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Page mise à jour le 29.02.2024, visitée 919 fois

Liaisons au sol
Freinage

Sommaire :

Liaisons au sol
Freinage

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Généralités  

Depuis les temps les plus reculés, un bon freinage a toujours été nécessaire pour garder le contrôle de son véhicule dans les passages difficiles, en descente et depuis que la circulation s'intensifie, pour réagir aux impératifs liés aux autres usagers.

Pour ce faire, on utilise depuis toujours la même méthode : le frottement.

Sur les vieux charriots hippomobiles, on a mis un patin qui frottait sur une roue, actionné par un levier manipulé par le conducteur. Imaginez l'efficacité d'un tel mécanisme sur un charriot bien chargé dans une descente boueuse...

Bien sûr, on a perfectionné la méthode avec les bandes, puis les tambours et enfin les disques. C'est ce que nous allons voir ici.

Mais dans tous les cas, il faut que le mécanisme transforme l'énergie du véhicule à ralentir, voire à arrêter, en énergie calorifique.

Un véhicule en mouvement possède une énergie, dite cinétique, dont la valeur est :

E = ½ . m . v2

Où E est cette énergie exprimée en J, m est la masse du véhicule en kg et v sa vitesse en m/s

Ainsi, un véhicule d'une tonne (1000 kg) roulant à 72 km/h (20 m/s) a une énergie cinétique de 200 kJ.
Sachant qu'un Joule est équivalent à 0,24 calorie, arrêter ce véhicule revient à transformer ces 200 kJ en 48 kcal qu'il faudra évacuer dans l'atmosphère.
Rappelons que 48 kcal permettent d'élever la température d'un litre d'eau de 48 °C. Cela peut sembler peu mais les tambours et disques qui doivent évacuer cette quantité de chaleur sont en acier et 48 kcal élèvent la température d'un kg d'acier de 400 °C !

Un tambour ou un disque pèse dans les 4 kg et le freinage est assuré grosso modo aux 2/3 par les roues avant ; ainsi, chaque élément de freinage avant voit sa température globale augmenter d'environ 133 °C ; mais les surfaces de frottement atteignent des températures bien plus élevées par rapport aux parties plus éloignées du tambour ou du disque.

Frein à bande  

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Frein à tambour  

Les freins à tambour peuvent être de plusieurs types. Le plus simple (schéma n°1) n'a qu'un seul cylindre et voit ses mâchoires réunies par le bas avec une pièce de longueur fixe.

Frein à tambour © Philippe Bérenger

Le fonctionnement du frein à tambour est illustré par cette animation ; le tambour tourne avec la roue et le véhicule avance ici vers la gauche.

Au repos, les pistons du cylindre de freins sont entrés, le ressort de rappel maintient les mâchoires à distance du tambour.

Dès qu'on agit sur la pédale de frein, la pression du liquide dans le cylindre s'accroît repoussant les pistons qui font avancer les mâchoires vers le tambour. Quand les garnitures commencent à effleurer celui-ci, il se produit un déséquilibre : la garniture avant (celle de gauche sur le schéma) s'arc-boute sur le tambour, provoquant une petite rotation de la mâchoire dont la partie basse s'éloigne du tambour, appliquant la totalité de la garniture arrière (celle de droite sur le schéma) sur le tambour par l'intermédiaire de la pièce de liaison.

Il s'agit là d'un des défauts de ce système de freinage : les garnitures ne s'usent pas de façon uniforme.

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Les tambours

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Les garnitures

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Frein à disque  

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Les disques

Les disques sont en général en acier sur nos anciennes. Ils sont le plus souvent simples, c'est à dire composés d'un simple disque plein, non nervuré et non ventilé.

Disques de frein
Disques de frein © DR

Sur certains modèles plus récents ou plus sportifs, on pourra rencontrer des disques doubles avec ventilation intérieure et parfois nervurés pour améliorer encore le passage de l'air de refroidissement.

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Les plaquettes

Les plaquettes de frein sont constituées d'une plaque support en métal et de garnitures composées de plus de dix composants différents. Elles sont de plusieurs types :

Semi-métal

Les plaquettes de frein semi-métal contiennent au moins 65% de métaux. Les 35% restant sont un mélange de graphite et de matériaux inorganiques. L'avantage de ce type de plaquettes est leur capacité à évacuer la chaleur efficacement ; leur inconvénient est une dureté élevée qui peut provoquer une usure prématurée du disque de frein.

