Un des premiers ancêtres du vélo est la draisienne, ou « laufmaschine » littéralement « machine à courir » en allemand. Imaginée en 1817 de l’autre côté du Rhin par le baron Carl Drais, elle doit son nom à son inventeur. La nouvelle se propage vite : le 18 février 1818, Louis-Joseph Dineur dépose en France le brevet dit « d’importation ». Cette invention diffère du vélo que l’on connait aujourd’hui : il est en bois et n’a ni pédales, ni chaîne de transmission. C’est un vélocipède. Suite à ce dépôt, les inventions de perfectionnement se multiplient. Certains brevets déposés dans d’autres domaines techniques profitent à la draisienne : c’est le cas de la chaîne à maillon brevetée en 1829 par André Gallé, qui entrainera, six ans plus tard, la première tentative de mouvoir un vélocipède à l'aide de cette chaîne sans fin.

Il faut néanmoins attendre le milieu du 19e siècle pour que le « vélocipède à pédale circulaire » voie le jour. La paternité de cette pédale revient à un pharmacien, philanthrope et homme politique alsacien, Jules Sourisseau, qui dépose son brevet d'invention en 1853. L’invention de cette manivelle, dite « pédiforce », est une étape majeure dans le développement du vélo.

Le 19 août 1868, le centralien Charles Desnos dépose un brevet pour des « perfectionnements dans les appareils de locomotions dit vélocipède, désormais appelé bicycle ». Il donne à chaque roue une fonction unique et ajoute deux vitesses à la roue motrice : l’une pour démarrer et gravir les côtes, l’autre pour rouler à grande vitesse.

La même année, Clément Ader, qui deviendra plus tard le premier aviateur, imagine des roues à jantes garnies de caoutchouc, permettant d’absorber les chocs. Sa demande de dépôt de brevet précise : « je sollicite un brevet d’invention qui consiste tout simplement en l’application d’une bande élastique, soit de caoutchouc, de gutta percha ou toute autre substance possédant le même principe d'élasticité, autour des roues des vélocipèdes, formant ainsi un intermédiaire compressible entre le sol et le vélocipède ».

A partir des années 1880, la chaîne sans fin s’impose comme le mode de transmission du mouvement à la roue arrière motrice. En 1886, Peugeot est le premier à équiper ses bicycles de deux vitesses, sans mécanisme faisant passer la chaîne d’un pignon à l’autre. Certains transforment le pédalier en boite de vitesse à plusieurs rapports, mais la bicyclette s’alourdit. D’autres inventent des systèmes plus simples, comme le fait de monter deux pignons aux nombres de dents différents sur l’axe de la roue, mais le cycliste doit alors s’arrêter, démonter sa roue et la retourner pour changer de pignon. Opération peu pratique, surtout lorsque l’on fait la course ! Le premier à imaginer un dérailleur est Jean Loubeyre, qui dépose en 1895 un brevet pour une « bicyclette à changement de vitesse en marche ». Le dérailleur permet le déplacement latéral de la chaîne, pour en changer le développement. Modernisée en 1912 par Jean-Baptiste Panel et Louis Bouiller, deux associés de Saint-Etienne, cette invention donne naissance aux dérailleurs actuels, qui fonctionnent toujours sur ce même principe.

A la fin du 19e siècle, la bicyclette a pratiquement pris la forme qu’on lui connaît aujourd’hui. Le 20e siècle est le temps des perfectionnements et la bicyclette s’impose sur tous ses prédécesseurs : draisienne, bicycle ou encore grand-bi.

En 1936, grâce aux premiers congés payés, les touristes prennent la route. En auto, à moto mais surtout à vélo. A partir de la seconde guerre mondiale, et jusque dans les années 1950, le vélo est le moyen de locomotion privilégié de millions de personnes. Dès lors, l’usage du vélo se diversifie. En 1974, le vélo quitte la route pour devenir tout-terrain. Le cadre suspendu voit le jour aux Etats-Unis, lorsque des amateurs de sensations fortes bricolent des vélos pour dévaler les sentiers de montagnes californiens. L’engouement du public pour la pratique du vélo en terrain accidenté se développe rapidement, mais les machines résistent mal et des innovations techniques deviennent nécessaires. Yamaha dépose en 1974 un brevet pour un « vélo avec un cadre suspendu sur les roues avant et arrière, d’une manière qui permet aux roues d’absorber des chocs importants ». Cette innovation préfigure le VTT, dont la production industrielle se développe à partir des années 80. Au même moment, l’entreprise française Look, jusque-là spécialisée dans les fixations de skis, dépose les premiers brevets pour solidariser le pied du cycliste à la pédale, grâce à un insert fixé sous la chaussure. En 1985, Bernard Hinault utilise cette innovation et remporte le Tour de France. 

Plus tard, des matériaux composites, développés pour l’aéronautique dans les années 1960, combinent des matières plastiques à des matériaux non métalliques, comme la fibre de carbone ou la fibre de verre. Leur légèreté et leur flexibilité les rendent très intéressants pour l’industrie du vélo. Bien qu’onéreux, ils sont adoptés dès 1990 pour fabriquer certaines pièces, comme les roues des vélos de courses, développées par la société Corima. D’autres évolutions, comme le changement de vitesse au guidon ou le dérailleur électrique, modifieront à jamais la pratique du cyclisme. Depuis une vingtaine d’années, le matériel utilisé en compétition sportive subit une très forte évolution. On notera par exemple la mise au point d’un système de transmission sans chaine et sans dérailleurs, permettant à près de 99 % de l’énergie générée d’être transférée à la roue.

Au vu des derniers perfectionnements, le vélo peut-il encore plus performant ? Dur à croire. Et pourtant chaque année, à l’occasion de grandes compétitions comme le Tour de France, le public découvre de nouvelles innovations. Les archives conservées par l’INPI témoignent de ces évolutions depuis le premier brevet déposé en 1818. Un passage obligé pour qui veut réécrire l’histoire du véhicule le plus utilisé au monde.