Comprendre : Les freins hydrauliques sur vos VTT

Quittons le maitre-cylindre pour s’occuper de la durite : là aussi c’est simplissime elle guide le liquide du maitre-cylindre vers l’étrier, et le tout si possible sans se dilater, pour que la force du maitre-cylindre serve justement à freiner en poussant les plaquettes et non pas juste à dilater la gaine. Sachez qu’une gaine noire standard tient largement 2000 à 5000 psi de pression sans se dilater selon les modèles ! Par contre une gaine pincée ou écrasée, elle, cloquera dès qu’on appuie sur le frein, diminuant la force de freinage !

Une fois arrivé à vers la fin de notre système, nous voici rendu à l’étrier, finalement un simple support qui maintient en place les pistons, qui coulissent et se rapprochent sous la force du liquide apporté par la gaine, poussant par la même les plaquettes contre le disque jusqu’au contact et là, le saint graal : ça freine (normalement, du moins) !

Revenons rapidement sur les pistons : plus il y en a par côté, plus la plaquette peut être longue, donc le contact plaquette/disque étendu, et donc plus il y aura de frottement. Donc plus le frein pourra freiner fort, toutes autres choses étant égales par ailleurs. En DH on roule avec 4 pistons par étrier. En enduro on peut faire un couple 4 pistons pour l'avant et 2 pour l'arrière, voire 4 et 4. En all-mountain on voit souvent 2 pistons à l'avant et à l'arrière.  

Dans le grand monde des plaquettes il y a deux grands types : les organiques, et les métalliques. Ces deux types de plaquettes on chacun leurs spécificités propres.

Commençons par l’organique :

La partie qui va frotter le disque est composé de matières dites « organiques » (d’où le nom, c’est bien fait tout de même) comprenez : un peu de métal tout de même et de la fibre diverse allant de la « bouse séchée » aux fibres ressemblant à de l’amiante ou aux fibres de carbone. Le tout lié par une colle, et compacté !

Donc à l’utilisation on se retrouve avec ces spécificités :

• freine fort même et surtout à froid
  
• se rode très rapidement, à base de petits freinages pas trop puissants
  
• s’use relativement vite (surtout dans la boue, car celle-ci vient rajouter du frottement)
  
• peu chères
  
• ne supporte pas bien la chaleur, perd très vite du mordant une fois la chaleur limite atteinte.
  
• ne couine pas trop en condition grasse/humides

Et du coup sa comparse, la métallique : la garniture est elle faite à base de petits morceaux de métal (dit frittés) compactés a très haute pression sur le support de plaquette, et niveau rendu on est à peu près à l’opposé de l’organique :

• freine peu à froid, nécessite de monter en température pour trouver du mordant
  
• se rode plus lentement, à base de longs freinages faisant chauffer le tout
  
• s’use bien moins vite
  
• plus chères que les orga
  
• supportent bien mieux les grosses températures, et surtout perdent leur mordant de façon plus progressive une fois la température limite atteinte
  
• souvent très mélodieuses quand il pleut, on vous entend arriver de loin !
  

Puis il y a les variantes pour compliquer le tout :

Les semi-métalliques : un mix des deux, tant niveau composition que comportement

Les céramiques : comme les métalliques, mais en pire (vous prenez toute la description des métalliques et vous rajoutez « plus », donc plus chères, plus endurantes au chaud, etc…)

Et les carbone et autres « organiques de luxe » qui restent donc des organiques mais essaient par des assemblages de matériaux de meilleure qualité de garder les avantages de l’organique tout en gommant les inconvénients.

Avec un peu de bon sens on comprend vite qu’un rider de 65kg qui fait du trail dans l’Oise prendra plutôt des organique, là où un sanglier de 90kg qui fait de la DH dans les Alpes ne jurera que par les métalliques !

Les plaquettes, ça s'use ! Petit florilège proposé par nos lecteurs ! :) 

Dot 4 ou 5.1 pour bon nombre de freins, voire minéral pour Magura et Shimano.

