Rapports de laboratoire.

Collaboration Gorilla Brakes & HINE-R Engineering – Tests de plaquettes de frein pour vélos

Réalisé le 8 septembre 2026 au « Lab », à Darwen, dans le nord-ouest de l’Angleterre, au Royaume-Uni

Personnel

Lee Hine de Gorilla Brakes a fourni tout le matériel nécessaire aux tests et était présent tout au long de ceux-ci, apportant son expertise et son expérience dans le domaine des freins de vélo, acquises depuis 2012. Son approche centrée sur le client a permis d’apporter une dimension humaine à ces tests, contribuant ainsi à leur pertinence.

HINE-R Engineering était représenté par Adam Read, anciennement chez TartyBikes. Fort d'une expérience dans l'industrie du cycle remontant à 2001 et d'une formation d'ingénieur généraliste incluant la construction et la compétition automobile, la fabrication de cadres de vélo et de nombreux autres projets pratiques nécessitant un large éventail de compétences en conception et en fabrication, Adam a pu appréhender et prendre en compte un grand nombre d'aspects pertinents lors des tests. Ce document est rédigé de son point de vue, en intégrant l'expérience et l'expertise de Lee.

Objectifs

Concevoir et mettre en œuvre un protocole de test pour mesurer et enregistrer le fonctionnement des plaquettes de frein à disque de vélo, notamment la puissance de freinage, la température du disque et celle de l'étrier.

Les tests ont été réalisés dans le but de recueillir des données brutes de manière impartiale, sans chercher à privilégier une marque ou un modèle de plaquette de frein. Nous sommes convaincus que chaque cycliste et chaque discipline auront des préférences et des besoins différents. Par exemple, sur un vélo de route, les freins ne sont utilisés qu'une fois toutes les quelques minutes (intersections, etc.) ; dans ce cas, une plaquette performante à froid sera plus adaptée. Une discipline comme le VTT de descente dans un environnement tel que les Alpes peut nécessiter des plaquettes de frein capables de résister à des températures extrêmement élevées sans perte d'efficacité (fading), mais sans que leurs performances à froid soient un critère déterminant.

L'objectif principal était de recueillir des données utiles pour aider les consommateurs à faire des choix plus éclairés en matière de plaquettes de frein, et d'approfondir leurs connaissances sur les systèmes de freinage, afin de pouvoir ensuite les partager avec la communauté.

Matériel de test

Banc d'essai de freins sur mesure, conçu par Adam et installé sur un tour à boîte de vitesses Warco GH1232 équipé d'un moteur à vitesse constante. Ce banc comprend un wattmètre pour mesurer la consommation électrique du tour, des thermocouples de type K avec support pour la mesure de la température du disque et une sonde de surface pour la température de l'étrier.

Le système de freinage est composé d'un levier Shimano M9100 associé à un étrier HINE-R Wilfred et une durite de frein HINE-R. Le freinage est assuré par de l'huile minérale Shimano LV et le disque Shimano RT86 à 6 trous de 203 mm de diamètre. Nous disposions de deux de ces disques pour le test. Tous deux avaient déjà été utilisés sur un vélo, mais avec un kilométrage minimal et une usure inférieure à 0,05 mm – juste assez pour assurer un rodage complet.

Le levier de frein était actionné par une force fixe et connue : un poids suspendu à un morceau de paracorde, passant sur un rouleau fixé à un guidon factice sur lequel le levier était monté, puis relié à l’extrémité du levier par un crochet imprimé en 3D afin de garantir que la force soit appliquée au même endroit qu’avec un doigt.

Le levier M9100 a été choisi car il n’utilise pas le système Servo Wave des leviers haut de gamme. Nous pensions que cela favoriserait la régularité des résultats si la dilatation thermique du liquide provoquait un phénomène de pompage ou une variation de la course du levier, modifiant le rapport mécanique du système et donc les résultats de puissance de freinage.

L'étrier HINE-R a été sélectionné car cette étude s'inscrivait dans le cadre des tests de durabilité réalisés lors de son développement.

Conception et considérations relatives au protocole de test

Nous devions élaborer un protocole de test permettant d'obtenir de multiples points de données sur une large plage de températures de freinage. Cela s'est avéré complexe, car il était nécessaire d'appliquer les freins fermement (force élevée au levier) ou pendant une durée prolongée pour atteindre le point de fading de certaines plaquettes – or, cela entraînait un échauffement rapide des freins et une faible résolution à basse température. Inversement, un protocole offrant une bonne résolution à basse température ne permettait pas d'atteindre une température de freinage suffisante pour tester les températures élevées. Nous avons donc dû ajuster manuellement le ratio d'application des freins à une certaine température.

