Un vaisseau spatial qui entre dans l’atmosphère subit une résistance extrême à l’air. C’est pourquoi les capsules et navettes spatiales sont équipées d’un bouclier thermique capable de supporter de fortes températures. Ces tuiles en céramique se sont imposées dans la construction automobile au travers des disques de frein. Après tout… le système de freinage est surtout affecté par les fortes températures causées par la friction.
Que sont les disques de frein en céramique?
Lorsque vous entendez le mot «céramique» vous pouvez penser à la poterie. En effet, les éléments en céramique sont très demandés dans ce secteur. L’effet isolant contre les surtensions et la chaleur particulièrement intéressant en font un matériau idéal dans des circonstances extrêmes.
Une céramique spéciale est utilisée sur les freins: un composé de fibre de carbone et de carbure de silicium sont un mélange idéal pour absorber la forte énergie de friction.
Les freins en céramique sont donc équipés d’un ou plusieurs composants en ce matériau, ce qui apporte des avantages mais aussi quelques inconvénients.
Ideal contre l’effet d’atténuation
Un frein de voiture fonctionne par friction. Un vecteur ixe est pressé contre un élément rotatif, génère une énergie de friction et réduit l’énergie d’entraînement. La friction génère une chaleur trop importante, ce qui pourrait devenir un problème.
Lorsque la température de friction approche le point de fusion de l’élément rotatif, c’est-à-dire le disque ou le tambour, l’effet de freinage est réduit. Sur les freins à tambour (aujourd’hui obsolètes), ce problème peut parfois provoquer une panne totale.
C’est dans ce cas que les disques de frein en céramique apportent une solution. Le point de fusion de leur matériau de construction est très élevé et n’est jamais atteint même dans des circonstances de conduite très difficiles. Les disques de frein en céramique et carbone sont non seulement légers et sûr, en utilisation normale ils sont pratiquement éternels. Une longévité de 350 000 km est standard pour ces éléments.
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En raison des propriétés de leur matériau de fabrication, les disques de frein en fonte grise sont sensibles à la corrosion. Ces modules dépendent fortement de leur effet d’auto-nettoyage dans des conditions de conduite normales.
Étant un matériau non-métallique, le composé carbone-céramique n’est pas sensible aux effets du sel et de la corrosion. L’absence de rouille instantanée et l’abrasion de la couche de rouille qui en résulte lors du freinage est un élément clé de la capacité de résistance à l’usure des disques de frein en céramique.
Le défi principal: la dissipation de la chaleur
La chaleur générée par les disques de frein en céramique et carbone n’est plus absorbée et les composants qui les entourent sont alors affectés par la température. Suite à cette génération de chaleur, les tuyaux de frein et câbles de capteur doivent être protégés par une isolation en fibre de céramique.
Des températures allant jusqu’à 1600ºC ont été mesurées dans ces modules. Les disques de frein en céramique nécessitent des garnitures de frein appropriées. En conséquence, le remplacement des disques de frein en fonte par des disques en céramique est plus complexe que l’on ne le pense généralement.
Pas… encore… de bonne affaire
Les disques de frein en fonte grise sont fabriqués par moulage sous pression avant d’être meulées aux dimensions requises. En cas de problème, le disque de frein est simplement fondu avant d’être remoulé. Pratiquement aucune perte de matériau n’est déplorée au cours de ce processus de fabrication.
D’un autre côté, les disques de frein en céramique défectueux ne peuvent pas être fondus. Ils peuvent être déchiquetés puis utilisés dans la construction. Le recyclage bon marché de la ferraille et matières restantes, courant dans le traitement du métal, n’est pas réalisable ici.
C’est l’une des raisons pour lesquelles les disques de frein en céramique sont aussi onéreux. En chiffre, cela signifie qu’un système de freinage en céramique peut facilement coûter jusqu’à 10 000 euros. Ceci n’est pas financièrement intéressant, même pour les voitures familiales de luxe. L’installation en série est donc réservée aux limousines, voitures de sport, voitures de course professionnelles, camions de transport de fonds et véhicules blindés.
