Le freinage

Je ne vous ferais pas l'affront de définir ce qu'est le freinage... Par contre, je vais me permettre de définir les différentes parties du système de freinage.

Il existe deux types de freins : le frein à tambour et le frein à disque.
Le frein à disque représenté ci-à droite semble le plus répandu dans le monde de la moto. Le frein à tambour est encore utilisé principalement pour la roue arrière par exemple pour la Kawasaki ER5. Dans ce cas, le disque et l'étrier sont remplacés par le tambour représenté sur la gauche.

Les systèmes actionnant les freins peuvent être multiple. On trouve des systèmes de tringlerie, appelé commande par cable, ou la mise en pression d'un liquide, appelé commande hydraulique. Sauf pour le frein à tambour, la commande hydraulique est la plus répandue dans le monde de la moto. Ce système est un circuit fermé. En effet, le volume de liquide de freins contenu dans le circuit est toujours le même. Mais, j'en vois derrière leur écran et qui se demande : "Ben alors pourquoi mon niveau de liquide de freins il baisse ?", et franchement c'est une très bonne question... On verra ça plus loin...
La pression du liquide de frein est régulée par le maitre cylindre. En effet, le maitre cylindre contient le liquide de frein et permet la démultiplication de la force exercée sur le levier ou pédale de frein... Comment? Encore une bonne question....:-) Ben ça c'est dans le chapitre "Frein à disque"...
Cette pression va être menée vers la roue par les durites. Dans le frein à disque, elle va actionner un ou plusieurs pistons dans l'étrier pour serrer les plaquettes sur le disque. Dans le frein à tambour, elle va mettre en mouvement dans le tambour, les machoires.

Le fonctionnement des différents types de freins

Le frein à tambour

Dans le frein à tambour, le système de freinage est totalement enfermé dans le tambour.
Dans le tambour, il y a le flasque porte-machoires (en bleu). Celle-ci est dépendante de la rotation de la roue. On voit en gris sur le schema la piste de freinage. Lors du freinage, le jeu de tringle vient faire tourner la came (en violet) qui appuie sur une des machoires (en rouge) qui s'articule autour du pivot (en vert) pour venir appuyer sur la piste de freinage. Lors du lachement du levier de frein, les ressorts (en noir) remettent à la position initiale la machoire. On remarque qu'il n'y a qu'une seule des deux machoires qui freine. Il existe cependant des freins à tambour à double came, où chacune des cames poussent leur machoire.
Nous allons maintenant voir comment la came est actionnée par la tringlerie.
En fait, il n'y a rien de plus simple. Un cable tendu relie la pédale (ou le levier) de frein à un axe fixé à la came (image du haut). Lors du freinage (image du bas), ce cable est tiré et met ainsi en mouvement la came. Vous remarquez que la force exercée sur le levier de frein est exactement la même que celle qui va actionner la came et donc les machoires.
Il existe la possibilité d'actionner les machoires par un système de mise en pression comme on va le décrire pour le frein à disque qui permet de démultiplier la force exercée sur le levier de frein. Bien que très repandu dans l'automobile, ce système est très peu représenté dans le monde de la moto, on le trouve chez certains scooters comme le Honda 250 Foresight.

Le frein à disque est donc le plus représenté dans le monde de la moto. Il a existé des freins à disque commandés par cable mais ce système a été largement remplacé par la commande hydraulique.

Alors comment freine un frein à disque ?
Nous l'avons expliqué en grande ligne dans l'introduction. Lors du freinage, le liquide de frein (en jaune) est mis en pression par le maitre cylindre (en gris). Cette pression est menée par la durite (en vert) jusqu'à l'étrier (en bleu) qui contient un ou plusieurs pistons (en cyan) qui poussent alors les plaquettes (en violet) contre le disque (en rouge) qui est dépendant de la roue.

Les étriers mobiles

Parmi les étriers mobiles, il y a encore l'étrier flottant et l'étrier pivotant. Dans la majorité des cas, dans le monde de la moto, c'est l'étrier fixe qui s'est imposé.

