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Freinage : la céramique plutôt que le carbone

Leur arrivée sur les grosses voitures ultrasportives était annoncée depuis trois ans comme imminente. Pourtant, les disques de frein au carbone resteront cachés derrière les roues des Formule 1. C'est la céramique carbone silice, plus endurante et moins chère, qui pourrait remplacer ce matériau dans les freins du futur.

Les freins en carbone sont depuis longtemps les vedettes des grandes disciplines du sport mécanique. Ils permettent aux Formules 1 et aux GT ou aux voitures des 24 Heures du Mans de freiner plus fort. Depuis quelques années, ces performances et l'image sportive qu'ils véhiculent avaient laissé envisager une application des freins à disque en carbone sur une voiture de série. L'argus s'était d'ailleurs à plusieurs reprises fait l'écho des projets de Ruf ou de Brabus, avec lesquels travaillait Carbone Industrie, l'un des grands spécialistes du secteur. Mais le rêve d'une arrivée sur la route de ce type de freinage semble avoir vécu.

Le carbone, s'il dispose bel et bien d'un avantage considérable en termes de résistance à la chaleur, souffre de deux gros défauts face au bon vieux disque de frein en fonte : il s'use vite et il engendre des sensations désagréables à la pédale durant le freinage. Ces bruits et sensations parasites sont d'ailleurs à l'origine de la décision de Brabus de ne pas aller plus loin. A cela s'ajoute le prix. Un disque de frein en carbone coûte en effet quinze fois plus cher qu'un disque en fonte.

Les projets de voitures équipées d'une telle solution sont donc de moins en moins nombreux. Et ce d'autant plus qu'une nouvelle technique vient de faire son apparition et semble bien armée pour séduire les constructeurs. Il s'agit du freinage céramique. Mercedes a développé sa propre solution, qu'il est le premier à mettre sur la route avec le Coupé CL. Porsche travaille, lui aussi, sur cette technique. Brembo et Allied Signal envisagent de mettre sur le marché leur solution en 2003.

Le frein en céramique carbone silice a, sur le papier, tout pour séduire. La durée de vie du disque est près de dix fois supérieure à celle d'une version en fonte. Selon Brembo, un tel disque serait installé à vie sur la voiture. Et, comme le frein au carbone, dont il est issu, le frein en céramique dissipe la chaleur. Comme lui, plus il est chaud, mieux il fonctionne. Comme le carbone enfin, la céramique est légère, puisqu'un disque réalisé dans ce matériau est près de trois fois plus léger que son concurrent en fonte.

Son principal défaut est le prix, de 2,5 à 5 fois plus élevé que celui de la fonte, du fait notamment d'un procédé de fabrication complexe (voir plus loin). Mais la céramique représente une voie de progrès tout à fait intéressante pour les constructeurs. Ses performances, exceptionnelles, permettent d'arrêter des voitures de plus en plus lourdes sans pour autant redimensionner le système de freinage. L'installation à vie permet en outre de repenser le montage du disque sur l'auto.

Reste à résoudre plusieurs écueils techniques, dont le matériau des plaquettes est sans doute le plus important. En effet, un tel disque ne se freine pas avec n'importe quoi. Le carbone est exclu. Des plaquettes réalisées dans ce matériau s'useraient en quelques kilomètres. La céramique n'est pas envisageable. Aussi dure que le disque, elle ne produirait qu'un faible coefficient de frottement. Restent donc de nouveaux matériaux. Ils seraient agglomérés, dans un mélange, selon des techniques proches de celles utilisées pour les plaquettes de frein classiques.

La fabrication d'un disque en céramique carbone silice fait appel à des procédés complexes et coûteux. La base du disque est une matrice poreuse faite de fibres courtes de carbone auxquelles on donne la forme du disque dans un moule, avant de l'imprégner avec un composant spécial. Ce produit sèche et maintient les fibres en place tout en conservant la matrice poreuse. L'ensemble est ensuite compressé puis cuit dans un four autoclave (sous vide d'air). A la sortie du four, le disque en carbone possède sa forme définitive, mais pas encore sa dureté. Il est usiné à des dimensions très proches des cotes finales.

Le disque est alors à nouveau placé dans un four, dans lequel il est imprégné de vapeurs chargées de silice. Ce « brouillard de silice » traverse le disque. Les cavités dans la matrice du disque se chargent alors en particules de silice et se bouchent. Le disque en céramique est prêt. Il ne reste plus qu'à le rectifier légèrement pour obtenir les dimensions finales. Mais cet usinage final coûte très cher. Devenu pratiquement inusable, le disque en céramique ne peut être retravailler en effet que par des matériaux plus durs que lui, comme le diamant. Cette phase doit donc être réduite au maximum si l'on veut obtenir un prix de revient acceptable.

Cette complexité du procédé industriel limite le nombre de fournisseurs. Seuls quelques grands groupes, qui bénéficient d'une expérience dans l'aéronautique, y ont accès.

Mercedes a directement profité de l'expérience de Dasa, la branche aérospatiale de Daimler. Porsche travaille avec SGL Hitco, l'un des principaux producteurs mondiaux de carbone et de graphite. Chez Brembo, les matrices au carbone proviennent d'Allied Signal, un autre grand fournisseur du secteur aéronautique. Il manque à cette liste un autre grand du freinage : Carbone Industrie.

Le français avait beaucoup misé sur le freinage tout carbone avant d'arrêter progressivement ses développements dans ce domaine. Carbone Industrie étudie cependant, lui aussi, les disques en céramique, mais n'a encore annoncé aucun développement concret.

Pour tous les groupes qui travaillent aujourd'hui avec les constructeurs, les freins en céramique pour l'automobile représentent un enjeu considérable. Ils permettraient d'accéder à des volumes de production beaucoup plus importants que ceux de l'aéronautique ou de la défense.

Pour Brembo, en effet, le disque en céramique inusable pourrait ne pas rester limité aux seules voitures sportives de haut de gamme, comme le coupé Mercedes CL. Des applications sur des voitures moyennes seraient même envisagées par l'équipementier italien.

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