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Une page signée Didier avec les conseils de Franck

Introduction

A défaut de couvrir de manière exhaustive ce vaste sujet, cette page a pour objectif de rappeler quelques principes de base et de tordre le cou à certains mythes

Principe

Cà semble évident, le système de freinage est destiné à ralentir un véhicule, voire de l'arrêter. D'une manière générale, les systèmes de freinage absorbent l'énergie acquise par le véhicule (énergie cinétique, produit de la masse par la vitesse au carré) et la transforment en calories (énergie thermique), qu'il s'agisse d'un système de freinage sans contact (ex. freins électriques des poids lourds) ou du système par friction qui est le plus répandu (ex. freins à disque, feins à tambour).

Disques, tambours, plaquettes et segments

Dans le cas qui nous concerne le freinage est obtenu par pincement de disques par des éléments mobiles (les plaquettes). L'effort de friction, et donc de freinage, est proportionnel au coefficient de frottement des matériaux en contact et de la force avec laquelle ils sont mis en contact: la surface de contact n'a donc pas d'incidence directe sur l'efficacité du freinage! En revanche, plus la surface est importante, meilleure sera la dissipation thermique et donc l'endurance des freins. Le frein de parking des Calibra est quant à lui constitué d'un frein à tambour  (le tambour et le disque arrière formant une pièce unique) et de deux segments par tambour, commandés par câble.

La question du coefficient de frottement est en fait assez complexe. Car deux phénomènes se produisent simultanément: une friction par abrasion et une friction par adhérence. Imaginez que la plaquette est une feuille de papier de verre: au contact de l'acier du disque, les cristaux d'abrasif accrochent ceux de l'acier et se brisent sous l'effort (en produisant de la chaleur). Imaginez maintenant que la plaquette est une feuille de caoutchouc: au contact de l'acier il s'échauffe, une partie du caoutchouc diffuse sur le métal et c'est en fait une friction caoutchouc/caoutchouc qui opère. Eh bien, les matériaux modernes utilisés pour la fabrication des plaquettes permettent l'obtention simultanée des deux phénomènes. Le second serait idéal... s'il ne nécessitait pas que disques et plaquettes soient chauds (voire très chauds) pour fonctionner (c.f. les freins céramique en F1); c'est donc une subtile combinaison des deux coefficients qui permet le mordant à froid et l'efficacité à chaud. CQFD !

Freinage hydraulique

Il y a fort longtemps, les systèmes de freinage étaient commandés par câble (ou tringlerie): il s'agissait d'une commande directe dépendant de la pression exercée par le conducteur sur la pédale.

Ce système a été assez rapidement remplacé par une commande hydraulique. La pédale de frein étant reliée à un piston (le maitre cylindre) exerçant une pression sur le liquide de frein lui même commandant les pistons récepteurs des organes de freinage. L'adoption de diamètres appropriés pour les pistons permettant une démultiplication du freinage au prix d'un allongement de la course de la pédale.

Ce système a été complété par une assistance pneumatique. Le piston est alors commandé par une membrane qui sépare une zone en dépression (reliée au circuit d'admission d'air, sauf pour les diesels, lesquels ont recours à une pompe à vide) et une autre zone reliée à la pression atmosphérique via une une commande à tiroir pilotée par la pédale de frein. Plus la pédale est enfoncée, plus la quantité d'air augmente et provoque le déplacement du piston du maitre cylindre. La membrane étant de grande dimension (une vingtaine de centimètres de diamètre), l'effort exercé sur le maître cylindre peut atteindre: F=P*S avec F en N, P en Pascal et S en m2: ce qui nous donne un peu plus de 300 daN (l'équivalent d'un poids de 300kg sur la pédale de frein sans assistance si vous préférez!)

Tous les véhicules sont équipés de maître-cylindres « tandem » (2 circuits indépendants) pour répondre aux normes en vigueur. La plupart des systèmes de freins actuels sont croisés en X: 1 circuit formé par la roue avant gauche et la roue arrière droite et 1 circuit formé par la roue avant droite et la roue arrière gauche. Chacun des circuits est commandé par un étage du maître cylindre. Si une fuite survient sur l'un des circuits, l'autre est toujours opérationnel. Bien sûr, c'est pas le top en matière de freinage, mais c'est mieux que rien du tout, non? Et si le circuit en X est le plus répandu, d’autres existent comme le circuit en H, en II, etc.

