Des pièces de frein durables dans l'optique de la norme Euro 7

Comment les fabricants répondent-ils aux nouvelles normes d'émission?

Les normes d'émissions Euro 7 arrivent. Sans être révolutionnaire, le nouvel accord apportera des changements significatifs. Pour la première fois, les particules nocives provenant de l'usure des freins et des pneus sont incluses dans cet accord. Mais quelles sont les implications concrètes pour la production et l'utilisation des freins?

Nouvelles normes

Euro 7

Récemment, les nouvelles normes Euro 7 ont été annoncées. S'il s'agit à bien des égards d'un accord traditionnel, il comporte également certains aspects novateurs. Si les nanoparticules provenant des gaz d'échappement font toujours l'objet d'un examen minutieux, celles provenant des freins et des pneus sont désormais également réglementées.

Cette décision a naturellement suscité des critiques: l'industrie automobile estime qu'elle va trop loin, tandis que les écologistes soutiennent qu'elle n'est pas assez ambitieuse. En effet, on a opté pour une norme basée sur la masse pour déterminer la limite de ces émissions. Cependant, ces particules provenant des freins et des pneus sont nombreuses mais pratiquement sans masse. Par conséquent, leur inclusion dans Euro 7 est relativement limitée.

Les normes actualisées s'appliquent aux voitures particulières qui seront homologuées après le 1er juillet 2025. Pour l'IAM (Independent Aftermarket), la date limite est le 1er juillet 2026. Toutes les voitures équipées d'un système de freinage homologué après le 1er juillet 2025 doivent donc répondre aux normes Euro 7.

Des conséquences concrètes

Il y a quelques conséquences concrètes. Par exemple, à partir de 2025, seulement 0,5% de cuivre est autorisé dans les plaquettes de frein européennes. Le cuivre est un élément clé des préparations des plaquettes de frein haute performance.

Il réduit l'usure, le bruit et les chocs, et il améliore également la stabilité du frottement. Dans de nombreux freins actuels, 5 à 20% de la masse de friction sont constitués de cuivre.

Cependant, le freinage libère également des particules de cuivre, ce qui est très polluant. Le cuivre devrait donc être largement remplacé par d'autres substances, qui offrent des avantages équivalents mais sont moins polluantes. De nombreux progrès ont déjà été réalisés à cet égard, même si la composition complexe des plaquettes de frein complique la situation.

Certains assortiments utilisent une série de sulfures métalliques, de minéraux, d'abrasifs, de fibres, de particules céramiques et de graphites pour obtenir les mêmes caractéristiques d'usure et de friction que celles des plaquettes de frein avec du cuivre. De nombreux fabricants évitent déjà l'utilisation du cuivre dans leurs produits de cette manière, et ce matériau est déjà interdit dans les freins américains.

Les orientations de l'IAM sont encore incertaines

Par ailleurs, la limite d'émission des freins sera fixée à 7 mg par kilomètre. L'objectif est donc de réduire ces émissions de 27% par rapport aux véhicules Euro 6/VI. Cette limite serait même abaissée à 3 mg à partir de 2035. Alors que certains suggèrent que cette limite initiale n'est pas suffisante pour réellement encourager les fabricants à utiliser des alternatives, elle semble être une première étape cruciale en termes de réglementation.

La norme 2035, plus stricte, est susceptible d'accélérer l'adoption de cette autre technologie. La limite est en vigueur pour les essieux avant et arrière, où les 7 mg peuvent être divisés (par exemple, 70% d'émissions à l'avant et 30% à l'arrière).

Qu'en est-il de l'IAM?

Actuellement, les principaux fabricants de matériaux de friction sont toujours occupés à discuter avec les autorités de ce que seront exactement les directives de l'IAM. Par exemple, il se pourrait que le test d'émissions Euro 7 soit mis en œuvre en tant que composante supplémentaire de la procédure d'essai ECE-R90, qui n'est jusqu'à présent qu'un test de performance.

Le test d'émissions Euro 7 prendrait alors la forme d'un test sur banc d'essai. Concrètement, cela signifierait qu'un produit de freinage ne peut être distribué sur le marché de l'UE que si la norme ECE-R90, y compris le test Euro 7, est respectée.

Importance des pièces de frein durables

Le développement de pièces de freins plus durables est d'une importance capitale. Les émissions de gaz d'échappement - qui sont invariablement les plus visées - ne représentent que 20% de toutes les émissions de particules fines. Les 80% restants proviennent de l'usure des pneus et des freins. Avec la forte réglementation des émissions de gaz d'échappement, la part des pneus et des freins ne fera que croître au cours des prochaines années.