Nous souhaitions utiliser un ventilateur pour simuler la circulation de l'air autour de le vélo en roulant, mais les limitations de notre équipement de test ne nous ont pas permis d'atteindre une température de freinage suffisante avec le ventilateur en marche. Nous avons donc dû effectuer les tests avec le ventilateur éteint. Il a été noté que cela pourrait réduire la pertinence en conditions réelles. Nous avons toutefois pu utiliser le ventilateur entre les tests pour refroidir le système.

Le rodage des plaquettes de frein est crucial pour leur bon fonctionnement. Comme des plaquettes neuves étaient utilisées pour chaque test, nous avons dû concevoir une procédure à cet effet. Le rodage consiste notamment à créer une couche de transfert de matériau de la plaquette sur la surface du disque, mais aussi à aplanir et à éliminer les imperfections de surface de la plaquette. Un troisième point à prendre en compte pour les plaquettes utilisant des composés à base de résine est de générer une chaleur suffisante pour polymériser complètement ces résines. Ce processus peut libérer des gaz de la plaquette, ce qui peut la repousser du disque lors d'un freinage, entraînant une baisse notable de performance. Ce phénomène, appelé « green fading », ne se produit généralement qu'une seule fois, mais peut être assez inquiétant et faire perdre confiance au pilote dans les plaquettes. Nous avons donc cherché à concevoir une procédure permettant de garantir que chaque jeu de plaquettes soit parfaitement rodé avant le début des tests.

La température de l'étrier de frein a été enregistrée car les joints en NBR (caoutchouc nitrile butadiène) utilisés dans l'étrier ont une température de fonctionnement maximale d'environ 150 °C avant de commencer à se dégrader. Ils supportent généralement sans problème une exposition momentanée à 120 °C. Afin de garantir la cohérence des résultats, nous avons utilisé le même système de freinage pour tous les tests et avons donc décidé de ne pas dépasser cette température.

La température de surface du disque de frein a été enregistrée car elle correspond à la température de friction des plaquettes. Notre étude portant spécifiquement sur la puissance de freinage en fonction de la température, il était essentiel que cette mesure soit enregistrée avec précision. Le thermocouple de type K utilisé était fixé à un patin en acier inoxydable en contact permanent avec le disque. Ce thermocouple était suffisamment sensible pour détecter l'élévation de température du disque due au simple frottement du patin, et avec une température maximale admissible de 1 200 °C, il s'est avéré largement suffisant pour nos tests.

Un wattmètre a été utilisé pour mesurer la consommation électrique du tour (en watts, ou joules par seconde) avant chaque essai, sans application de freinage. Cette mesure a servi de référence pour le calcul de la puissance de freinage. Une fois le frein appliqué, le tour a continué à tourner à un régime constant, et le wattmètre a indiqué la nouvelle consommation électrique. La différence entre cette valeur et la valeur de référence sans freinage a permis de déterminer la puissance générée par le frein.

Protocole d'essai

Les procédures et conditions suivantes ont été appliquées :

- Avant le début de chaque étape (rodage et essai principal), l'étrier a été refroidi à une température inférieure à 35 °C et le disque à une température inférieure à 30 °C.

- Le ventilateur de refroidissement était arrêté.

- Tour fonctionnant à 200 tr/min.

- Poids de 2,3 kg suspendu au levier (force de 22,5 N).

Procédure de rodage. Cette procédure était effectuée à chaque changement de plaquettes :

- Freinage par intervalles de 2 secondes (2 s de freinage / 2 s de relâchement) jusqu'à ce que la température du disque atteigne 150 °C.

- Refroidissement du système de freinage jusqu'à ce que l'étrier soit à moins de 35 °C et le disque à moins de 30 °C. Cette étape sera désignée ci-après comme « Processus de refroidissement ».

- Freinage par intervalles de 2 secondes (2 s de freinage / 2 s de relâchement) jusqu'à ce que la température du disque atteigne 225 °C.

- Le refroidissement a été effectué.

Procédure de test des plaquettes de frein :

- Faire tourner le tour à vide pendant quelques secondes afin de permettre au wattmètre de se stabiliser. La consommation électrique à vide a été enregistrée.

- Appliquer le frein par impulsions de 3 secondes, suivies de 7 secondes de repos.

- Durant la dernière seconde de chaque séquence de freinage, les trois paramètres suivants ont été enregistrés : température de l’étrier, température du disque et consommation électrique du tour.

