Frein à disque
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Le frein à disque est un système de freinage performant pour les véhicules munis de roues en contact avec le sol : automobile, avion, train, etc. et pour diverses machines.
Ce système transforme l'énergie cinétique du véhicule en chaleur.
Sommaire |
[modifier] Principe et fonctionnement
automobile
Un frein à disque est un système de freinage utilisant un disque fixé sur le moyeu ou la jante de la roue et, des plaquettes maintenues par un étrier fixé au véhicule, venant frotter de chaque côté du disque. Un système pousse sur les plaquettes, le plus souvent, des pistons hydrauliques, les plaquettes viennent serrer fortement le disque. La force de frottement entre les plaquettes et le disque crée le couple de freinage.
[modifier] Étrier fixe ou mobile
Afin d'assurer une pression égale des plaquettes sur les deux faces du disque, la première solution qui vient à l'esprit est de mettre un piston de chaque côté du disque. Ce dispositif complique la construction de frein.
Le plus souvent, on préfère monter un piston d'un côté, et monter la deuxième plaquette fixe dans l'étrier, lui-même monté mobile pour assurer le freinage du deuxième côté du disque.
Dans les années 60 à 70, Honda utilisa, sur ses motos, un montage à étrier pivotant. Ce montage a l'inconvénient d'user les plaquettes de travers, ce qui fait perdre un peu d'efficacité au fur et à mesure de leur usure.
Pour conserver une construction simple et une efficacité régulière, on préfère maintenant un montage par étrier coulissant, où l'étrier se déplace parallèlement au disque.
[modifier] Avantages/Inconvénients
Par rapport au frein à tambour, le frein à disque a l'avantage d'être plus progressif car il n'est pas autoserrant. En revanche, il nécessite une plus grande pression pour être efficace, la pression du conducteur est transmise par un système hydraulique bien souvent assisté (c'est pourquoi la commande en est rarement mécanique, car il est malcommode d'obtenir une démultiplication suffisante par un système de leviers).
[modifier] Sensibilité à l'eau
Habituellement, le frein à disque fonctionne à l'air libre, ce qui lui permet d'évacuer les calories du freinage par ses deux faces. En revanche, cela l'expose aux projections d'eau, ce qui provoque un retard au freinage lorsqu'il est mouillé (nécessité de le sécher en quelques tours avant de récupérer le mordant). Pour contrer cet ennui, il est d'usage de perforer les disques des motos de nombreux trous destinés à rompre le film liquide.
[modifier] Refroidissement
Les véhicules plus lourds ou sportifs disposent de disques ventilés : des disques plus épais que la normale, dans l'épaisseur desquels des canaux créent une circulation d'air forcée.
[modifier] Technique et Technologie
Toutes sortes de matériaux peuvent être utilisés.
Pour les disques :
- Acier inoxydable (assez cher, peu accrocheur)
- Fonte (le plus économique, rouille facilement, le plus lourd, le plus utilisé)
- Carbone (hors de prix, extrêmement léger, très endurant, véhicules de sport très haut de gamme)
Les plaquettes sont généralement formées d'un support en acier, assurant la fixation dans les étriers, sur lequel est fixé par collage un patin en matériaux composite, s'usant progressivement au cours de l'usage. La composition du patin varie suivant le matériaux du disque et suivant les fabricants. L'amiante a été longtemps utilisée dans la composition de ces patins et elle y est désormais interdite.
L'étrier peut être flottant, muni d'un seul piston poussant sur une plaquette, l'autre plaquette reste bloquée dans l'étrier qui se déplace sur des barres, ou d'une ou plusieurs paires de pistons (afin d'augmenter la surface de pression et de freinage sans augmenter le diamètre du disque).
De nombreux modèles de motos sont munis de deux disques sur la roue avant, mais rien ne prouve que cela freine mieux qu'un seul bon disque correctement calculé.
Les motos Buell sont munies d'un grand disque fixé au pourtour de la jante. L'efficacité est supérieure, mais le coût aussi.
Le diamètre des disques est un facteur important en compétition. L'effet gyroscopique (comprenez par-là l'agilité au changement d'angle de la moto, dans un pif paf, par exemple) devient prononcé lorsque cette notion de diamètre augmente. En d'autres termes, l'agilité diminue. Par conséquent, nous ne verrons jamais le genre de disque que propose Buell sur certains de ses modèles.
Le système de commande peut être indépendant pour les différents disques ou être couplé avant-arrière par un répartiteur (cas général des voitures et du freinage intégral de certaines motos (Moto Guzzi)).
Afin d'éviter le blocage en cas d'adhérence réduite, le frein à disque se prête bien à l'ajout d'un ABS. Le système relâche brièvement le freinage lorsqu'il détecte une décélération anormale de la roue.
[modifier] Historique
Le frein à disque est à peu près aussi ancien que les véhicules à roues motorisés. Il est d'ailleurs très proche du frein à patin des vélos. Seul le manque de fiabilité dû aux fortes contraintes imposées aux matériaux du système ont freiné son utilisation massive.
Sur les motocyclettes, son utilisation a été rare jusqu'à la 750 four Honda de 1969, qui a imposé le disque à commande hydraulique. Ce même type de freinage a rapidement été repris sur les machines de compétition. Il s'est perfectionné en se perforant et en devenant double (à l'avant).
Dans le domaine automobile, les freins à disques ont commencé à se généraliser dans les années 60 sur les véhicules haut de gamme, avant de s'étendre à tous les véhicules sur le train avant. En 2005, seules les petites automobiles utilisent encore les frein à tambours sur l'essieu arrière.
La première voiture à adopter les freins à disques à l'avant de série fut la Citroën DS en 1955.
En aviation, ce type de frein, plus léger, plus facile d'entretien que les autres systèmes, dans un domaine où les coûts sont accessoires, est utilisé depuis plus longtemps.
En 2003, Mercedes Benz innove en proposant des disques de freins en céramique.
