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Frein à disque

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 (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !).

Principe et fonctionnement

Un frein à disque d'automobile
Un frein à disque (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.) d'automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises, elle est équipée en conséquence. C'est un des moyens...)

Un frein (Un frein est un système permettant de ralentir, voire d'immobiliser, les pièces en mouvement d'une machine ou un véhicule en cours de déplacement.) à disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet —...) est un système de freinage utilisant un disque fixé sur le moyeu ou la jante de la roue (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) et des plaquettes, maintenues par un étrier fixé au véhicule (Un véhicule est un engin mobile, qui permet de déplacer des personnes ou des charges d'un point à un autre.), venant frotter de chaque côté du disque. Un système pousse (Pousse est le nom donné à une course automobile illégale à la Réunion.) sur les plaquettes, le plus souvent des pistons hydrauliques, et les plaquettes viennent serrer fortement le disque. La force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles « force...) de frottement (Les frottements sont des interactions qui s'opposent à la persistance d'un mouvement relatif entre deux systèmes en contact.) entre les plaquettes et le disque crée le couple de freinage.

Étrier fixe ou mobile

Afin d'assurer une pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) 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 du 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 (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île couvre une superficie de 22 km². Elle est située dans la Municipalité de Skive.) 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.

Avantages/Inconvénients

Par rapport au frein à tambour (Un frein à tambour est un système de freinage constitué d'une cloche (le tambour), à l'intérieur de laquelle se trouvent au moins deux mâchoires munies de garnitures....), 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 (L'hydraulique désigne la branche de la physique qui étudie les liquides. En tant que telle, les champs d'investigation qu'elle propose regroupent plusieurs domaines :) bien souvent assisté (c'est pourquoi la commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un souhait impératif.) en est rarement mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de...), car il est malcommode d'obtenir une démultiplication suffisante par un système de leviers).

Un frein à disque de moto. Ce disque est perforé, l'étrier est à double piston. Sa commande est hydraulique.
Un frein à disque de moto. Ce disque est perforé, l'étrier est à double piston. Sa commande est hydraulique.

Sensibilité à l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.)

Habituellement, le frein à disque fonctionne à l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser...) 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 (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) de perforer les disques des motos de nombreux trous destinés à rompre le film liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.).

Technique et Technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :)

Disque ventilé en acier
Disque ventilé en acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la théorie du soudage de l’acier) et de la construction mécanique.)

Toutes sortes de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) 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 (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) (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 matériau composite (Le matériau composite est un assemblage d'au moins deux matériaux non miscibles (mais ayant une forte capacité d'adhésion). Le nouveau matériau ainsi constitué possède...), s'usant progressivement au cours de l'usage. La composition du patin varie suivant le matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) du disque et suivant les fabricants. L'amiante (L’amiante (nom masculin) est un terme désignant des minéraux à texture fibreuse utilisés dans l’industrie. Ce sont des...) 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 (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) de pression et de freinage sans augmenter le diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère.) du disque).

De nombreux modèles de motos sont munis de deux disques sur la roue (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) avant, mais rien ne prouve que cela freine mieux qu'un seul bon disque correctement calculé.

Frein de moto Buell : le disque est fixé à la jante et l'étrier (à triple piston) est à l'intérieur
Frein de moto Buell : le disque est fixé à la jante et l'étrier (à triple piston) est à l'intérieur

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 (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) 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 (A supprimer) (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 (ABS est un sigle qui désigne :). Le système relâche brièvement le freinage lorsqu'il détecte une décélération anormale de la roue.

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 (Un système est fiable lorsque la probabilité de remplir sa mission sur une durée donnée correspond à celle spécifiée dans le cahier des charges.) dû aux fortes contraintes imposées aux matériaux du système ont freiné son utilisation massive (Le mot massif peut être employé comme :).

Sur les motocyclettes, son utilisation a été rare jusqu'à la 750 four (Un four est une enceinte maçonnée ou un appareil, muni d'un système de chauffage puissant, qui transforme, par la chaleur les produits et les objets. En cuisine, il permet de cuire des aliments. Dans un processus...) 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 (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de plusieurs voitures (pour transporter des personnes) et/ou de plusieurs wagons (pour transporter des...) avant. En 2005, seules les petites automobiles utilisent encore les frein à tambours sur l'essieu (Dans un véhicule à roues, un essieu est un arbre placé transversalement sous la caisse et supportant par l'intermédiaire des fusées les roues situées à ses extrémités. Un essieu peut être simplement porteur, ou moteur et/ou directeur.) arrière.

La première voiture (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de...) à adopter les freins à disques à l'avant de série fut la Citroën DS (La DS, et sa déclinaison simplifiée l'ID, fut commercialisée par Citroën entre 1955 et 1975, tout d'abord en berline puis en break et cabriolet.) en 1955.

En aviation (L'aviation est une activité aérienne définie par l'ensemble des acteurs, technologies et règlements qui permettent d'utiliser un aéronef dans un but particulier. Ces diverses activités peuvent être...), 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 (Premier « art du feu » à apparaître (avant la métallurgie et le travail du verre), la céramique désigne l’ensemble des objets fabriqués en terre qui ont subi une transformation physico-chimique...).

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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