Frein de vélo

Un frein de vélo sert à ralentir ou à arrêter un vélo avec le frein à patin (frein à levier), mais aussi le frein hydraulique (frein mécanique). Les éléments essentiels sont : poignée et levier de frein, câble et gaine de câble, mâchoire de frein et patin à frein.

Histoire du vélo

Les premiers vélocipèdes puis les grands-bis étaient équipés de freins à patin. Vu que le pignon était fixe, le cycliste pouvait aussi réduire la vitesse en résistant au mouvement des pédales. Ce type de freinage était d'une faible efficacité.

Dans les années 1870, les bicyclettes de sécurité ont fait leur apparition. Leurs deux roues de taille égale leur donnent une allure semblable aux bicyclettes actuelles. Elles étaient généralement équipées d'un frein à patin à l'avant, et n'avaient pas de frein arrière. Vu que le pignon, là aussi, était fixe, le cycliste pouvait contrôler la vitesse par son pédalage. Les freins à patin n'étaient pas très puissants, et potentiellement dangereux par temps humide.

L'invention du pneumatique dans les années 1890 a amené le frein à mâchoires, le type de frein le plus communément utilisé sur les bicyclettes actuelles. Néanmoins, le frein à rétropédalage, invention et brevets du Suisse Frank Gloor, en 1902, également appelé frein torpédo, que l'on actionne en pédalant en arrière, a été très populaire au XX^e siècle.

Types

Freins à mâchoire

La force de freinage des freins à mâchoire provient de l'application d'un patin (habituellement en cuir ou en caoutchouc) sur la jante.

Le cycliste presse un levier de frein monté sur le guidon. Les patins entrent en contact avec la jante de la roue en rotation. La friction ralentit la roue et donc la bicyclette. Les freins suivants sont basés sur ce principe :

Freins à tringle

Ces freins utilisent des tringles et des pivots (plutôt qu'un câble Bowden) pour transmettre la force de freinage depuis les leviers aux patins de friction qui sont alors tirés vers le haut pour aller frotter sur la surface intérieure de la jante. Pour atteindre la roue arrière et actionner le frein avant le plus directement possible, il y a un mécanisme qui permet de transmettre la force sans bloquer la rotation de la fourche par rapport au cadre. S'ils sont lourds et complexes, les liens sont fiables et durables, et peuvent être réglés ou réparés à l'aide d'outillage simple, ce qui est pratique dans les endroits où les câbles Bowden sont chers ou introuvables. Ce type de frein est toujours utilisé sur certaines bicyclettes comme les roadsters, en particulier en Asie de l'Est et en Asie du Sud. Les jantes utilisées avec ces freins sont légèrement concaves sur la surface de freinage, n'ont pas de surface plane sur les côtés.

Freins à étrier, simple pivot

Ils consistent en deux bras courbés qui se croisent et pivotent au-dessus de la roue. Ils tiennent les patins de chaque côté de la jante. Ses bras s'étendent tous les deux du même côté ; l'une de ces extensions est fixée au câble, l'autre à sa gaine. Lorsque le cycliste appuie sur le levier, les bras sont actionnés et les patins vont appuyer sur la jante. Ces freins sont simples et efficaces pour des pneus relativement fins, mais sont assez flexibles, ce qui rend les performances assez mauvaises avec des pneus larges. S'ils sont de mauvaise qualité, ils ont également tendance à pivoter lors du freinage sans retrouver leur position initiale ; on se retrouve alors avec un patin qui frotte continuellement contre la jante. Ces freins étaient utilisés sur tous les types de vélos de route avant l'apparition des freins à étrier double pivot, mais actuellement ils ne sont plus utilisés que sur les vélos bon marché.

Freins à étrier, tirage central

Leurs bras sont symétriques ; ils sont donc mieux centrés. La gaine est fixée à un serre-câble solidaire du cadre. Le câble qui en sort est attaché par un écrou à une pièce coulissante ou à une petite poulie. Le câble qui relie les deux bras passe au-dessus de cette petite pièce. La tension du câble est répartie également entre les deux bras, ce qui permet au frein de rester bien centré. Quoiqu'un peu plus sophistiqué, ce type de frein était assez courant en Europe jusqu'aux années 1980 (marques MAFAC, Weinmann…).

