Frein - Définition et Explications

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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.

Les freins constituent un organe de sécurité important :

  • sur les véhicules, ils permettent de réguler la vitesse (On distingue :), et de s'arrêter, donc notamment d'éviter une collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de...) (freinage d'urgence)
  • sur les machines ayant des pièces en mouvement, la gestion du mouvement est un élément important du travail de la machine, et en cas de défaillance ou d'accident, l'arrêt de la machine est une nécessité absolue (L'absolue est un extrait obtenu à partir d’une concrète ou d’un...).

Dans un véhicule (Un véhicule est un engin mobile, qui permet de déplacer des personnes ou des charges d'un...), le conducteur exerce un effort sur une commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un...) (pédale dans le cas d'une automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un...), levier dans le cas d'un deux roues et dans les anciennes voitures, etc.), et cet effort est transmis au frein (Un frein est un système permettant de ralentir, voire d'immobiliser, les pièces en mouvement...). Cette transmission peut se faire :

  • par câble (deux-roues) ;
  • par circuit hydraulique (L'hydraulique désigne la branche de la physique qui étudie les liquides. En tant que telle, les...) (véhicule automobile, certains deux-roues) ;
  • par circuit pneumatique (camions, trains) ;
  • par circuit électrique ;
  • par circuit mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...)

Dans le cas d'un circuit pneumatique, on peut " inverser " la logique (La logique (du grec logikê, dérivé de logos (λόγος),...) d'effort : sans pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) dans le circuit, le frein est serré (par un puissant ressort), et la pression sert à écarter le frein. Ainsi, la moindre défaillance du circuit (fuite) provoque un freinage. C'est le principe adopté dans les trains français : le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) d'alarme provoque une ouverture du circuit et donc un freinage immédiat.

Types de freins

Frein à disque (Le frein à disque est un système de freinage performant pour les véhicules munis de roues en...)

Frein à disque sur une voiture (en rouge)
Frein à disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une...) sur une voiture (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un...) (en rouge)

Le frein à disque est un système de freinage qui utilise un disque solidaire de la roue (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par...) serré par des plaquettes logées dans un étrier de frein fixé au chassis.

Frein à tambour (Un frein à tambour est un système de freinage constitué d'une cloche (le tambour), à...)

Le frein à tambour est constitué d'un cylindre (Un cylindre est une surface dans l'espace définie par une droite (d), appelée...) au sein duquel des mâchoires munies de garnitures s'écartent pour réaliser le freinage, et d'un système de compensation d'usure. L'ecartement est realisé grâce à une came. Les tambours reviennent en position grâce à un ressort.

Frein à sabot

Le frein à sabot est constitué d'une pièce mobile, le sabot, qui vient s'appliquer sur la roue (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe...) ou un dispositif qui en est solidaire. Il est encore employé, notamment dans les transports (Le transport, du latin trans, au-delà, et portare, porter, est le fait de porter quelque chose, ou...) ferroviaires.

ABS (ABS est un sigle qui désigne :)

De l'allemand Antiblockiersystem : un dispositif de frein anti-blocage (voir ABS). Le principe de fonctionnement est simple : un calculateur électronique est implanté sur chaque roue. Si l'appareil détecte un blocage, le frein se relache immédiatement (sans que le conducteur n'ait à modifier son comportement), et le calculateur va opérer la pression de freinage la plus puissante possible sans aller jusqu'au blocage des roues. ATTENTION : contrairement aux idées reçues, l'ABS ne réduit pas les distances de freinage, il permet uniquement d'éviter le blocage des roues afin d'éviter le dérapage.

Frein de secours et de stationnement (Le stationnement tout comme l’arrêt d’un véhicule consiste en une immobilisation de...)

Frein à main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à...), volant dans un train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de...)

Frein de bicyclette (Une bicyclette, aussi appelée un vélo en langage courant, est un véhicule terrestre...)

Frein à mors d'une bicyclette
Frein à mors d'une bicyclette
  • Frein à mors, transmission par câble ou par huile (L'huile est un terme générique désignant des matières grasses qui sont à...)
  • Rétropédalage
  • Frein à disque hydraulique et mécanique

Frein rhéostatique

Le freinage rhéostatique permet de modifier le mode de fonctionnement des moteurs de traction d'un train en leur faisant jouer le rôle de générateurs pour reproduire de l'énergie électrique (Un apport d'énergie électrique à un système électrotechnique est nécessaire pour qu'il...). L'énergie cinétique (L'énergie cinétique (aussi appelée dans les anciens écrits vis viva, ou force vive) est...), liée à la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) en déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles...), est convertie en énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) électrique que l'on envoie vers la caténaire (Une ligne aérienne de traction électrique est appelée:) (le cable d'alimentation des trains électriques), ce qui permet de la récupérer, ou vers des résistances mortes qui la dissipent sous forme de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...).

Frein à courants de Foucault (On appelle courants de Foucault les courants électriques créés dans une masse conductrice, soit...)

Type de frein utilisé notamment sur les camions (Le camion est un véhicule automobile à roues destiné à transporter des marchandises. Le routier...) et autocars, appellé aussi ralentisseur (Un ralentisseur est un terme désignant une famille de dispositifs routiers obligeant...).

