Les freins, kézako ?

Dans la série « Kézako ? », nous abordons des sujets complexes d'une manière simple, tel qu'un enfant de cinq ans pourrait les comprendre. Pour ce faire, nous avons demandé l'aide de Gareth Thomas, ingénieur principal de Polestar. Grâce à ses années d'expérience, les freins n'ont plus de secret pour lui.Comme dans un épisode précédent de cette série, nous commencerons par un cours accéléré de physique. Lorsqu'une voiture roule, les roues stockent de l'énergie du fait de leur mouvement, qu'on appelle énergie cinétique. Si vous appuyez sur la pédale de frein de votre voiture, les freins appliquent un frottement sur les roues en serrant les disques de frein pour convertir cette énergie cinétique en énergie thermique. L'énergie cinétique de la voiture en mouvement est alors transformée en chaleur par ce frottement, comme lorsque vous vous frottez les mains quand il fait froid. Cette dissipation de chaleur permet à la voiture de s'arrêter.L'histoire de l'automobile compte d'innombrables systèmes de freinage différents, mais ils ont tous en commun ce frottement. Pas de freinage sans frottement. Certains des tout premiers freins n'étaient que de simples morceaux de bois poussés contre la roue. Loin d'être optimaux, et sources d'usure de la roue, ils remplissaient néanmoins leur rôle grâce au frottement qu'ils arrivaient à créer.

Tambours et freins hydrauliques

Comment, donc, appliquer un frottement à la roue sans l'endommager ? De brillants esprits du début du XXe siècle ont trouvé une solution ingénieuse : fixer un tambour à la roue. À l'intérieur du tambour se trouvent deux pièces résistantes à la chaleur qui sont poussées contre le tambour. Le tambour étant solidaire de la roue, ralentir le tambour revient à ralentir la roue. Cette invention a permis de résoudre le problème d'usure de la roue, mais tout n'était pas parfait pour autant.Les premières voitures utilisaient un système complexe de câbles pour transmettre la pression de la pédale aux roues. La pression sur la pédale tirait sur un câble de frein relié à la roue. Ce système posait néanmoins deux problèmes. D'une part, les câbles avaient tendance à casser. D'autre part, la précision exigée pour obtenir la même force de freinage sur toutes les roues était extrêmement difficile à atteindre, et les tensions différentes des câbles entraînaient une instabilité de la voiture au freinage.La solution ultime est arrivée avec l'invention des freins hydrauliques. Les conduits de freinage hydraulique sont des tuyaux qui relient le système de freinage aux tambours fixés aux roues. Ces tuyaux sont remplis d'un liquide de frein qui ne peut pas être comprimé. En d'autres termes, il transmet sans perte la force créée par la pression sur la pédale de frein. L'utilisation d'un liquide de frein sous pression permet d'envoyer la pression de freinage simultanément dans tous les conduits de freinage. Dans les années 1950, les voitures utilisaient exclusivement des systèmes de freinage hydrauliques.Bien, nous avons donc réussi à transformer de manière maîtrisée l'énergie cinétique de la roue en mouvement en énergie thermique grâce aux tambours et aux conduits hydrauliques. Mais que faire de l'énergie thermique qu'il nous reste ?

Disques et étriers

Une température excessive sur les freins est désastreuse pour le freinage. En cas de surchauffe, les freins ne peuvent plus convertir l'énergie cinétique en chaleur et il en résulte un « évanouissement du frein » (perte de puissance du freinage due à la surchauffe). La solution est simple : jetons les tambours et remplaçons-les par des disques et des étriers.Le disque de frein est fixé à la roue et tourne entre les mâchoires de l'étrier de frein. Alors que les pièces du frein à tambour poussent, l'étrier de frein, lui, serre. L'étrier de frein serre le disque, ce qui crée… vous l'avez deviné, un frottement.  Plus la taille de l'ensemble disque-étrier est importante, plus la force de freinage est grande.Les freins à disque dissipent également mieux la chaleur, pour plusieurs raisons. Premièrement, l'étrier n'est pas enfermé à l'intérieur d'un tambour, ce qui permet d'évacuer la chaleur. Deuxièmement, des trous usinés dans les roues permettent à l'air chaud de s'échapper. Et troisièmement, des conduits de refroidissement, c'est-à-dire de petits tunnels remplis d'air frais qui vont de l'avant de la voiture jusqu'à l'arrière des freins, permettent de refroidir les freins. C'est un peu le même principe que lorsque vous vous asseyez devant un ventilateur quand il fait très chaud.Bien que les freins à disque offrent une puissance de freinage supérieure, les freins à tambour ne sont absolument pas mauvais ou dangereux. Les freins à disque sont beaucoup plus onéreux à fabriquer et à remplacer que les freins à tambour. Ils sont également soumis à la corrosion s'ils ne sont pas utilisés régulièrement, par exemple lorsque la voiture reste en stationnement pendant une période prolongée. Le frein à tambour étant un système entièrement fermé, il craint moins la corrosion. Les freins à tambour peuvent également servir de frein de stationnement, ce qui simplifie le système de freinage.

Une usure minimale

Pour garder vos freins en bon état le plus longtemps possible, il est essentiel d'éviter d'injecter trop d'énergie dans le système. En d'autres termes, évitez de freiner trop tard et d'écraser la pédale, mais efforcez-vous plutôt de freiner tôt et avec moins de force. Vous limiterez ainsi la pression envoyée dans le système de freinage et le frottement exercé entre l'étrier et le disque. Résultat : l'énergie sera dissipée plus progressivement.Par temps très froid, il arrive que le frein de stationnement d'une voiture garée en extérieur « gèle ». Pour l'éviter, placez si possible la voiture dans un garage à une température plus clémente.Nous espérons que ce cours accéléré sur les freins vous aura été utile. Si vous souhaitez aller plus loin, n'hésitez pas à appuyer sur la flèche ci-dessous pour tout savoir sur nos freins et sur notre partenaire de renommée mondiale, Brembo.