Freins à étrier, double pivot

Ce type de frein est utilisé sur les vélos de course modernes. Un bras pivote au centre, comme pour un frein à tirage latéral ; tandis que l'autre pivote sur le côté. La gaine est attachée comme celle d'un frein à tirage latéral. Le centrage des freins à tirage latéral a été simplifié par l'adoption massive des freins à double pivot à tirage latéral (un système ancien redécouvert par Shimano au début des années 1990). Ces freins offrent un avantage mécanique plus grand, ce qui permet un meilleur freinage. Les freins à double pivot sont légèrement plus lourds que les freins à étrier traditionnels à tirage latéral, et fonctionnent mal avec une jante voilée.

Freins cantilever à tirage central

Chaque bras est attaché à son point de pivot, situé d'un côté du hauban ou de la fourche, juste en dessous de la jante. Cela convient mieux aux pneus larges (comme ceux des VTT) que les freins à étrier, car avec ces derniers, la distance importante entre le pivot et le patin fait que les bras se tordent, ce qui réduit l'efficacité du freinage.

Le frein cantilever traditionnel a un bras saillant en forme de L de chaque côté, un stop-câble qui tient la gaine sur le cadre ou la fourche, ainsi qu'un câble de liaison entre les deux bras qui est similaire au câble des freins à étrier à tirage central. Le câble qui vient du levier tire le câble de liaison vers le haut, ce qui fait pivoter les bras vers le haut et vers l'intérieur : les deux patins viennent donc s'appuyer de chaque côté de la jante.

À l'heure actuelle, ils ne sont plus utilisés que sur les vélos de cyclo-cross pour permettre un freinage efficace par conditions mauvaises (boues, neige), voire encore sur Paris-Roubaix ou le Tour des Flandres pour les mêmes problèmes.

Freins cantilever à tirage linéaire (aussi connus sous le nom déposé « V-brakes »)

Ces freins se montent sur les mêmes pivots que les cantilever traditionnels, mais les bras sont tendus vers le haut ; la gaine est attachée à un bras et le câble à l'autre, comme pour les freins à étrier à tirage latéral. Ils sont généralement plus faciles à ajuster que les freins cantilever, mais ont besoin d'un plus petit espace entre le patin et la surface de la jante. Ils s'adaptent bien sur les systèmes de suspension que l'on trouve fréquemment sur les vélos tout terrain parce qu'ils n'ont pas besoin d'un stop-câble sur le cadre ou la fourche. Vu qu'ils ont un avantage mécanique plus grand, les leviers de frein à tirage linéaire doivent permettre une course du câble plus longue que les leviers prévus pour des freins à étrier ou des freins cantilever traditionnels. Ce ratio a été plus tard adopté pour les freins à disque, faisant des leviers de freins « V-brake » (marque de Shimano) un standard pour les vélos tout terrain.

Freins U-brakes

Ils sont également connus sous le terme AD-990, d'après le modèle populaire de Dia-Compe, qui établit d'ailleurs un standard pour les positions des pivots de U-brakes sur les cadres et les fourches. Les pivots des bras sont montés de chaque côté du cadre ou de la fourche en dessous de la jante. Les bras se croisent de la même manière que ceux des freins à tirage central. En fait, les freins U-brake et les freins à étrier et tirage central sont similaires dans le principe, les différences étant, d'une part, qu'ils ne sont pas utilisés pour les mêmes types de vélo, et d'autre part, que les U-brakes sont habituellement montés sur des pivots qui font partie du cadre ou de la fourche, tandis que les freins à tirage central utilisent un boulon qui fait office de pont. Les freins U-brake constituent le standard actuel pour les cadres et fourches de BMX freestyle. Certains vélos tout terrain en ont également été équipés au début des années 1990. Le principal avantage d'un U-brake par rapport à un cantilever ou un frein à tirage linéaire tient au fait qu'il dépasse moins du vélo latéralement. C'est particulièrement important pour les vélos de freestyle BMX ou les parties saillantes risquent d'une part d'être abîmées, et d'autre part de heurter le cycliste ou le reste du vélo.

Freins hydrauliques sur jante

Ces freins ne sont pas très répandus. Ils peuvent généralement être montés sur les mêmes pivots que les cantilever ou les freins à tirage linéaire. Ils équipaient certains vélos tout terrain haut de gamme au début des années 1990, mais se sont effacés devant l'arrivée des freins à disque. L'amélioration modeste des performances (meilleurs puissance et contrôle) qu'ils offraient par rapport aux autres freins sur jante était contrebalancée par un poids plus élevé et une plus grande complexité. Ils ne sont à l'heure actuelle quasiment plus utilisés que sur les vélos de trial, les