Commençons par les étriers mobiles.
Dans les étriers mobiles, il n'y a qu'un seul piston, ou encore comme le fait Honda, deux pistons juxtaposés.
Voyons l'étrier flottant. Lors du freinage, le piston pousse la plaquette qui vient alors en contact du disque (en rouge). La plaquette ne peut alors aller plus loin alors que le piston continu à exercer sa pression. Alors, c'est l'étrier qui va se déplacer dans le sens opposé. Ainsi, la deuxième plaquette fixe vient en contact du disque. On remarque que des caoutchoucs (en noir) qui assurent l'étanchéité entre le piston et la partie mobile de l'étrier appelés anneau d'étanchéité. Lors du freinage, les anneaux d'étanchéité sont déformés. Quand la poignée de frein est relachée, ces anneaux d'étanchéité aident à la remise en place du piston et ainsi de relacher le disque.
Le piston ne retourne pas exactement à sa position initiale car la distance supplémentaire parcourue par le piston dû à l'usure des plaquettes ne pourra pas être compensée par les anneaux d'étanchéité. Ainsi, plus les plaquettes sont usées plus le piston est sorti, mais les plaquettes restent exactement à la même distance du disque. Ainsi, quelque soit l'usure des plaquettes la course du piston sera identique, et donc la rapidité du freinage sera la même.

Dans le cas de l'étrier pivotant, l'étrier (en vert) est fixé au tube de fouche (en bleu) sur un axe. Lors du freinage, le piston (en bleu marine) est poussé par le liquide de frein sous pression et vient appliquer la première plaquette (en violet) contre le disque (en rouge). Le piston continu a poussé et c'est alors l'étrier qui se balance autour de son axe pour venir serrer le disque entre les deux plaquettes. Lors du relachement du levier de frein, le poids de l'étrier permet son retour à la vertical, et le piston revient à sa position initiale.
De la même manière qu'avec l'étrier flottant, le piston ne retourne pas exactement à son point de départ et compense ainsi l'usure de la plaquette. Par contre, la plaquette fixe elle revient exactement à son point de départ. Ainsi, la course pour freiner avec les deux plaquettes augmente avec l'usure de celles-ci.

Les étriers fixes

Pour l'étrier fixe comme son nom l'indique, il n'y a que les pistons qui bougent, le corps de l'étrier reste fixe. Dans ce cas, l'étrier fixe doit avoir au minimum deux pistons l'un en face de l'autre. Le plus souvent on observe deux pistons de chaque coté comme représenté dans la figure ci-contre. Dernièrement, on voit apparaitre des étriers 6 pistons, comme sur la Suzuki GSF1200 Bandit.
Au fait, à quoi ca sert d'augmenter le nombre de piston ? Et bien, c'est très simple, plus il y a de pistons d'un coté, plus les plaquettes peuvent être longues, donc plus la surface de freinage est importante. Et, en théorie, plus le freinage est puissant.

Le principe du freinage est donc tout ce qu'il y a de plus simple. En actionnant le levier de frein, le liquide de frein (en jaune) est mis sous pression et va pousser les pistons (en bleu) qui appuient les plaquettes (en violet) contre le disque (en rouge).
On remarque encore une fois que le piston ne revient pas exactement à sa position initiale, ce qui permet de compenser l'usure des plaquettes.

Pourquoi le niveau de liquide de frein baisse?

Maintenant après avoir lu tout cela vous devez être en mesure de comprendre pourquoi le niveau de liquide de frein baisse malgré que le circuit soit fermé. Et bien, c'est à cause du phénomène de compensation de l'usure des plaquettes. En effet, comme le piston le revient pas tout à fait à la même place, il laisse un volume plus important pour contenir le liquide de frein. Ainsi, quand les plaquettes sont très usées, le niveau de liquide de frein est plus bas... Donc pour conclure avec ça, ceci explique également qu'il faut un réservoir sur le maitre cylindre. En effet, sans réservoir, il y aurait un moment lors de la compression de liquide où il n'y aurait plus assez de liquide donc on comprimerait l'air qui est un fluide comprimable. Donc, il n'y aurait aucun effet sur le piston et donc pas de freinage... Dangereux non...:-)

Pourquoi le frein à disque est-il meilleur?

