Le moyen le plus facile d'aborder le freinage sur piste est de regarder sa définition dans le dictionnaire : "système destiné à ralentir ou à arrêter un ensemble mécanique doué de mouvement". Rien de compliqué, puisque nous sommes tous d'accord sur le fait que l'objectif du freinage est de ralentir pour adapter notre vitesse au virage. Mais pour vraiment l'étudier en détail, comprendre comment il fonctionne mécaniquement et l'optimiser sur piste, il faut commencer par retourner un peu à l'école...
Dynamique d'un véhicule
Tout objet en mouvement possède une énergie cinétique directement liée à sa masse et à sa vitesse. Elle correspond au travail qu'il faut fournir pour passer d'une vitesse nulle à une vitesse donnée. Comme votre prof de physique vous l'a certainement dit un jour : "rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme". Cela implique que l'énergie acquise par la voiture pendant l'accélération ne va pas s'envoler dans la nature à la moindre pression sur la pédale de frein. Elle est transformée en chaleur grâce à l'action du système de freinage : son rôle principal se résume à dissiper l'énergie cinétique du véhicule.
Cette énergie est proportionnelle à la masse et au carré de la vitesse (E = ½ m v²). On comprend donc facilement que plus un véhicule est lourd, plus il lui faut un système de freinage conséquent, capable de dissiper une forte énergie et de résister à des montées répétées en température. L'impact de la vitesse est encore plus important : doubler sa vitesse revient à multiplier par quatre l'énergie que l'on doit dissiper au freinage. Il faut l'inclure dans la recherche du point de freinage sur circuit : distance de freinage et résistance à la chaleur !
Comment ça marche ?
Il existe plusieurs types de systèmes de freinage, mais le cas le plus courant sur nos véhicules est le freinage assuré par du liquide de frein, des étriers, des disques et des plaquettes. Toutes nos excuses aux propriétaires de véhicules historiques dotés de freins à tambours, ou à ceux, plus ambitieux, qui ont tenté d'installer des systèmes de freins électropneumatiques de train...
Le système de freinage complet, de la pédale au disque, se divise en quatre parties.
Le servofrein (master-vac)
La première, le servofrein, amplifie la pression exercée par le pilote sur la pédale de frein. Son fonctionnement détaillé ne nous intéresse pas ici, car beaucoup de véhicules de course ou de séries "extrêmes" n'en sont pas équipés. La différence majeure vient de la sensation à la pédale : un véhicule de série équipé d'un servofrein demande une pression moins importante et plus confortable, alors qu'un véhicule sans assistance donne une pédale très ferme et avec peu de course.
Le maître cylindre
La seconde partie transforme la pression exercée par le pilote sur la pédale en énergie hydraulique, répartie sur les différentes roues : c'est le maître cylindre (MC). Un piston comprime le liquide de frein suite à l'action sur la pédale et l'envoie dans les durites. On le repère très facilement dans le compartiment moteur, puisqu'il est en général placé juste en dessous du réservoir de liquide de frein.
Son rôle est primordial et il faut surveiller de près l'étanchéité du système : on passe parfois des heures à se demander pourquoi le freinage n'a pas de mordant, alors qu'on a négligé le MC. Les joints se dilatent avec le temps et l'usure, ce qui peut faire baisser la pression à l'intérieur. Sur un véhicule resté longtemps immobilisé, le piston peut aussi présenter un peu de grippage. Dernier point : la purge. Attention à la purge "à l'ancienne" en pompant sur la pédale : ne pas exagérer, sous peine de détériorer les joints du MC !
L'étrier de frein
Le liquide étant comprimé, il faut maintenant transformer cette force hydraulique en énergie mécanique. C'est le rôle de l'étrier, qui accueille le liquide sous pression et pousse un ou plusieurs pistons. Les choix des constructeurs sont nombreux : étrier fixe ou flottant, mono piston ou multi pistons. Sur les véhicules sportifs modernes, les étriers fixes multi pistons sont la solution la plus utilisée et la plus efficace. Mais il ne faut pas remonter si loin pour retrouver des sportives avec des freins à simple piston, comme la BMW M3 E36...