Un mot pour finir à propos du liquide de freins. Il s'agit d'un fluide synthétique incompressible et stable dans le temps. Il en existe plusieurs types, adaptés aux exigences croissantes. Le tableau ci-dessous reprend les normes applicables (issues du "Department Of Transport", d'où leur abréviation DOT):

Type DOT3 DOT4 DOT5 DOT5.1
Compatible DOT4, DOT5.1 DOT3, DOT5.1 --  * DOT3, DOT4
Point ébullition liquide sec (°C) 205 230 260 260
Point ébullition liquide humide (°C) 140 155 180 180

* Le DOT 5 est un silicone, non miscible avec les glycol

http://www10.finances.gouv.fr/fonds_documentaire/daj/guide/gpem/5724/ann5.pdf

"Point ébullition liquide humide": kézako? Tous ces liquides ont un défaut: ils absorbent l'humidité. Sous l'effet d'un échauffement important, ils peuvent entrer en ébullition, et plus ils sont saturés en eau, plus leur point d'ébullition est bas, et moins efficace sera la transmission de l'effort de freinage (pédale "élastique"). Par mesure de précaution, les constructeurs suggèrent une vidange du circuit de liquide de frein (environ 500ml sur la Calibra) tous les deux/trois ans. Dans la même logique, les bidons de liquide ouverts depuis plus d'un an sont considérés comme périmés. Ceci dit, c'est pas tous les jours qu'on fait bouillir le liquide de frein; la purge complète n'est donc pas impérative dans le cadre d'une utilisation normale. Pas impérative mais souhaitable: outre l’aspect sécurité, l’humidité dans le circuit favorise la corrosion des pièces métalliques comme les pistons. Alors vidanger tous les deux ans retarde la corrosion et les étriers pourront sans peine faire des centaines de milliers de km sans gripper.

Attention: Les liquides de frein abîment la peinture des carrosserie!

Les seules méthodes efficaces pour mesurer la concentration en eau sont les appareils qui analysent le point d'ébullition du liquide et les réfractomètres.

Mythes et réalités

Les vibrations ressenties au freinage sont toujours dues à des disques voilés: mythe!

A moins que les disques ne soient mal montés, mal serrés ou que le moyeu ait du jeu, c'est très peu probable. Il s'agit en fait d'une diffusion irrégulière de la matière des plaquettes sur les disques, liée à des points chauds (c'est pour çà que les disques des voitures de performance sont ventilés), une hétérogénéité du matériau des disques ou d'une contamination de la surface (corps gras par exemple). Un surfaçage des disques peut résoudre le problème.

Ceci étant dit, un voile important peut engendrer ce genre de vibration (c'est vrai pour les disques comme pour les tambours qui peuvent s'ovaliser). Le contrôle s'effectue alors très simplement à l'aide d'un comparateur.

Il faut roder des disques et les plaquettes: réalité!

Procéder à une dizaine de freinages légers et progressifs de 80 à 10km/h en laissant la température revenir à l'ambiante entre chaque freinage. Puis pendant les 200 premiers kilomètres éviter les freinage brutaux et prolongés. Après, gaz!

Les disques racing sont en acier: mythe!

La fonte a de bien meilleures propriété thermiques que l'acier, ce qui leur confère notamment une meilleure constance géométrique! Les disques métalliques sont donc en fonte.

Une pédale molle en mode de conduite soutenue signifie que les plaquettes sont en surchauffe: mythe!

Lorsque les freins sont fortement sollicités, la chaleur est transmise au liquide de freins via les plaquettes et leurs pistons. L'humidité emmagasinée par le liquide de frein entre en ébullition. La vapeur étant compressible, la pédale donne l'impression d'être molle. Lorsque la pédale est dure mais que le freinage est dégradé, cela signifie que les plaquettes sont trop chaudes (coefficient de friction par abrasion trop important).

S'il a bouilli, il faut remplacer le liquide de freins: réalité!

S'il a été porté à ébullition, le liquide de frein perd une grande partie de ses propriétés et son point d'ébullition est encore abaissé. Il est alors nécessaire de le remplacer rapidement!

Le liquide DOT 5 est recommandé pour les voitures performantes car il n'absorbe pas l'humidité: mythe!

Le DOT5 est un liquide de freins à base de silicones est n'est pas hygroscopique comme les DOT3 et DOT4. En revanche il est plus élastique et son usage est déconseillé pour les voitures performantes, notamment celles qui sont équipées d'ABS. C'est la raison pour laquelle il convient bien aux voitures anciennes qui servent peu souvent et ne requièrent pas de freinage très performant.

Il faut systématiquement compléter le niveau de liquide de frein à chaque maintenance: mythe!

La différence de volume entre le niveau haut et le niveau bas du réservoir correspond à peu de chose près à la compensation de la course des pistons des systèmes de freinage. Lorsque le voyant s'allume (et que le niveau a été fait uniquement lors du remplacement des plaquettes), cela signifie que les plaquettes sont probablement usées. Mais en attendant de les changer, rester au dessus du mini est tout de même préférable!

Du liquide de frein de couleur noire en sortie de purge est un liquide de frein saturé en eau: mythe!

Il faut un appareillage spécifique pour mesurer avec précision la teneur en eau dans le liquide de freins. La couleur noire peut provenir du caoutchouc dissout par le liquide. Une couleur verte traduit la présence d'oxyde de cuivre. Cependant la couleur sombre  permet la différenciation entre le liquide neuf et le liquide usagé.

Liens

http://www.stoptech.com/

Abstract

A little theory on brakes.