Il sert donc à transmettre l’effort vers l’étrier et n'a pas une vie facile : il reste bien froid au niveau du levier, mais chauffe fortement vers l’étrier.

Pas de chance pour lui, ses deux ennemis connus sont la chaleur justement, et l’humidité.

A titre d’info et pour imager, du dot 5.1 en bon état, sorti d’un bidon neuf, donc sans aucune eau dissoute dedans part en ébullition à 270°c, passé ce point vous finissez dans un arbre donc !

Le même sorti d’un bidon hors d’âge qui a pris l’air, est saturé de flotte à 3.7% et par en ébullition à…..tadam….191°c ! Presque 80°c avant du bon DOT ! D’autant plus que si il y a de l’eau, ça va faire de la vapeur et créer des bulles qui ne se résorberont pas une fois la température baissée : en plus de prendre un arbre bien plus tôt dans la descente, vous devrez purger en rentrant !

Bref, davelepec ne le dira jamais assez sur le forum : utilisez du DOT récent, achetez plutôt 200ml chaque année, au lieu d’1 litre d’un coup pour tenir 5 ans…

Une fois le levier relâché, tout est renvoyé en sens inverse par un ressort se trouvant contre le maitre-cylindre et parfois aussi sur le levier.

Voilà pour la théorie au pays de bambi…Mais dans la vraie vie, ben justement la vie du frein n'est pas rose : son gros souci c’est qu’il chauffe, et qu’il s’use. Et en plus, plus il chauffe plus il s’use vite !

Donc c’est reparti pour étudier comment marche le système que l’on vient de décrire quand on freine pour de vrai, et que ça commence à chauffer sévère !

DONC… petite mise en situation : sur un joli singletrack descendant bien roulant mais nécessitant des freinages « d’homme » (ça, c’est pour toi Léa) genre la descente du Ventoux par la combe fiole, pour les connaisseurs ! Lancé comme un âne à 60 à l’heure il va bien falloir penser à freiner avant le premier virage :

Prise du levier=> freinage massif.

Le levier pousse le maitre-cylindre, qui pousse le liquide dans la gaine, qui pousse donc dans l’étrier et sur les pistons et qui drosse donc les plaquettes contre le disque !

Frottement=> freinage ! Que se passe-t-il maintenant dans un frein bien entretenu ?

Ça frotte donc ça chauffe, et ça chauffe dur ! Une partie de cette chaleur passe dans le disque. Heureusement vous avez un bon disque en 200mm, de bonne épaisseur, donc il emmagasine à fond la chaleur et grâce à tous ses évents, se refroidit aussitôt grâce à la circulation d’air. Serein de ce côté-là.

Le reste de la chaleur passe par les plaquettes : nafout’ c’est des métalliques et elles ne perdront pas leur mordant avant 600°c, on en est pas là encore !

Les plaquettes chauffent donc, mais tiennent, et continuent à bien gratter le disque tout en transférant leur chaleur aux pistons.

Ceux-ci sont en matériau réfractaire (comprenez qui transmet peu la chaleur) donc il laisse passer une partie de la chaleur derrière et autour de lui, faisant chauffer l’étrier, mais surtout le liquide de frein : celui-ci est récent et non gazé, donc il ne s’échauffe pas jusqu’à son point d’ébullition.

Tout s’est bien passé, la pression sur le levier est relâchée, tout revient en arrière (maitre-cylindre, liquide, pistons, plaquettes) et la roue n’est plus freinée !

A noter que le liquide est plus chaud qu’avant le freinage, et donc s’est dilaté, voilà pourquoi la quasi-totalité des freins ont un petit réservoir de liquide dans le corps du levier, qui ne communique avec le reste du système que quand le frein est relâché, et permet de stocker (entres autres) le surplus de liquide quand celui-ci est réchauffé et donc dilaté.

Que se passe t’il maintenant quand tout va mal, que notre frein est une chiotte sans nom dans un état déplorable ?

Toute la partie application du frein reste inchangée, du coup la création de chaleur reste la même.