Pourquoi le frein à tambour a été abandonné au fur et à mesure bien que son action soit plus rapide qu'un frein à disque et indépendant des intempéries extérieures. Et bien tout simplement car il est moins puissant pour une raison fort simple: le disque est pincé par les plaquettes et l'action des pistons directement sur les plaquettes permet une pression trés importante et quasiment sans perte. De plus, un frein à tambour, au dela d'une certaine force appliquée, le mécanisme se déforme, on va donc perdre de la puissance de freinage... Enfin, le frein à tambour évacue moins bien la chaleur qu'un frein à disque du fait de son enfermement et il sera donc beaucoup moins endurent...

Le maitre cylindre est composé d'un corps (en vert) surmonté d'un réservoir et d'un piston (en bleu). On remarque que le piston coupe la lumière du maitre cylindre en deux parties. La lumière du maitre cylindre est alimentée par du liquide de frein par deux ouvertures, l'une devant le piston et l'autre dans la seconde partie.
Comment ça marche? Lors que vous appuyez sur votre poignée de frein, vous poussez le piston (en bleu). Cette pression va permettre d'envoyer du liquide de frein devant le piston. Puis, le piston va obturer la première ouverture et le piston va continuer sa course compressant ainsi le liquide de frein.
Lorsque que vous lachez la poignée, le ressort (en gris) va pousser le piston en arrière créant ainsi une dépression dans le liquide de frein qui va permettre de faire reculer le piston de l'étrier et ainsi de desserrer les plaquettes. Le piston va démasquer la première ouverture et ainsi uniformiser la pression qui regne dans le système de freinage. La dépression est moins forte que la pression qui a été exercé. Ceci participe au phénomène de compensation de l'usure des plaquettes.
Maintenant apprenons à calculer la force exercée lors d'un freinage grace à ce système du maitre cylindre. C'est en fait la différence entre le diamètre entre le maitre cylindre et le piston qui permet de fournir un effort multiplicateur égal au rapport des carrés des diamètres. Par exemple, vous avez un maitre cylindre de 11mm de diamètre et un piston de 36mm de diamètre, l'effort multiplicateur s'élève à : 36²/11² soit 10,7 fois. De plus, il faut tenir compte de la taille du levier de frein. C'est à dire que si vous exercez une pression de 4kg (freinage fort) sur un levier de 5, vous exercez sur les plaquettes une force de (5*10,7*4) soit 214kg... Pas mal non...

La plaquette de freinage est aussi un organe important du système de freinage. La plaquette est composé du support en gris et de la garniture en violet. Quand la garniture atteint 2mm ou 3mm selon le constructeur, les plaquettes sont à changer. Je dis bien LES plaquettes car on ne change jamais qu'une seule plaquette. L'usure est généralement mesurée directement par un repère sur la plaquette. Par ailleure pour voir aussi où en est l'usure vous pouvez aussi regarder le niveau de liquide de frein. Ainsi, il est inutile de faire le niveau de liquide de frein car quand il est au plus bas c'est que ce sont vos plaquettes qui sont usées sauf bien sur s'il descend en dessous du niveau minimum (amis dans ce cas gare à la fuite).

Plus les plaquettes sont grandes, plus le freinage est efficace. Malheureusement tout n'est pas si simple. Il n'y a pas que la taille de la plaquette qui compte... D'ailleurs sur votre moto, vous n'étes pas maitre de la taille des plaquettes, c'est l'étrier qui la fixe. L'efficacité du freinage est bien sur dépendant de la démultiplication de la force exercée sur le levier. Enfin, l'efficacité du freinage est aussi largement dépendant de la matière de la garniture de la plaquette. Il existe aujourd'hui trois types de garniture sur le marché :

Les organiques sont de conception ancienne mais n'empêche pas la performance. Elles sont fabriquées à base de fibre métalique en général elles sont riches en grafite. Les plaquettes métales elles sont plus riche en alumine. En fait, les plaquettes comportent un grand nombre de métaux (bronze, cuivre, fer...) et la composition joue enormément sur le freinage.

