Frein à disque

Le frein à disque est un dispositif de freinage performant pour les véhicules pourvus de roues en contact avec le sol : automobile, avion, train, etc. et pour diverses machines.

Ce dispositif transforme l'énergie cinétique du véhicule en chaleur.

Principe et fonctionnement

Le frein à disque est un dispositif utilisant un disque fixé sur le moyeux ou la jante de la roue et des plaquettes venant frotter de chaque côté du disque. Les plaquettes sont tenues dans un étrier (frein fixe) ou une chape (frein coulissant) fixés au véhicule. Un ou plusieurs mécanismes poussent sur les plaquettes, généralement un ou plusieurs pistons soumis à une pression hydrauliques (véhicules de tourismes, commerciaux, poids lourds) ou à un mécanisme lui-même actionné par un actionneur pneumatique (frein de semi-remorque). L'effort ainsi généré provoque le serrage puis le frottement des plaquettes sur le disque. La force de frottement entre les plaquettes et le disque crée le couple de freinage.

Étrier fixe ou flottant

Afin d'assurer la pression des plaquettes sur les deux faces du disque, deux concepts de freins sont couramment utilisés :

- le frein (ou étrier) fixe : les plaquettes sont poussées contre le disque par l'intermédiaire d'un ou plusieurs pistons localisés de chaque côté du disque et dédiés à chaque plaquette. Ce concept est généralement utilisé sur des voitures performantes car sa fabrication est couteuse, surtout à cause de l'étanchéité à réaliser entre les deux chambres hydraulique qui alimentent les pistons de part et d'autre du disque.

- Le frein à disque à étrier flottant ou coulissant : seule la plaquette intérieure est poussée contre le disque par un ou plusieurs pistons. La pression de la plaquette extérieure contre le disque est réalisée par l'intermédiaire de l'étrier monté sur un dispositif coulissant dans la chape (pièce de fonderie supportant les plaquettes et fixant le frein complet sur le véhicule). C'est le concept le plus commun.

Dans les années 1960 à 1970, Honda utilisa sur ses motos un montage à étrier pivotant. Ce montage présente l'inconvénient d'user les plaquettes de travers, ce qui induit une efficacité variable au fur et à mesure de l'usure des plaquettes.

Avantages/Inconvénients

Comparé au frein à tambour, le frein à disque a l'avantage d'être plus progressif car il n'est pas autoserrant. Par contre, il nécessite une plus grande pression pour être efficace, la pression du conducteur est transmise par un dispositif hydraulique fréquemment assisté (c'est pourquoi la commande en est rarement mécanique, car il est malcommode d'obtenir une démultiplication suffisante par un dispositif de leviers).

Sensibilité à l'eau

Généralement, le frein à disque fonctionne à l'air libre, ce qui lui permet d'évacuer les calories du freinage par ses deux faces. Par contre, cela l'expose aux projections d'eau, ce qui provoque un retard au freinage quand il est mouillé (obligation de le sécher en quelques tours avant de récupérer le mordant). Pour contrer cet ennui, il est habituel de perforer les disques des motos de nombreux trous conçus pour rompre le film liquide.

Technique et Technologie

Toutes sortes de matériaux peuvent être utilisés.

Pour les disques :

• Acier inoxydable (assez cher, peu accrocheur)
• Fonte (le plus économique, rouille aisément, le plus lourd, le plus utilisé)
• Carbone (cher, extrêmement léger, particulièrement endurant, efficace principalement à haute température, réservé à la compétition ou sur des véhicules de sport de particulièrement haut de gamme)

Les plaquettes sont le plus souvent constituées d'un support en acier, assurant la fixation dans les étriers, sur lequel est fixé par collage un patin en matériau composite, s'usant progressivement au cours de l'usage. La composition du patin fluctue suivant le matériau du disque et suivant les fabricants. L'amiante a été longtemps utilisée dans la composition de ces patins et elle y est désormais interdite.

De nombreux modèles de motos sont pourvus de deux disques sur la roue avant, pour mieux répartir la force de chaque coté de la fourche afin d'éviter qu'elle ne se vrille, ce qui nuirait à la tenue de route.

Le diamètre des disques est un facteur important en compétition. L'effet gyroscopique augmente quand le diamètre/la masse en mouvement augmente. En d'autres termes, l'agilité diminue. Donc, nous ne verrons jamais le genre de disque que propose Buell sur certains de ses modèles.

Le dispositif 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 dispositif relâche brièvement le freinage quand il détecte une décélération anormale de la roue.

Historique

Le frein à disque est environ aussi ancien que les véhicules à roues motorisés. Il est d'ailleurs particulièrement proche du frein à patin des vélos. Seul le manque de fiabilité dû aux fortes contraintes imposées aux matériaux du dispositif a freiné son utilisation massive.

Sur les motocyclettes, son utilisation a été rare jusqu'à la Honda CB 750 Four 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 peaufiné 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 l'ensemble des véhicules sur le train avant. En 2005, seules les petites automobiles utilisent toujours 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 dispositifs, 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.

Voir aussi

• Le Wikilivre de tribologie et surtout le paragraphe consacré aux recherches actuelles en matière de freinage.
• Automobile
• Motocyclette
• Avion
• Tribologie

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