L'étrier mono piston flottant est le système le moins coûteux et le plus utilisé par les constructeurs généralistes. Son principe est simple : le liquide sous pression pousse le piston, qui vient coller la plaquette "intérieure" sur le disque. Ensuite l'étrier se déplace vers l'intérieur, grâce à des coulisseaux, en continuant à pousser sur le disque, et la seconde plaquette se retrouve ainsi plaquée. Attention au grippage de ce type d'étrier avec l'usure, surtout sur un véhicule longuement immobilisé.
L'étrier fixe multi pistons : les fabricants proposent une multitude de produits à deux, quatre, six ou même huit pistons. Il n'y a pas de coulisseaux qui lui permettent de se déplacer : les pistons rapprochent les plaquettes de chaque côté du disque. Les avantages sont multiples : pression hydraulique mieux répartie sur les plaquettes, moins de risque de grippage de l'étrier, pistons plus petits et plus légers qui se déplacent très vite (mordant). En revanche, leur fabrication coûte cher, l'encombrement est plus important et l'entretien ne doit pas être négligé : plus de pistons veut dire plus de joints soumis à de fortes chaleurs et à l'usure.
Ici tout est histoire de compromis : un système avec beaucoup de pistons et de gros étriers est lourd, encombrant (taille de jante importante) et cher. C'est pourquoi il est difficile de faire du circuit avec une citadine d'origine : son freinage n'est pas prévu pour résister à des freinages puissants successifs, mais il suffit pour freiner dans des conditions normales de circulation. Et si vous envisagez de changer vos étriers pour un modèle plus gros, n'oubliez pas de prendre en compte l'encombrement supplémentaire et l'augmentation des masses non suspendues si vous êtes obligé d'installer des jantes plus grandes.
Disques et plaquettes
Nous arrivons aux derniers éléments du système, qui ont le rôle le plus important : dissiper l'énergie du véhicule en mouvement. Le ralentissement de la voiture s'effectue par frottement : le disque tourne avec la roue, et les plaquettes, fixes dans l'étrier, le pincent sous l'effet de la pression exercée par les pistons. C'est ce frottement qui dégage de la chaleur et permet de freiner. La qualité des disques et des plaquettes est donc primordiale pour avoir un freinage efficace et endurant. Leur usure doit être surveillée de près et, lorsqu'on envisage de rouler sur piste avec un véhicule de série, il ne faut jamais oublier que le système de freinage n'est pas forcément prévu pour une utilisation intensive sur circuit !
Les disques voilés... un mythe ?
Voilà un sujet sensible, qu'il faut éclaircir avant de faire des frais inutiles. Dans 99 % des cas, un disque ne voile pas. Il s'agit d'un dépôt de plaquette qui stagne sur le disque à cause des fortes températures et donne des vibrations au freinage. Le terme "voilé" est un abus de langage, puisqu'en réalité le disque ne se tord pas. Le dépôt irrégulier peut même aller jusqu'à modifier localement la qualité de la fonte en cas de très forte température. Les causes d'une surchauffe sont diverses : système de freinage sous-dimensionné pour l'utilisation demandée, technique de freinage inadaptée (progressif) ou mauvais refroidissement des freins.
Alors que faire lorsque ça vibre ? Nettoyer au plus vite ses disques : nettoyant frein, resurfaçage du disque ou gros freinage avec des plaquettes très abrasives, tous les moyens sont bons pour enlever le dépôt. Il ne faut surtout pas insister trop longtemps si les vibrations persistent, car à partir d'un moment, cela devient irréversible : les résidus de plaquette sont incrustés dans la matière et modifient localement la structure du disque.
La technique de freinage
La partie technique terminée, nous allons enfin parler de ce qui se passe sur la piste. Vous l'avez compris, il est impossible de définir une règle unique sur le point de freinage, la pression à donner sur la pédale et l'endroit où l'on va arrêter de freiner, tant les éléments extérieurs ont de l'influence... Ça commence bien ! Mais tous les freinages se ressemblent et ont un but commun : ralentir et placer son auto pour préparer la sortie du virage.