Faible teneur en métal

Les plaquettes de frein à faible teneur en métal sont constituées de matériaux organiques associés à du métal (pas plus de 30%). Elles offrent une bonne conductivité de la chaleur et un freinage efficace. Elles sont bien plus chères que les plaquettes semi-métal.

Organique

Les plaquettes de frein organiques sont faites en générale avec du kevlar, du verre et du carbone. Elles ne doivent pas contenir plus de 15% de métal. Elles sont tendres et silencieuses, mais s'usent plus vite que les autres types de plaquettes, c'est pourquoi elles ne sont pas adaptées à une conduite agressive ou sportive.

Céramique

La composition des plaquettes de frein céramique comprend des fibres de céramique, du caoutchouc de synthèse et des métaux non ferreux, notamment du cuivre. Ces plaquettes fournissent un coefficient de frottement constant, elles sont moins abrasives. C'est le meilleur choix pour une conduite sportive. Elles sont bien plus onéreuses que les autres types de plaquettes de frein.

Faire le choix

Les plaquettes de frein peuvent être soit d'origine, soit adaptables.

Les plaquettes de frein d'origine proviennent de fabricants connus et sont de qualité suivie, mais elles coutent plus cher que les plaquettes adaptables. Elles sont vendues dans leur emballage d'origine.

Les plaquettes adaptables ont des caractéristiques techniques légèrement inférieures à celles des plaquettes d'origine. Elles sont moins onéreuses, tout en offrant une performance de freinage convenable. Toutefois, elles sont fabriquées avec des matériaux de qualité inférieure et ne sont pas soumises aux essais nécessaires et ne répondent pas aux normes. Donc, attention ! un prix trop bas doit vous alerter.

Un bon choix de plaquettes de frein doit prendre en compte les paramètres suivants :

  • Température de fonctionnement : les plaquettes de frein qui résistent à des températures de 300 à 350°C doivent suffire pour une conduite citadine et des vitesses pas trop élevées. Les voitures de sport sont équipées de plaquettes de frein qui peuvent fonctionner à 900°C, mais n'assurent un freinage efficace qu'à partir de 100°C ;
  • Coefficient de frottement : les plaquettes avec un coefficient de frottement de 0,25 à 0,35 sont suffisantes pour arrêter un véhicule lors d'une conduite souple. Ce sont les valeurs typiques des pièces équivalentes aux pièces d'origine. Le coefficient de frottement des plaquettes de frein d'origine est légèrement plus élevé, de 0,3 à 0,5. Les plaquettes de frein de sport ont une température de fonctionnement de 150 °C et ont un coefficient de frottement faible (0,2). Lorsqu'elles sont chaudes, ce coefficient peut atteindre 0,5 ;
  • Durée de vie : la résistance à l'usure des plaquettes dépend des matériaux qui les composent. Les garnitures tendres s'usent plus rapidement, mais des garnitures trop dures provoquent une usure prématurée du disque de frein. Il s'agit donc d'un choix personnel en fonction du style de conduite, du type de véhicule et évidemment du coût...
Les contrefaçons

Évidemment, comme pour toute pièce détachée, il existe des contrefaçons ; comment s'y retrouver  ?

  • Il convient de vérifier la présence d'un certificat de conformité. Si la mention R90 ou 90R ne figure pas sur l'étiquette, c'est une contrefaçon ;
  • L'emballage doit contenir le passeport du produit, un certificat de garantie, un certificat de qualité et un guide d'instructions ;
  • La surface des plaquettes neuves doit être lisse et uniforme ;
  • Il faut vérifiez le numéro unique de la pièce sur le site internet du fabricant.

En résumé, quand vous choisissez des plaquettes de freins, prenez une marque reconnue et ayant un site Internet qui vous donne toutes les précisions voulues.
De plus, quand on remplace des plaquettes, on remplace toutes les plaquettes d'un même essieu (avant ou arrière) de manière à garder un freinage équilibré.

Frein de parking ou frein à main  

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Circuit hydraulique  

Le maître-cylindre

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Le répartiteur

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Les cylindres

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Le circuit rigide et ses flexibles

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Le liquide de frein

On ne parlera pas ici des liquides de freins ; ce sujet est traîté sur la page Connaissances de base - Carburants, lubrifiants et autres fluides.

 

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