- Cette procédure a été répétée jusqu’à ce que la température du disque atteigne 200 °C.

- Au-delà de 200 °C, le freinage a été effectué par impulsions de 7 secondes, suivies de 3 secondes de repos.

- Les freinages ont été maintenus jusqu'à ce que la température de l'étrier atteigne 120 °C.

Les plaquettes de frein ont ensuite été remplacées pendant que le kit de test refroidissait aux températures requises, et le protocole complet a été appliqué à toutes les plaquettes.

Test supplémentaire :

En fin de journée, nous avons décidé de réaliser un test continu jusqu'à défaillance. Les plaquettes de frein utilisées étaient des Gorilla Enduro Pro Ultimate (orange).

Aux alentours de 450 °C, le disque Shimano RT86 s'est déformé au point de devenir inutilisable.

Nous l'avons remplacé par un disque TRP R1 de même diamètre (203 mm), qui a résisté jusqu'à 650 °C, température à laquelle il a commencé à devenir orange.

Les modes de défaillance étaient les suivants :

Il semble que la gaine en PTFE du flexible de frein ait fondu côté étrier, entraînant une perte de pression dans le système.

Ensuite, la chaleur persistante a fait fondre les joints d'étrier et bloqué les pistons dans le corps de l'étrier. Nous n'avons toutefois constaté aucune fuite à ce niveau.

Nous avons noté l'absence de fading des freins, même à cette température. Après refroidissement, les plaquettes de frein présentaient de légers signes de dégradation : les bords étaient légèrement friables et quelques fissures apparaissaient sur leur surface. Cependant, la majeure partie de la plaquette restait intacte et fonctionnait toujours correctement malgré la chaleur extrême à laquelle elle avait été soumise.

Principales conclusions

Il a été difficile de tirer des conclusions précises de nos tests. Plusieurs facteurs, détaillés ci-dessous, ont pu influencer les résultats. Cependant, nous avons tiré de nombreux enseignements, élaboré des plans pour des tests complémentaires et dégagé certaines tendances générales. Celles-ci sont présentées sans ordre particulier :

- Les plaquettes à plus forte teneur en métal semblent transférer la chaleur plus rapidement à l’étrier. Les plaquettes frittées ont atteint une température d’étrier de 120 °C à une température de disque presque deux fois inférieure à celle des plaquettes semi-métalliques et céramiques, ce qui a nécessité l’arrêt prématuré du test.

- Les plaquettes Trickstuff Power, apparemment en céramique, ont offert la meilleure isolation thermique à l’étrier (c’est-à-dire qu’elles ont atteint la température de disque la plus élevée avant que l’étrier n’atteigne 125 °C).

- Aucune des plaquettes n'a émis de bruit particulier. Il convient toutefois de noter que le tour est assez bruyant et que le patin frottant contre le disque produit un sifflement métallique aigu. Aucun autre bruit, tel que résonance ou vibration, n'a été constaté, ce qui suggère que ces bruits sont peut-être dus à des problèmes de réglage du système de freinage/d'alignement des étriers et/ou aux fréquences de résonance propres à chaque configuration disque de frein/cadre/fourche. On peut également affirmer que les plaquettes elles-mêmes ne sont pas susceptibles de produire du bruit, puisqu'elles sont monoblocs ; c'est toujours l'interaction entre deux éléments qui crée le bruit.

- Il était clair que certaines plaquettes offraient des performances nettement supérieures à froid/dès la première application de freins. Cette différence était perceptible sur le banc d'essai et correspondait à l'expérience utilisateur sur le terrain.

- Il était facile de détecter une variation de puissance de freinage de seulement 10 % par rapport aux sensations sur la machine d'essai, ce qui correspondait à l'expérience réelle. Ceci est important pour atténuer la fatigue des avant-bras lors d'une longue descente, par exemple, car le cycliste fournit beaucoup moins d'effort lorsqu'une plaquette génère une puissance de freinage supérieure pour un même effort au niveau des doigts. Ce phénomène est particulièrement marqué lorsque la plaquette « monte en puissance » et offre une friction accrue à haute température (Trickstuff Power, Gorilla Enduro Pro Ultimate), contrairement à la « perte d'efficacité » et à la diminution du coefficient de friction qui s'accentue avec la température. On constate également qu'une fois la limite de sa plage de température optimale atteinte, l'usure de la plaquette augmente généralement de manière significative, de même que sa puissance de freinage.