Les freins jouent un rôle majeur dans ce domaine. Ils sont responsables d'environ six fois plus de particules que ce que la limite Euro 6 autorise pour les pots d'échappement. La moitié de ces particules se retrouve dans l'air et peut provoquer de graves problèmes de santé, notamment des problèmes respiratoires et la démence.

L'autre moitié finit dans le sol et y cause également de la pollution. Si l'on veut s'attaquer sérieusement à la pollution (atmosphérique), il faut donc rendre les pneus et les freins plus durables et, surtout, faire en sorte qu'ils émettent moins de substances nocives lorsqu'ils sont usés.

Marché existant

Technologie actuelle

De nombreuses techniques existent déjà pour réduire les émissions des freins. La grande majorité de ces émissions peut même être éliminée avec les technologies existantes, mais il semble qu'une nouvelle législation soit nécessaire pour donner l'impulsion requise. Nous ne sommes donc pas du tout tributaires des toutes nouvelles innovations: la plupart des solutions existent déjà, mais doivent encore être mises en œuvre massivement.

Tout récemment, par exemple, de nouveaux freins de rechange ont été annoncés pour 2023, qui offrent une réduction des émissions de plus de 80%, tant pour les PM10 que pour les PM2,5. Il s'agit notamment de disques combinés en alliages spéciaux (du fritté au carbone-céramique) ou de disques avec de nouveaux types de revêtements, avec des plaquettes de frein dédiées. D'autres solutions sont également prévues pour les camions légers et les véhicules électriques.

Chaleur et usure

Il est crucial de rendre les freins plus résistants à la chaleur et à la corrosion. Cela permet évidemment d'améliorer les performances, mais aussi de lutter contre les émissions nocives. Ainsi, la réduction de l'impact sur l'environnement et l'allongement de la durée de vie vont même de pair, en réduisant le degré d'usure. Cela permet également de réduire les coûts d'entretien.

Pour l'instant, le plus gros problème est le coût

Souvent, les composants des plaquettes de frein innovantes sont fabriqués sans cuivre ni nickel, sources majeures de contamination des freins. Quant aux composants céramiques, l'antimoine et l'amiante sont également de plus en plus écartés. Ces freins répondent donc à la norme ECE-R90. Tout cela ne se fait pas au détriment de la qualité: elle est souvent tout aussi bonne, voire meilleure.

Problèmes

Pour l'instant, le plus gros problème est le coût. Ce chiffre est considérablement plus élevé que pour les freins conventionnels, mais plus polluants. Le développement de telles alternatives s'avère non seulement complexe, mais aussi très coûteux. Le coût joue un rôle majeur dans la mise en œuvre provisoirement limitée de ces produits existants. Le défi n'est donc pas tant de trouver des alternatives plus durables, mais de les produire à un prix abordable.

Comment fonctionnent les pièces de frein durables?

Il existe essentiellement deux façons de réduire les émissions dues au freinage. La première méthode consiste à filtrer ces émissions après leur rejet. Comme indiqué précédemment, il est également possible de prévenir ces émissions. La plupart des fabricants optent pour la deuxième option, car elle est la plus simple et la plus durable.  Du reste, les systèmes de filtre impliquent souvent des coûts élevés.

Revêtement

Pour répondre aux nouvelles exigences en matière d'émissions, de nombreux disques de frein du futur reçoivent un traitement de surface supplémentaire et la surface du disque est dotée d'un revêtement dur. Ce processus à lui seul permet d'arrêter virtuellement l'émission de particules d'usure jusqu'à 80-90%. Comme indiqué, cette technologie est déjà sur le marché.

Freins à tambour

Les freins à tambour constituent une alternative aux disques et plaquettes de frein traditionnels. Ceux-ci sont encapsulés, tandis que le tambour lui-même est optimisé et que de nouvelles combinaisons de friction sont utilisées. De tels freins se rencontrent déjà dans les essieux arrière de certaines voitures, de sorte qu'elles répondent donc déjà aux nouvelles normes Euro 7 sans coût trop élevé.

Une interaction sophistiquée

Il est également possible d'affiner l'interaction entre les disques et les plaquettes. Sur de nombreux freins actuels, un certain délai se produit lorsque la pédale de frein est relâchée et que les plaquettes reviennent à leur position standard. En réduisant ce décalage, on évite les frottements inutiles et donc l'usure et les émissions nocives. Cela permet également au véhicule de fonctionner plus efficacement, ce qui réduit la consommation et les émissions de CO₂.