La mobilité électrique pourrait néanmoins stimuler les applications générales. En addition à ses excellentes propriétés de freinage et son extrême durabilité, le frein en carbone-céramique est très léger et dans une voiture électrique, chaque gramme économisé a un effet immédiat sur son rayon de couverture. Les disques de frein en carbone-céramique pourraient donc contribuer à une réduction de poids, mais cette idée et loin de sa concrétisation.
Les applications utiles des disques de frein en céramique
Toutefois, l’utilisation de composants en céramique sur les véhicules standard est viable. Au lieu de remplacer les disques de frein en fonte par des éléments en carbone et céramique, l’installation de garnitures de frein en céramique est une alternative acceptable.
Les garnitures de frein en céramique sont proposées par des fabricants réputés comme accessoires. Elles sont installées exactement de la même manière que les garnitures de frein traditionnelles et offrent certains avantages:
| – une meilleure résistance à l’usure – moins d’abrasion – une réduction du bruit – une meilleure adhésion en cas de disque de frein mouillé, etc… |
La performance de freinage des plaquettes de frein en céramique peut être comparée aux garnitures traditionnelles. Mais si votre voiture est équipée de belles jantes vous avez intérêt à utiliser des garnitures de frein en céramique. L’abrasion si redoutée a tendance à laisser un film de poussière persistant qui est difficile à éliminer. Les garnitures de frein en céramique produisent considérablement moins d’abrasion.
Tout aussi incroyable et le faible prix des jeux de frein comportant des garnitures de frein en céramique. Les fabricants de marques proposent cette solution à des prix à peine supérieurs à ceux des kits de frein traditionnels: le jeu de frein ATE, qui comprend le disque de frein, les garnitures et les accessoires commencent à environ 130 euros.
Ceci n’est en aucun cas excessif pour un produit de qualité de chez un fournisseur établi. Ces bas prix rendent cette solution valable lors de la prochaine visite d’entretien des freins.
Choisissez toujours l’innovation
Le développement des disques de frein va au-delà de l’utilisation de la céramique. Le dernier développement en est le disques hybrides: le disque de frein traditionnel en fonte grise est riveté à un vecteur en aluminium. Lorsque d’excellentes propriétés en matière d’équilibre de l’usure et dissipation de chaleur sont nécessaires, les disques de frein hybrides offrent une performance totale.
La masse est importante: les disques de freins simples, uniques sont rarement utilisés de nos jours car les disques de frein doubles ventilés sont devenus standard sur l’essieu avant.
Malheureusement, les nombreux avantages offerts par ces éléments innovants tels qu’une meilleure dissipation de la chaleur et une meilleure performance sont associés à une augmentation de la masse.
Ceci peut néanmoins être compensé par d’autres pièces: lorsque la fonte, lourde, ajoute au poids total de la voiture, les disques de frein hybrides sont en aluminium léger. Sur les disques de frein haute performance, la pièce de liaison entre l’anneau de freinage et le moyeu de roue est en métal léger.
Ce qui n’a bien entendu qu’une faible contribution sur la réduction de la masse. Mais ces disques de frein constituant une masse en mouvement critique, toute réduction de poids est la bienvenue. Un disque de frein léger cause moins de déséquilibre, soulageant ainsi le mécanisme complexe de l’essieu directeur.
Il n’y a pas de différence au niveau de la qualité: en ce qui concerne la robustesse, le bon alliage d’aluminium peut maintenant être comparé à l’acier.
Pourquoi ne pas fabriquer le disque entier en aluminium?
La construction du disque de frein entièrement en aluminium est impossible pour deux raisons:
| – faible point de fusion – pas suffisamment solide. |
L’aluminium fond à une température de 600°C. Une manœuvre de freinage standard génère aisément plus de 1000ºC et le métal léger deviendrait dysfonctionnel après quelques tentatives de freinage.
Et de plus, l’aluminium est sensible à l’abrasion. L’usure n’est pas acceptable, même en cas de freinage prudent. L’utilisation d’un métal léger comme vecteur de l’anneau de freinage est donc une solution ultime de ce matériau dans un système de freinage.
Foto: loraks, patruflo, Chatchai.wa, Wadim Wall, Photo_works, Stason4ik, NosorogUA, M181, Sista Vongjintanaruks,n aSuruwataRi, Nneirda / shutterstock.com
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