Pour une moto puissante, on aurait tendance à proposer des plaquettes métales. Mais ces plaquettes sont chères et très abrasives, elles usent beaucoup plus rapidement le disque et elles ne conviennent pas aux disques en fonte. Les plaquettes organiques quant à elles sont largement suffisante au moto de faible cylindré. Elles ont l'avantage de ne pas trop user le disque mais en général, elles sont moins efficaces. Peut être que les plaquettes semi-organiques, qui est un mélange des deux, seraient un bon compromis.

Mais attention comme je l'ai souligné, certaine marque qui commercialise des plaquettes organiques sont bien meilleures que les plaquettes frittées d'autre marque. Donc pour bien choisir les plaquettes, il suffit de savoir en quoi est fait son disque (car s'il est en fonte ca ne laisse pas le choix) et de lire la presse ou encore mieux de demander à d'autres motards.

Les nouveaux systèmes de freinage ont permis d'améliorer le confort du pilote moto en évitant le blocage de roue comme l'ABS mis au point par BMW ou encore en répartissant automatiquement le freinage avant/arrière comme le Dual-CBS de Honda. Toutes ces nouvelles techniques font appel à une éléctronique compliquée. Sans entré dans les détails de cette éléctronique, nous allons voir le principe de ces deux nouveaux systèmes de freinage.

L'ABS

L'ABS est une gestion totalement élétronique du freinage afin d'éviter tout blocage de roues. Le principe est relativement simple mais l'éléctronique qui gère tout cela doit être très performante.
Comment ca marche? Chaque roue est equipée d'un pignon à 100 dents qui tourne solidairement avec elle. Le passage de chaque dent est enregistré par un capteur qui génère alors une impulsion. La fréquence des impulsions générées permet de mesurer la vitesse de rotation de chacune des roues. A l'avant et à l'arrière, situé entre le maitre cylindre et l'étrier, il y a un modulateur de pression pouvant réguler la pression du liquide de frein.
Lors du freinage, la fréquence des impulsions générées par le capteur de la roue avant est comparée à la fréquence des impulsions générées par le capteur de la roue arrière permettant ainsi de comparer les vitesses de rotation de chacune des roues. Si une vistesse est plus faible que l'autre, le modulateur de pression baisse légèrement la pression du liquide de frein permettant de relacher légèrement le disque et ainsi de libérer la roue concernée. L'électronique execute les comparaisons environ 7 fois par seconde et tant que la vitesse de la moto est supèrieure à 4 km/h. Bien sur, il y a un système de secours, en effet en cas de problème quelconque, le système ABS est déconnecté complétement pour retrouver un système de freinage normal.

Le Dual-CBS

Que signifie Dual-CBS? Dual Combined Brake System Diagram. Ce système de frein mis au point par Honda, a été utilisé initialement pour le CBR1000 en 1992 avant d'être généralisé à pratiquement toutes les motos de la gamme.
Comment ça marche? Certain vont dire "ben c'est simple c'est comme sur la voiture c'est une répartition avant/arrière" et bien non c'est pas si simple..

On remarque la présence d'un servomoteur (en vert) qui permet d'envoyer le liquide de frein vers l'arrière. Ce servomoteur est lié à la roue avant à un maitre cylindre secondaire. Chacun des étriers à trois pistons. Ceci est très important. la pédale de frein permet d'actionner tous les pistons centraux (en bleu). Le levier de frein, permet lui de pousser les pistons extérieurs de la roue avant (en rouge). Comme il y a deux disques, il y a deux étriers pour la roue avant. Le servomoteur lui permet de pousser les pistons extérieurs de la roue arrière (en vert). Sur l'animation, en jaune est représenté le chemin parcouru par le liquide de frein.
Quand on appuie sur la pédale de frein, tous les pistons centraux sont poussés à l'avant comme à l'arrière. Par contre, lorsqu'on fait un freinage fort avec la pédale, le liquide de frein va actionner le maitre cylindre secondaire qui va permettre au servomoteur d'actionner les deux pistons extérieurs du frein arrière.
Quand on actionne le levier de frein, les pistons extérieurs de la roue avant sont poussés. Lorsque le freinage devient plus appuyer, le maitre cylindre secondaire est actionné et permet alors de pousser les pistons extérieurs de l'étrier arrière.
Ainsi, quand vous freinez du levier et de la pédale, vous poussez la totalité des pistons du système de freinage.