La première chose à avoir à l'esprit est que, lorsque l'on roule sur circuit, on doit oublier ce que le moniteur d'auto-école nous a appris. Il existe trois façons de freiner : le freinage progressif, le freinage constant et le freinage dégressif. En pilotage, on bannit de son vocabulaire le progressif que nous pratiquons tous les jours, car il est confortable, mais totalement inadapté au pilotage sur circuit.
Il faut ensuite différencier deux catégories de véhicules : ceux sans appui aérodynamique poussé, et ceux qui en ont. Par exemple, un pilote de Formule 1 qui lâche l'accélérateur peut subir, suivant la vitesse, une décélération d'1 G sans même toucher à la pédale de frein... La manière de freiner en Formule 1 est donc un peu différente de celle à bord d'une Clio RS. Pour le comprendre, il faut se remémorer ce que nous avons vu dans le numéro 2 du magazine : lors d'un freinage, il y a un transfert de charge qui s'effectue sur le train avant et qui "plaque" les roues au sol. Sur une F1 ou tout autre véhicule disposant d'appui aérodynamique, cette charge varie pendant toute la décélération, car l'appui aéro est directement lié à la vitesse. Mais sur un véhicule classique, une fois que le transfert est fait, la charge sur le train avant ne varie quasiment plus. La limite de blocage des roues varie donc fortement sur un véhicule doté d'appui aérodynamique, alors qu'elle est quasiment constante sur un véhicule de série. Comme on cherche à s'approcher le plus possible de cette limite sans jamais la dépasser, la technique n'est pas exactement la même.
Le freinage d'urgence, pour comprendre l'ABS
Pourquoi analyser un freinage d'urgence ? Pour voir l'action de l'ABS, qui corrige la pression dès que la limite de blocage est atteinte. La courbe relevée sur un véhicule de série montre :
- une attaque de frein franche ;
- une pression constante pendant toute la durée du freinage ;
- l'intervention de l'ABS à plusieurs endroits (les petits creux).
On s'aperçoit que, lors d'un freinage d'urgence, la pression entre le début et la fin n'a presque pas varié. Cela s'explique par le fait que la charge sur le train avant ne varie pas, donc que la limite de blocage des roues est constante. Si cette limite diminuait avec la vitesse, l'ABS corrigerait la pression à une valeur plus basse au fur et à mesure que la vitesse diminuerait.
En action
La première chose à faire lorsque vous recherchez le freinage idéal sur piste, c'est d'aller chercher la limite de blocage des roues : pour pouvoir s'en approcher au plus près, il faut savoir où elle se trouve ! Bloquer une fois les roues permet de jauger la pression maximale à donner sur la pédale en fonction de votre véhicule et des conditions de roulage : météo, état de vos pneus et du revêtement, etc. On va chercher à s'approcher le plus rapidement possible de cette valeur sans jamais l'atteindre : c'est l'attaque de frein. Elle doit être franche et précise, et se faire avec le volant le plus droit possible. Le transfert de charge vers l'avant est violent, donc l'arrière de la voiture se retrouve délesté : trop d'angle au volant à ce moment-là peut très mal finir. C'est pourquoi, dans des cas particuliers où le freinage se fait en courbe, il faut adapter sa trajectoire afin d'avoir un "bout droit" pour taper les freins.
L'idée est de ne pas entrer dans l'ABS à chaque freinage, puisqu'il relâche la pression dès qu'on touche la limite de blocage : la distance de freinage sera plus longue (le rôle principal de l'ABS n'est pas de freiner plus court, mais de garder du pouvoir directionnel dans une situation d'urgence). Il faut trouver le dosage précis pour être au plus proche de la limite.
Ensuite il faut s'adapter à la situation. S'il s'agit d'un freinage école en ligne droite et que vous êtes dans un véhicule de série sans appui aérodynamique poussé, il n'y a aucune raison de relâcher la pression sur la pédale : c'est une phase de freinage "constant", où l'on cherche à rester au plus près de la limite de blocage (le ralentissement pur). Le freinage dégressif ne commence que lorsqu'on braque les roues, pour la phase d'inscription vue dans le numéro précédent. En réalité, à haute vitesse, même un véhicule sans aérodynamique poussée subit un peu d'appui sur le train avant suivant la forme de la carrosserie, donc il faut légèrement adapter sa pression sur la pédale, mais ces effets ne se font sentir qu'à très haute vitesse.
