en rétro, on a la petite vitesse ; si l'on cesse de pédaler, on a la roue libre. Dans notre Dispositif rétro-direct " HIRONDELLE ", il n'y a toujours qu'un seul brin de la chaîne qui travaille, et ce brin de chaîne est toujours en prise directe [..].	Rétro-directe " HIRONDELLE " à 4 vitesses interchangeables en marche. Les 4 vitesses sont obtenues en combinant le système Rétro-direct à un Dérailleur au pédalier. Ce dérailleur est réalisé de la façon suivante : Deux roues dentées, l'une de 40 dents, l'autre de 50 dents, sont assemblées côte à côte au pédalier.Deux galets coniques, supportés par un bras oscillant, mobile autour du pédalier, font passer la chaîne d'une roue dentée sur l'autre. Celui supérieur la transporte de la petite sur la grande ; celui inférieur la fait glisser de la grade à la petite. La tension de la chaîne est maintenue constante par le pignon inverseur rendu mobile et rappelé par un ressort approprié. La commande placée au cadre se fait par un levier et une tringle rigide. Veut-on faire passer la chaîne de la grande à la petite roue dentée ? Tirer le levier de commande en arrière en rétropédalant. Au contraire, veut-on faire remonter la chaîne de la petite sur la grande roue dentée ?  Pousser le levier en avant en pédalant en direct. La chaîne déraille sans effort. Lorsqu'on cesse d'agir sur la commande, le levier et les galets reprennent automatiquement leur place dans une position neutre n'entraînant plus aucun frottement supplémentaire. A chaque position de la chaîne correspondent deux vitesses interchangeables automati-quement et en marche par le simple renversement du mouvement des pédales.

A ces débuts les systèmes à chaines sont jugés peu fiables, on voit donc d'autres techniques de transmission voir le jour...

En 1897 apparition de la transmission par pignons .

Une roue intermédiaire transmet le mouvement de la roue du pignon du pédalier à la roue dentée du moyeu de la roue motrice. Cette roue de transmission, grâce au galet dont est muni son pourtour, réduit autant que possible le travail absorbé.

La disposition des tubes, maintenant l'axe de la roue intermédiaire, dont le moyeu est à billes, assure une grande rigidité à cette partie du cadre et évite les coincements des organes moteurs.

En 1899, la bicyclette Acactène, fit son apparition. Les acatènes eurent leur heure de gloire. Le coureur Gaston RIVIERE gagna BORDEAUX-PARIS sur un acatène MÉTROPOLE en 1897 & 1898. Cependant ces transmissions étaient délicates, coûteuses et ne comportaient pas de roue libre.

L'acaténe expérimente la transmission par pignons d'angle. Le pédalier et le moyeu sont reliés par un tube tournant qui enveloppe le fourreau droit de la fourche arrière. Mais le renvoi de la force d'un couple de pignons d'angle à un autre entraîne une grosse déperdition d'énergie. Ces transmissions étaient délicates, coûteuses et ne comportaient pas de roue libre.

Cette technologie est toujours utilisé, certains constructeurs y croient toujours. Relativement efficace puisque la perte de puissance de la transmission est 2 fois moins importante qu’avec un système à chaîne, il ne nécessite dorénavant aucun entretien mais il reste cependant lourd, et ne propose à ce jour que 7 vitesses.

Acatène de 1896

Vue 3D de l'axe avec pignons coniques

 Vélo de la marque Bioméga

Le système Shaft Drive couplé à un moyeu à vitesses Nexus

En 1898, la roue libre est intégrée dans le moyeu de la roue arrière et n'oblige plus le cycliste à pédaler en permanence, y compris dans les descentes.

Cette grande évolution avait dejà commencée dès 1869, un brevet est déposé par William Van Anden. Il y décrit une amélioration de vélocipède avec un système à cliquet monté dans le moyeu de la roue avant permettant d'arrêter de pédaler dans les descentes.

En 1895, Harmon D. Moise dépose un brevet de bicyclette à transmission par chaîne qui possède un système de roue libre sur le moyeu de la roue arrière.

En 1897, Ernst Sachs produit et commercialise des moyeux avec roue libre.

Brevet déposé par Van Andem en 1869

En 1911 pour la première fois, le Tour de France franchit les cols des Alpes, le Stéphanois Joanny Panel expérimente à cette occasion un changement de vitesse par dérailleur sur le vélo le "Chemineau". Celui-ci fut inventé quelques années auparavant en 1889, il fut ensuite interdit par Henri Desgrange sur le Tour de France jusqu'en 1937.

En 1923, Juy lança le dérailleur Simplex.

Le dérailleur à baguette vit le jour en 1933 grâce aux travaux de Campagnolo.

Vitesses, roue libre, confort, faire du vélo n’est plus que l’affaire de sportif, la bicyclette devient alors du début du siècle jusqu'aux années 50, un moyen de locomotion bon marché très répandu dans le monde ouvrier. Il est resté avec le vélomoteur, un moyen de locomotion privilégié des milieux populaires dans les pays en voie de développement (Chine, Viet Nam ...). Dans certains pays occidentaux (Hollande , Allemagne), un fort courant écologiste ainsi que le relief peu accidenté des villes ont fait de la bicyclette, un moyen de transport urbain important dans toutes les classes sociales.

Depuis cette période les grandes évolutions se sont faites moins nombreuses, certes des progrès ont bien eu lieu, des matériaux mieux maitrisés vont apparaître (titane, aluminium, scandium, fibre de carbone...) et permettre une évolution des formes et un gain de poids. Les accésoires se font plus précis, plus légers, plus esthétiques mais la bicyclette reste un élément à deux roues propulsé à l'aide d'une transmission par chaîne.

Certains produits "innovants" ont bien fait leur apparition sans jamais s'imposer sur un marché où la concurrence est rude. En 1999, la marque Mavic propose le dérailleur Mektronic qui permet un contrôle de la transmission sans fil. Il repose sur la Technologie Win (Wireless Integrated Network). Destiné aux vélos de route, le système se compose d'un dérailleur électronique ; de commandes sensitives gérant un ordinateur LCD avec un capteur de vitesse et un affichage des pignons ; de poignées ergonomiques adaptées à toutes les mains. Mais ce système utilisé par les coureurs professionnels n'arrivera pas à trouver sa place dans le peloton comme chez le cyclotouriste en raison du problème de fiabilité liée à l'alimentation électrique.

Le dérailleur électronique "Mektronic" de chez Mavic

Aujourd'hui  les besoins des utilisateurs ont bien changés et sont très variés, les clubs d'amateurs et de professionnels se multiplient, le vélo va donc s’adapter à ces attentes et une multitude de types de vélos vont voir le jour. On parle de VTT (Vélo Tout Terrain), de VTC (Vélo Tout Chemin), de Citybike, de Cruiser, de tandems, de BMX, de vélos de course, de vélos à assistance électrique. La technologie du vélo continue donc son évolution...