Freins en céramique

Dans les sports mécaniques, la vitrine qu’est la formule 1 est un vrai laboratoire de nouvelles technologies. Les freins céramique en sont une des composantes. Mais quelle est cette innovation, dont le nom évoque plus la fragilité que la performance ? Et quel en sera le poids sur la voiture d'un conducteur lambda ? Pour tout savoir sur les freins en céramique.

Système de freinage auto et ses limites

Principe du freinage d’un véhicule : rappels

Un véhicule accumule en roulant de l’énergie cinétique ; c’est une énergie potentielle qui se transforme en énergie destructrice lors d’un accident contre un obstacle, ou qui prend la forme d’énergie calorifique quand les freins sont actionnés pour ralentir ou arrêter la voiture.

La montée en température des freins est donc un phénomène normal et la problématique réside dans la capacité des organes de freinage à dissiper cette chaleur dans l’air ambiant. La limite est atteinte au cours d’un freinage appuyé ou prolongé où la chaleur peut détériorer les joints des pistons de freins, les disques de freins et bouillir le liquide de freins (fading), les rendant inopérants.

Solutions techniques : freins en carbone ou céramique

Pour dissiper la chaleur, différentes solutions correctives existent. Les plus simples et moins coûteuses sont les disques ventilés ou perforés.

• Le disque ventilé : il comporte 2 épaisseurs entre lesquelles circule l’air permettant un meilleur refroidissement.
• Le disque perforé : plusieurs perçages parsèment la surface des disques participant à un meilleur refroidissement.

Le remplacement des disques acier par des disques carbone ou céramique constitue également une alternative efficace, la restriction pour les disques carbone étant leur mise en température préalable pour être fonctionnels.

Zoom sur les freins en céramique

Ce type de freins, qui n’a rien à voir avec la matière céramique traditionnelle, est composé de céramique composite. Ce sont des freins à structure carbone auxquels sont ajoutés des extraits de silice. Chauffés au four, ces disques acquièrent une dureté proche de celle du diamant.

Avantages des freins en céramique

Les disques en céramique présentent des qualités considérables.

• Une capacité de fonctionnement à température élevée (jusqu'à 1 000°C). En outre, leur facilité à ne pas diffuser la chaleur préserve la durée de vie des organes et fluides voisins (étriers de freins, liquide de freins, moyeux, graisse des moyeux et transmissions…) .
• Une durée de vie importante. Par leur qualité de dureté, la durée de vie est équivalente ou supérieure à celle du véhicule, donc de 5 à 10 fois supérieure aux disques standard (pour comparaison, un jeu de disques en acier se remplace en moyenne tous les 50 000 km).
• Une grande légèreté (3 fois moins lourds que les disques traditionnels). C'est un facteur important pour les masses non suspendues (roues et freins).
• Un freinage puissant et efficace à toutes les températures (qualité qui découle des précédents points forts).

Inconvénients des freins en céramique

Si les freins céramique sont une révolution, leur diffusion sur les véhicules de grande série n’est pas encore d’actualité, notamment pour deux raisons essentielles :

• Le coût : il est exorbitant. Pour exemple, un pack de freins céramique (disques + étriers de freins) pour une Audi RS 6 atteint 10 000 €. La raison principale en est le procédé de fabrication, extrêmement technique et long :
  • une matrice en fibre de carbone poreuse est progressivement enrichie et comblée par des matériaux composites, après diverses étapes de formatage et d’étuve ;
  • la pièce obtenue doit approcher au plus juste les caractéristiques dimensionnelles finales ;
  • la dernière étape consiste à ajouter des composants à base de silice pour obtenir, après un dernier étuvage, une dureté proche du diamant, qui complique la dernière opération de rectification du disque destinée à l’amener précisément à sa cote finale.
• L’élitisme, qui découle du coût, du au procédé de fabrication et du nombre très restrictif de firmes capables de produire des freins céramiques. Les principaux développeurs étant Brembo et Carbone Lorraine, pour l’équipement optionnel de marques et modèles de prestige et pour les écuries de course.

Quelques exemples de montages disponibles (le prix moyen d'un jeu de disques étant de 3 500 € HT) :

Des freins en céramique sur les voitures de grande série ?

Comme évoqué, les véhicules actuellement équipés (en option) sont les véhicules de prestige et de luxe, ainsi que les prototypes de compétition.

Les voitures de série devront attendre encore quelques années, l’évolution vers des procédés de fabrication plus flexibles et la baisse des coûts étant la condition première : si mécaniquement une production en grande série baisse les coûts, ceux-ci seront toujours supérieurs aux disques de freins traditionnels (un jeu de disques acier vaut de 50 à 150 €).

Si enfin les arguments de sécurité par leur rendement penchent en faveur des disques céramique, les systèmes de freinage traditionnels ont de leur côté beaucoup évolué, aidés par des dispositifs d’assistance (anti-blocage des freins, adhérence des pneumatiques, nouvelles technologies liées aux véhicules électriques et hybrides, comme la récupération d’énergie au freinage, qui permettent de moins solliciter les freins).