Si vous êtes dans une voiture avec de l'aéro, ça se complique : il faut s'adapter à la charge qui diminue sur le train avant et réaliser un freinage dégressif dès le début. Pour les autres véhicules, il faut s'adapter à la voiture concernée en commençant le freinage dégressif très tôt.
Définir son point de freinage
Comme pour de nombreux points du pilotage sur circuit, il faut partir de la fin pour définir les actions que l'on souhaite mettre en place : ici, freiner ! En théorie, le freinage se termine quand le pilote est en mesure de reprendre l'accélérateur, c'est-à-dire lorsque la voiture est placée, orientée vers la sortie. Hormis quelques cas particuliers de virages très longs, soit on freine, soit on accélère : il y a très peu d'attente.
Il est impossible de définir une règle unique qui fonctionnera sur chaque virage et chaque voiture, mais de manière générale cette fin de freinage se situe autour du point de corde. Dans l'exemple du virage du Musée au Mans, elle se situe un peu avant la corde : l'objectif est d'emmener les freins jusqu'à ce point pour avoir un véhicule parfaitement placé et orienté vers la sortie. Avec un véhicule sans aéro, entre la prise des freins et le braquage, on peut garder une pression constante et ne commencer le freinage dégressif que lorsqu'on commence à braquer. La pression doit être adaptée aux conditions : sol sec ou glissant, pneus de série ou slicks, virage en descente ou en montée, piste bosselée, etc.
Lorsqu'on débute, on a souvent du mal à réaliser un freinage dégressif parce qu'on a trop cassé sa vitesse avant le virage. On se retrouve avec une faible vitesse d'entrée et on a envie de remettre le pied sur l'accélérateur trop tôt ! Le placement n'étant pas terminé, cela implique généralement du sous-virage en sortie. Il faut s'adapter à chaque virage en fonction de la vitesse d'arrivée, en retardant petit à petit le point de freinage pour que le moment où l'on relâche la pédale de frein corresponde parfaitement à celui où l'on peut reprendre l'accélérateur.
Voici un bon moyen de savoir si l'on a fait les bons gestes au bon moment : "Si en sortie de virage, vous êtes obligé de relâcher l'accélérateur, c'est que quelque chose s'est mal passé en entrée. Normalement, lorsqu'on est en phase de réaccélération, on ne doit plus relâcher les gaz jusqu'au prochain freinage." Cela permet de s'auto-analyser et de corriger ses actions au prochain passage.
Définir le bon point de freinage à l'approche d'un virage n'est jamais facile et il n'existe pas de règle universelle : il dépend de nombreux paramètres (vitesse d'approche, système de freinage, type et état des pneumatiques, suspensions, état du revêtement, conditions météo...). S'adapter aux circonstances est la clé pour réussir à établir soi-même le bon point de freinage, en ayant toujours à l'esprit que l'objectif du pilotage sur circuit n'est pas de freiner plus tard que tout le monde. Freiner tard oui, mais en cherchant à avoir la vitesse de sortie de virage la plus élevée possible.
Le tour de refroidissement
Faire un tour de refroidissement en fin de session est indispensable pour refroidir ses freins (et la mécanique...). S'arrêter aux stands avec les freins encore chauds peut avoir des conséquences désastreuses : on a déjà vu des voitures prendre feu ! Selon la journée dans laquelle vous roulez, il peut y avoir des consignes différentes au briefing, mais en général on peut utiliser ses warnings pour signaler aux autres participants que l'on est en tour de refroidissement.
Attention à ne pas faire ce tour trop lentement, sinon le flux d'air ne sera pas assez important pour refroidir les freins. Une vitesse comprise entre 80 et 100 km/h suffit pour bien ventiler. Il faut essayer de toucher le moins possible aux freins pendant ce tour.
Cet article est issu du numéro 3 de Racer's, le magazine de Marc Peraldi. Merci Marc !