Frein magnétique

Où et comment sont utilisés les freins magnétiques:

Le frein magnétique est employé dans la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) ferroviaire pour accroître l'effort de freinage. Il est utilisé en complément du freinage pneumatique et, dans certains cas, en complément du freinage dit "électrique" comme par exemple sur les [MI2N] (lien) (matériel RATP (La Régie autonome des transports parisiens (RATP) est une entreprise publique désignée par le...) de la ligne A et SNCF (La Société nationale des chemins de fer français (SNCF) est l'une des principales entreprises...) sur la ligne E du RER) Ce système n'est utilisé que pour les freinages dit "d'urgence" ( en cas d'incident et non pas pour un arrêt normal comme arrêt en gare (Une gare est d'ordinaire un lieu d'arrêt des trains. Une gare comprend diverses installations qui...), ...) car il est nécessaire d'arrêter le train sur une distance la plus courte possible. A titre d'exemple une train de banlieue (Les trains de banlieue sont des trains de voyageurs qui sont exploités en service cadencé dans...) avec une Z 20500 (Les Z 20500 sont des rames automotrices à deux niveaux bicourant 1 500 volts et...) il faut environ 800m pour obtenir l'arrêt pour une rame qui circule à 140km/h contre environ 500m pour une rame MI2N circulant à la même vitesse.

Quelques dates:

Le système des freins magnétiques est apparu à partir de 1969 sur les voitures "grand confort" premières voitures à circuler à 200 km/h sur le "Capitole" puis sur les rames RTG en 1972. Ce système fut ensuite mis de coté jusque dans les années 1990 ou il est réaparu sur les rames MI2N, X73500, ... Et très bientôt sur les rames POS du TGV (Le TGV est une rame automotrice électrique d'origine française apte à circuler à des vitesses...) Est Européen qui feront la liaison France/Allemagne.

Principe de fonctionnement:

Les freins magnétiques se composent d'un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) (vérins plus patin) fixé sur le chassis du bogie (Un bogie (ou boggie) est un chariot situé sous un véhicule ferroviaire, sur lequel sont fixés...) (lien) (lien) (images extraites du site de Florent Brisou). Lors d'un freinage d'urgence, les patins sont plaqués sur les rails grace aux vérins. De plus, un courant les traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de...) créant ainsi un champs magnétique pour accroître le frottement (Les frottements sont des interactions qui s'opposent à la persistance d'un mouvement relatif entre...) des patins sur les rails (la pression des vérins n'exeçant pas un frottement suffisant) ce qui permet de créer un effort de freinage supplémentaire en complément des freins à disque, à semelle et voire électrique sur certaines rames.

Le principal avantage de ce système est qu'il offre un effort de freinage constant puisque dans le cas d'un freinage par disque, si l'effort de pression exercé sur les diques est trop important il y a risque d'enrayage (blocage de l'essieux qui glissera sur le rail) et donc un risque d'allongement significatif de la distance d'arrêt. Ce risque est important en cas de pluie (La pluie désigne généralement une précipitation d'eau à l'état...), ... ce qui est préjudiciable pour la sécurité des circulations qui est la base des réglements ferroviaires.

Freinage des aéronefs (au sol)

Un F-4 Phantom II utilisant son parachute de freinage
Un F-4 Phantom II utilisant son parachute (Le parachute est un dispositif destiné à freiner le mouvement, principalement vertical...) de freinage

En plus du freinage conventionnel au moyen de freins placés sur les roues, un aéronef (Un aéronef est un moyen de transport capable d'évoluer au sein de l'atmosphère...) peut également être freiné à l'aide de différents dispositifs permettant soit de raccourcir la distance de freinage soit de moins solliciter (et donc user) les freins de roues :

  • parachute de freinage, disposé souvent à l'arrière du fuselage (Le fuselage désigne l'enveloppe d'un avion qui reçoit généralement la charge...) au pied de la dérive, et s'ouvrant au moment de l'atterrissage (L’atterrissage désigne, au sens étymologique, le fait de rejoindre la terre ferme....)
  • aérofreins (également utilisés pour le freinage aérodynamique (L'aérodynamique est une branche de la dynamique des fluides qui porte principalement sur la...) en vol)
  • système d'inversion de poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air...)

Dans le cas des avions militaires, un dispositif de secours permet d'arrêter en bout de piste un avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale...) qui n'aurait pas pu freiner à temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) par ses propres moyens. Deux possibilités existent :

  • un grand filet qui se lève en travers de la piste, dans lequel vient se jeter l'avion
  • utilisation d'une crosse d'appontage et de brins d'arrêt comme pour l'appontage (voir ci-dessous)

Freinage lors d'un appontage

Lorsqu'un avion se pose sur un porte-avions (Un porte-avions est un navire de guerre permettant de transporter et de mettre en œuvre des...), il est le plus souvent freiné par l'utilisation combinée d'une crosse d'appontage et de brins d'arrêt :

  • l'avion se présente pour l'appontage avec la crosse abaissée
  • après le toucher (Le toucher, aussi appelé tact ou taction, est l'un des cinq sens de l'homme ou de l'animal,...) des roues, la crosse agrippe naturellement un des brins disposés en travers du pont (Un pont est une construction qui permet de franchir une dépression ou un obstacle (cours...)
  • le système associé au brin freine l'avion et l'arrête sur quelques dizaines de mètres

Au cas où la crosse aurait raté tous les brins, l'avion n'a d'autre solution que de redécoller aussitôt sur sa lancée et de refaire une nouvelle tentative. Pour cette raison, la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique,...) maximale est enclenchée dès le toucher des roues.

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