- Une tendance générale, bien que peu marquée, se dégage : les plaquettes produisant moins de puissance de freinage à froid gagnent en puissance une fois chaudes. Ceci est logique compte tenu de la composition des matériaux des plaquettes de frein.

- Le matériau ou la conception de la plaque de support n'a pas eu d'incidence notable sur la température de l'étrier/du disque ni sur la puissance de freinage. Le résultat aurait peut-être été différent avec un ventilateur de refroidissement en marche.

- Nous estimons désormais que le rodage des plaquettes devait se poursuivre à une température supérieure à 225 °C. Nous avons observé une baisse de la puissance de freinage autour de 250 °C, suivie d'une récupération autour de 350 °C pour de nombreuses plaquettes. Ce phénomène, appelé « fading », affecte significativement la validité des résultats.

- Une corrélation nette a été constatée : les plaquettes offrant une puissance de freinage supérieure à haute température ont atteint une température de disque plus élevée en fin de test. Plusieurs facteurs sont probablement en cause, notamment un coefficient de friction plus élevé (donc une puissance de freinage supérieure) qui entraîne une montée en température plus rapide du disque, sans que la chaleur ait le temps de se diffuser dans l'étrier. Par ailleurs, nous avons également constaté que les plaquettes présentant une puissance de freinage inférieure nécessitaient généralement un plus grand nombre de cycles de freinage avant que la température de l'étrier n'atteigne le seuil d'arrêt du test. Ce résultat est logique. Exemple : Les plaquettes Enduro Pro Ultimate (Orange) comportent 19 lignes de données / 19 blocs d'application de freinage, contre 32 lignes pour les plaquettes Enduro Pro Resin (Noir).

- Le type de disque semble avoir un impact au moins aussi important, voire plus important, sur la puissance de freinage que le type de plaquette. La puissance de freinage a été instantanément et significativement améliorée dès l'installation du disque TRP, notamment à froid. C'est pourquoi nous prévoyons de réaliser des tests complémentaires, axés spécifiquement sur la conception des disques.

Autres observations

Une usure rapide a été constatée sur les plaquettes Trickstuff et Gorilla (à base de céramique) à haute température : un amas de poussière était visible sur l'étrier à la fin du test.

Les plaquettes Uberbike Heat Escape offraient une sensation de douceur notable au levier, ce qui est logique compte tenu de leur plaque arrière creuse.

Ce point n'est pas couvert par nos tests, mais il est à noter que les plaquettes à forte teneur en métal entraînent une usure plus rapide du disque. Certains cyclistes pourraient en tenir compte.

Nous nous sommes demandé si de nombreuses plaquettes de frein ne bénéficient jamais d'un rodage complet et correct. Il semble que les résines ne soient pas polymérisées avant d'atteindre au moins 350 °C dans la plupart des plaquettes. Cette température est suffisante pour provoquer un dégagement de fumée, signe d'une fuite de gaz, et une légère coloration brune ou violette du disque à l'endroit où la bande de friction rejoint les bras. Je ne me souviens pas de la dernière fois où mes freins ont atteint une température suffisamment élevée pour cela. Gorilla Brakes dispose d'une machine de rodage de plaquettes disponible dans le commerce, mais j'ai toujours pensé qu'elle ne permettait pas d'atteindre une température suffisante pour un rodage correct. Un test supplémentaire serait donc peut-être nécessaire.

Limitations

Ces points sont présentés sans ordre particulier :

– Malgré une période de rodage supplémentaire, car nous savions que le rodage serait plus long, les plaquettes frittés n’étaient toujours pas complètement rodés, même après le test principal ! Cela a probablement affecté les résultats de manière significative ; nous devons donc en tenir compte et le prévoir pour la prochaine fois.

– Nous n’avons pas pu utiliser le ventilateur en raison de limitations de l’équipement de test. Quelle est l’importance de ce point, sachant que nous essayons de reproduire au mieux les conditions réelles ?

– Les tests ne présentent de données que pour des conditions sèches et propres, ce qui est rare en VTT. Ce fait peut-il en réduire la pertinence ?

– L’usure des plaquettes n’a pas été mesurée et serait difficile à intégrer précisément à la procédure, mais nous essaierons de le faire lors des prochains tests.

- L'écran de contrôle de puissance du tour semble afficher une valeur moyenne des 3 dernières secondes. Ce problème a été constaté lors des tests, et j'ai alors attendu la 4e « mise à jour » à l'écran. De ce fait, les applications de frein duraient parfois entre 3,5 et 4 secondes, ce qui a probablement affecté les courbes de température du disque et de l'étrier, la température ayant augmenté plus rapidement. Pour pallier ce problème, les tests futurs incluront des blocs d'application de frein d'au moins 4 secondes, même si cela implique probablement des temps de refroidissement plus longs.