Exit le disque de 200mm, vous avez voulu gagner du poids et vous avez mis des 160mm ajourés de partout : même quantité de chaleur à répartir sur moins de matière (ici le métal du disque) pas de secret, ça va chauffer plus et refroidir moins vite.

Du coup coté étrier, c’est la course pour savoir qui va lâcher en premier :

Les plaquettes organiques (bah oui, c’est deux fois moins cher, ça fait économiser 6€ sur un bike à 4000…) dépassent leur température limite de fonctionnement : comme on dit, elles se glacent et deviennent aussi glissantes qu’une motte de beurre, tout en s’usant à vitesse grand V.

Les pistons sont en matériau réfractaire, soit, mais plus de chaleur à l’entrée, plus de chaleur à la sortie : le DOT chauffe à mort.

Sur du DOT en bon état, vous dépassez 270°c, ça part en ébullition et votre levier devient tout mou. Heureusement, une fois la température redescendue, vous récupérez le toucher du frein comme avant.

Sur du vieux DOT farci de flotte : vous gagnez du temps car il bout 80°c plus tôt et en plus l’eau à l’intérieur bout aussi ! Le souci c’est que l’eau fait donc de la vapeur, donc moult bu-bulles partout qui se regroupent et en font quelques grosses. C’est la cata : quand le frein refroidit, ces bulles restent formées et donc le frein devient tout mou au levier, vous êtes bons pour une purge…

Accessoirement à ce niveau-là, il se peut que vous ayez récolté une belle gamelle au passage, et ruiné toute une sortie ou compétition.

Petite explication pour comprendre un phénomène bien connu :

Tant qu’on freinait ça allait bien, et c’est une fois le levier relâché que tout est devenu mou pour les freinages suivants : typiquement on a gardé le frein appliqué a 50km/h pendant 30 secondes, ça marchait bien, on a relâché 2 secondes à peine puis repris les freins, et là plus rien !

Eh ben ce n’est pas un mystère c’est juste de la physique :

Un liquide sous pression a une température d’ébullition plus haute…outch

En pratique cela veut dire que (prenons des chiffres au pif, juste pour imager) frein au repos, DOT soumis à zéro psi de pression, il bout à 270°c. Pendant le freinage, le DOT soumis donc à plusieurs bars de pression, celui-ci bout (disons) à 400°c…

Donc sur les longs freinages, tranquillou , sous pression, le dot monte à 350°c et reste bien liquide, pas de soucis à se faire, 50°c de marge.

Relâchez ne serait-ce qu’une seconde : la température reste la même car il y a de l’inertie à refroidir tout ça, par contre la pression passe d’un coup à zéro=> bam : température d’ébullition à 270°c. donc ça bulle, d’un coup et à mort ! Reprenez le frein dans la seconde et vous n’avez plus qu’un levier tout mou => option frein à arbre !

Voiloù pour les ravages de la chaleur.

Mais quid de l’usure de nos freins hydrauliques maintenant ?

Il est facile de comprendre ce qui se passe quand un frein s’use : le disque et les plaquettes perdent de l’épaisseur. Si on ne faisait rien, la course du levier avant de se mettre à freiner augmenterait au fil de l’usure.

Reste à comprendre les systèmes qui permettent de contrer cela. Pas dur il y a deux éléments : un joint à section carrée dans l’étrier, et un réservoir dans le corps du levier.

Explication, reprenons le schéma de l’étrier :

On voit bien ce gros joint noir à section CARREE (c’est important) entourant le piston. Quand le piston avance vers le disque lors d’un freinage, celui-ci accompagne le piston : comprenez qui ne glisse pas contre le piston mais se déforme en suivant, comme s’il était collé au piston.

Cela est vrai lors d’un freinage classique donc, le piston avance, le joint le suit. Le piston recule, le joint le suit de nouveau, l’aide même à rentrer car il reprend sa forme initiale tout seul et on se retrouve strictement comme au début.

Pour imager avec des valeurs au pif, le piston avance de 1mm, le joint se déforme/tord de 1mm aussi et au retour les deux repartent en arrière de 1mm, rien n’a changé.