En général, on travaille à la fois sur les freins eux-mêmes et sur l'interaction entre les freins et le reste du système pour optimiser l'ensemble et faire en sorte que le moins d'énergie cinétique possible soit convertie en chaleur par la friction.

Véhicules électriques

Les véhicules électriques constituent également une catégorie à part en matière de freinage. L'usure des freins peut être réduite de façon spectaculaire grâce au freinage par récupération. Une partie de l'énergie cinétique du véhicule peut alors être convertie en électricité par des moteurs qui font office de générateurs, ce qui réduit le dégagement de chaleur.

Cette électricité peut à son tour être utilisée pour charger les batteries. Ce qui est important pour notre histoire, c'est que les freins à friction standard seront simplement utilisés moins fréquemment.

Avantages et inconvénients

Tout comme les alternatives existantes, les freins du futur entraîneront des coûts supplémentaires. Le comportement thermique sera également différent, car le traitement de revêtement constitue une barrière thermique pour la fonte centrale du frein. Les disques de frein actuels peuvent transférer la chaleur à l'ensemble du disque de frein en raison de la structure de leur matériau.

Grâce au revêtement, il y aura désormais deux couches au-dessus de la fonte, chaque barrière faisant en sorte que davantage de chaleur reste à la surface. Les nouveaux freins doivent donc être modifiés pour résister à des températures plus élevées sans se décolorer ni créer de poussière. C'est un point sur lequel les fabricants effectuent encore des tests.

Outre l'impact moindre sur l'environnement, il existe d'autres avantages. L'ensemble du système de freinage sera moins usé, ce qui peut prolonger sa durée de vie de 3-4 ans à 6-8 ans. Cependant, une raison permanente pour un remplacement potentiel est le vieillissement du disque (par exemple, la rouille dans les ailettes de refroidissement) ou les fissures dans le revêtement dur (qui peuvent conduire à des taches de rouille dans le disque).

Les freins deviennent donc plus chers mais moins susceptibles d'être remplacés. La question de savoir si et dans quelle mesure cela affectera les ventes globales de l'industrie du freinage n'est, pour l'instant, que conjecture.

Directives pratiques

Les directives pour l'entretien des freins avec des revêtements innovants sont encore très incertaines, car on ne sait pas encore exactement quels revêtements seront concernés. Un défi majeur sera de toute façon de reconnaître l'usure ou l'endommagement du revêtement fonctionnel du disque de frein et de savoir s'il doit être remplacé ou non. En ce qui concerne les freins à tambour, il semble n'y avoir aucune différence en termes d'installation et de remplacement.

Un défi consiste à reconnaître l'usure ou les dommages causés au revêtement

Sur les véhicules électriques, les freins seront de toute façon moins susceptibles de devoir être remplacés, grâce à la forte proportion de freinage régénératif. Le principal enjeu de l'entretien est de repérer les traces d'oxydation. Ce processus s'observe plus souvent  sur les freins des véhicules électriques, précisément parce qu'ils sont utilisés moins fréquemment. Au demeurant, les mêmes intervalles d'entretien que pour les véhicules traditionnels sont recommandés. Il s'agit donc de regarder les instructions du fabricant.

En général, les liquides de frein à faible viscosité et à point d'ébullition élevé sont recommandés pour les véhicules électriques. En effet, le liquide doit circuler dans des passages assez restreints et doit donc être très fluide pour un transfert précis et instantané. De surcroît, il est préférable que la conductivité soit aussi faible que possible.

Conclusion

Ce qui frappe en tout cas, c'est l'incertitude qui règne chez de nombreux fabricants et distributeurs. Les normes Euro 7 sont ambitieuses, mais aussi très vagues. Par exemple, il est souvent difficile de savoir ce qu'elles signifient exactement pour le garagiste lambda. Pour l'instant, il ne semble pas y avoir d'implications directes pour l'IAM, car ce marché n'est pas réglementé par la nouvelle proposition; il s'agit d'une question pour un avenir proche.

Pour l'instant, nous ne pouvons que proposer l'état des lieux actuel, mais il est à peu près certain que les choses vont changer dans les mois à venir. Vous pouvez également nous contacter pour ces développements ultérieurs.

Avec la collaboration de Brembo, Continental, DRiV, Hella Pagid Brake Systems et TRW Automotive Distribution.