- Le changement de protocole de test à mi-parcours de chaque test de plaquettes (de 3 s de freinage / 7 s de relâchement à 7 s de freinage / 3 s de relâchement) a créé une interruption dans les tests, rendant difficile l'obtention de résultats cohérents. Nous pensons que cela a affecté, dans une certaine mesure, les résultats de température du disque et de l'étrier, mais a eu peu d'impact sur les résultats de température du disque et de puissance de freinage.

- On observait souvent de nombreux points de données très proches les uns des autres lorsque la température du disque augmentait. Nous pensons désormais que, du fait d'un rodage incomplet, cela a entraîné des variations dans les mesures de puissance qui n'étaient peut-être pas imputables aux plaquettes. C'est pourquoi certaines données ont été omises afin d'homogénéiser les graphiques.

Tests complémentaires

Pour une nouvelle série de tests de plaquettes, le système de freinage sera mis à jour avec un étrier HINE-R Wilfred, un levier TRP Trail Evo, une durite HINE-R et un disque TRP R1. Nous disposerons ainsi en permanence de deux configurations de freinage identiques afin de garantir une transition fluide en cas de défaillance d'un système en cours de test. Nous pensons également que le disque plein de 2,3 mm correspond mieux aux exigences de la pratique actuelle du VTT, qui représente l'essentiel de notre intérêt.

Un protocole de test plus cohérent et précis est nécessaire pour le point de transition entre les tests à basse et haute température (200 °C), et son application doit être rigoureuse. Actuellement, le protocole suivant est à l'étude, mais des tests supplémentaires en laboratoire seront nécessaires pour confirmer sa pertinence :

- À froid, 4 s marche / 10 s arrêt jusqu'à ce que la température du disque atteigne 200 °C.

- Puis 6 s marche / 8 s arrêt, répété deux fois pour assurer la transition.

- Puis 8 s marche / 6 s arrêt jusqu'à ce que la température de l'étrier atteigne 120 °C.

Nous ajouterons également une troisième étape au processus de rodage, en chauffant le disque à 350 °C et en augmentant la température de la deuxième étape à 250 °C.

En plus du rodage plus rigoureux, nous prévoyons d'effectuer deux tests principaux par plaquette au lieu d'un seul. Ceci devrait permettre de confirmer davantage la précision et la cohérence des résultats.

Lors des prochains tests, nous prévoyons de contrôler l'usure des plaquettes en les pesant à l'état neuf, après rodage et après l'exécution complète du protocole de test, à l'aide d'une balance d'une précision de 0,01 g.

Il est possible d'ajouter un test en conditions humides si nous parvenons à mettre au point une méthode permettant d'appliquer une quantité d'eau constante à chaque freinage. Cela pourrait consister, par exemple, à vaporiser de l'eau à chaque freinage, ou à verser l'eau goutte à goutte sur le disque. Nous pensons que la composition des plaquettes et la conception du disque ont une incidence significative sur le comportement des plaquettes en conditions humides.

Nous nous demandons si, pour de nombreux cyclistes, la montée en température du système de freinage est plus importante que sa dissipation. Bien sûr, cela dépend du cycliste, du terrain et des conditions météorologiques, mais la plupart des tests et du marketing actuels étant axés sur une résistance maximale à l'échauffement, les performances à froid semblent peu prises en compte. Les plaquettes Enduro Pro Ultimate fonctionnaient encore parfaitement même lorsque la durite avait fondu et que le disque était devenu orange vif, une situation pourtant rare – peut-être un freinage arrière lors de descentes alpines en plein été. D'après mon expérience, le premier freinage lors d'une sortie sous la pluie et dans la boue, en plein hiver dans le nord de l'Angleterre, est une situation plus courante. Il serait donc judicieux d'étudier et de concevoir une combinaison plaquettes/disques adaptée à ces conditions. C'est pourquoi nous avons acheté un équipement pour enregistrer en temps réel les températures de freinage d'un cycliste lambda sur les sentiers britanniques humides et boueux – les données recueillies seront intéressantes !

Des tests comparatifs de plusieurs modèles, styles et épaisseurs de disques de frein sont prévus afin d'évaluer leur impact sur les performances de freinage. Les disques ont été commandés et ces tests seront réalisés très prochainement.