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Sauf à la toute fin, et pour simplifier, je parle ici que de Shimano.
Les dentures des cassettes sont identiques au sein d'un même nombre de vitesse. Par exemple une cassette 10v route Shimano Ultegra aura les mêmes dimensions qu'une cassette 10v vtt Shimano STX, idem au sein des gammes 11v etc.
Tu peux donc un peu tout mixer, tant que tu restes sur le même nombre de vitesses.
Pour illustrer le truc : il est tout à fait possible (testé et retesté) de mettre une chaine vtt disons 9v XT sur un vélo route équipé d'une cassette route Shimano 105, elle aussi 9v.
Sur le sujet évoqué, à savoir mixer des pignons, à nombre de vitesses identiques et gammes différentes (105 pour Ultegra par exemple). La seule différence qui pourrait se présenter (selon la différence du nombre de dents entre l'ancien et le nouveau pignon), c'est une différence d'emplacement de la "rampe" (on voit bien ces encoches, ou rampes extérieurs sur cette photo). Elles servent à faciliter la montée de la chaine au passage de vitesse. Si différence il y'a, le passage d'une vitesse à l'autre sera sans doute un peu moins "smooth" mais ça se tente tout de même.
Aussi tu peux regarder du côté de la marque Miche qui, de mémoire, offre un choix important de pignons compatibles Shimano.