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, et de s'arrêter, donc notamment d'éviter une collision (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.

Dans un véhicule, le conducteur exerce un effort sur une commande (pédale dans le cas d'une automobile, levier dans le cas d'un deux roues et dans les anciennes voitures, etc.), et cet effort est transmis au frein. Cette transmission peut se faire :

• par câble (deux-roues) ;
• par circuit hydraulique (véhicule automobile, certains deux-roues) ;
• par circuit pneumatique (camions, trains) ;
• par circuit électrique ;
• par circuit mécanique

Dans le cas d'un circuit pneumatique, on peut « inverser » la logique d'effort : sans pression 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 d'alarme provoque une ouverture du circuit et donc un freinage immédiat.

Remarque : En cas de système de freinage défaillant où de surchauffe, on peut utiliser ce que l'on appelle le frein moteur qui consiste à rétrograder afin de ralentir le véhicule.

Sommaire 1 Types de freins 1.1 Frein à disque 1.2 Frein à tambour 1.3 Frein à sabot ou frein à bloc 1.4 ABS 1.5 Frein de secours et de stationnement 1.6 Frein de bicyclette 1.7 Frein rhéostatique, frein par récupération 1.8 Frein à courants de Foucault 1.9 Frein magnétique 2 Freinage des aéronefs (au sol) 3 Freinage lors d'un appontage 4 Voir aussi 5 Notes et références

Types de freins

Frein à disque

Concernant le freinage, il convient de signaler que les freins à disque, également venus de l'aviation, font leur apparition en 1953 aux 24H du Mans sur une Jaguar type C. Celle-ci ayant remporté l'épreuve, attire tout particulièrement l'attention sur cette solution hardie. Deux ans plus tard, en octobre 1955, Citroën équipe sa DS19 de freins à disque à l'avant. Les autres voitures européennes de sport et de luxe ne tardent pas à emboîter le pas. Les systèmes se multiplient ( Girlin, Dunlop, Bendix, etc..) et la généralisation est maintenant quasi-totale.

Frein à tambour

Le frein à tambour est constitué d'un cylindre au sein duquel des mâchoires munies de garnitures s'écartent pour réaliser le freinage, et d'un système de compensation d'usure. L'écartement est réalisé grâce à une came. Les mâchoires reviennent en position grâce à un ressort.

Frein à sabot ou frein à bloc

Le frein à sabot est constitué d'une pièce mobile, le sabot, qui vient s'appliquer sur la roue ou un dispositif qui en est solidaire. Il est encore employé, notamment dans les transports ferroviaires.

ABS

De l'allemand Antiblockiersystem : un dispositif de frein anti-blocage (voir ABS). Le principe de fonctionnement est simple : un calculateur électronique gère un bloc d'électrovannes sur le circuit de freinage et surveille individuellement la rotation de chacune des roues à l'aide d'un capteur implanté sur chacune d'elles. Si le calculateur détecte le blocage (ralentissement significatif par rapport aux autres roues) d'une roue, le frein de celle-ci est relâché immédiatement (sans que le conducteur n'ait à modifier son action sur la pédale de frein). Le calculateur va permettre la pression de freinage la plus forte possible tout en évitant un blocage des roues.

Le but principal de l'ABS est de permettre de garder le véhicule manœuvrable lors d'un freinage d'urgence et non de réduire la distance de freinage.

L'efficacité de l'ABS sur les distances de freinage dépend de beaucoup de facteurs comme le poids du véhicule, sa vitesse, ses pneus, la surface de la route, la quantité d'eau présente sur celle-ci etc. C'est pourquoi il serait faux de dire que l'ABS réduit les distances de freinage, tout comme il serait faux de dire qu'il ne les réduit pas. Généralement, l'ABS diminue très peu les distances de freinage sur bitume sec, légèrement sur bitume humide ou mouillé et les augmente sur graviers ou sur neige^[1]. En effet sur ces surfaces meubles un blocage des roues peut aider à la formation d'un monticule au devant des pneus, permettant ainsi un freinage plus court qu'avec l'ABS. Cependant, certains ABS modernes^[2] prennent en compte ce genre de particularité.

Frein de secours et de stationnement

Frein à main, frein à vis, frein de parking.

Frein de bicyclette

• Frein à mors, transmission par câble
• Rétropédalage
• Frein à disque hydraulique et mécanique
• Frein à tambour
• Frein sur jante

Frein rhéostatique, frein par récupération

Le freinage électrique 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. L'énergie cinétique, liée à la masse en déplacement, est convertie en énergie électrique que l'on envoie vers des résistances mortes qui la dissipent sous forme de chaleur (frein rhéostatique) ou réinjectée dans la source d'alimentation — caténaire, ... (frein par récupération).

Frein à courants de Foucault

Type de frein utilisé notamment sur les camions et autocars, appelé aussi ralentisseur.

Frein magnétique

Où et comment sont utilisés les freins magnétiques :

Le frein magnétique est employé dans la technologie 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 MI 2N (matériel RATP de la ligne A et SNCF 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, ...) car il est nécessaire d'arrêter le train sur une distance la plus courte possible. À titre d'exemple une train de banlieue avec une Z 20500 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 côté jusque dans les années 1990 ou il est réaparu sur les rames MI2N, X73500, ... Et très bientôt sur les rames POS du TGV Est Européen qui feront la liaison France/Allemagne.

Principe de fonctionnement :

Les freins magnétiques se composent d'un ensemble (vérins plus patin) fixé sur le châssis du bogie [1] [2]. Lors d'un freinage d'urgence, les patins descendent contre le rail grâce aux vérins. Ensuite, un champ magnétique est créé pour plaquer les patins sur le rail, 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 disques est trop important il y a risque d'enrayage (blocage de l'essieu 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, ... ce qui est préjudiciable pour la sécurité des circulations qui est la base des réglements ferroviaires.

Freinage des aéronefs (au sol)

En plus du freinage conventionnel au moyen de freins placés sur les roues, un aéronef 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 au pied de la dérive, et s'ouvrant au moment de l'atterrissage
• aérofreins (également utilisés pour le freinage aérodynamique en vol)
• système d'inversion de poussée

Dans le cas des avions militaires, un dispositif de secours permet d'arrêter en bout de piste un avion qui n'aurait pas pu freiner à temps 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, 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 des roues, la crosse agrippe naturellement un des brins disposés en travers du pont
• 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 moteur maximale est enclenchée dès le toucher des roues. Enfin un grand filet peut aussi être déployé en travers du pont, afin de permettre à l'avion d'apponter même si l'avion n'est plus en mesure d'attraper un brin d'arrêt (crosse cassée etc..). Cette méthode est cependant utilisée en dernier recours, en effet le filet risque d'endommager la structure de l'avion lors de son arrêt.

Voir aussi

• Le Wikilivre de tribologie et en particulier le paragraphe consacré aux recherches actuelles en matière de freinage.

Notes et références

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