20 ans de disques de frein pour F1 : l’évolution de Brembo

16/09/2022

Les grandes étapes de l’évolution des disques de frein Brembo en carbone pour la Formule 1

En Formule 1, le moindre détail a une influence sur les prestations et la fiabilité des monoplaces. C’est pourquoi l’innovation ne s’arrête jamais, et concerne tous les composants, y compris ceux qui étaient considérés comme insignifiants jusqu’à la fin du siècle dernier. Brembo, qui a débuté en 1975 dans la Formule 1, en fournissant à l’écurie Ferrari une petite quantité de disques en fonte, est l’un des acteurs de ce changement, comme le montre l’introduction du premier étrier monobloc taillé dans la masse, dès 1988.

Cette solution a représenté une véritable révolution dans la manière de freiner des pilotes, grâce à sa combinaison de rigidité et de légèreté. En effet, depuis lors, les pilotes utilisant ce système bénéficient d’un freinage constant du départ à l’arrivée, et n’ont plus de problème d’allongement de la course de la pédale de frein.

En plus d’étudier l’amélioration des performances et la résistance des étriers, au cours des 20 dernières années, Brembo s’est également intéressée aux disques en carbone, en réalisant des analyses et en recherchant des solutions pour la gestion des températures de service.

L’évolution des disques qui en a résulté est visible à l’œil nu, car l’augmentation du débit d’air qui atteint les disques, et se traduit par une augmentation du refroidissement des freins, a été obtenue en multipliant le nombre de trous de ventilation radiaux, dont les dimensions ont par ailleurs été réduites.

Il y a vingt ans, les disques Brembo en carbone avaient au maximum 72 trous d’un diamètre de plus d’un centimètre, disposés sur une seule rangée. C’est aussi grâce à eux que Michael Schumacher a remporté le Championnat du monde en 2002, avec 11 victoires et 17 podiums en 17 Grands Prix.

Quatre ans plus tard, grâce aux avancées de la recherche, les trous présents sur chaque disque de Formule 1 ont pour la première fois dépassé la centaine : en effet, en 2006, les disques présentaient 100 trous d’un diamètre réduit, et avaient une forme ovale qui semblait à l’époque la solution optimale.

Le règlement de 2007 a établi que les disques devaient avoir un diamètre de 278 mm et une épaisseur de 28 mm. De plus, les freins devaient être refroidis à l’air uniquement, et le système ne devait pas s’étendre au-delà de la partie arrière de la roue. Les ingénieurs de Brembo se sont donc concentrés sur ces caractéristiques.

Dès 2008, étant donné l’épaisseur maximale de 28 mm, les trous ont été disposés sur deux rangées, et se distinguaient par une partie commune. Il se présentaient comme des 8 renversés. Non seulement ils avaient changé de forme, mais en plus ils avaient été multipliés par deux, et chaque disque comptait désormais 200 perforations.

En 2010, avec l’interdiction de ravitaillement en course, les dimensions des réservoirs ont dû être augmentées, et avec elles le poids minimum des monoplaces, qui est passé de 605 à 620 kg. Les études sur le système de freinage ont alors repris, pour assurer un niveau d’efficacité élevé tant réservoir plein que réservoir vide, et le nombre de trous est à nouveau passé au deuxième plan.

Deux ans plus tard, la FIA interdisait l’utilisation des diffuseurs soufflés, réduisant ainsi la charge aérodynamique à l’arrière de la voiture. En conséquence, la répartition du freinage s’est encore déplacée vers l’avant, et Brembo a donc multiplié le nombre de trous pour gérer les sollicitations accrues sans risquer la surchauffe.

Grâce à la mécanique des fluides numérique (CFD), mais aussi aux progrès réalisés dans le domaine de l’usinage mécanique du carbone, en 2012, le nombre de trous de ventilation de chaque disque de frein est passé à 600, grâce à l’apparition d’une troisième et d’une quatrième rangée de trous, dont le diamètre a été réduit, et en éliminant la superposition, qui enlevait des surfaces de contact avec l’air.

En 2013, Brembo a profité d’une relative accalmie réglementaire pour introduire un nouveau type de carbone pour ses disques : par rapport au CCR utilisé auparavant, le carbone CER garantit une vitesse maximale de mise en température de service, une plage étendue d’utilisation et une réponse très linéaire.

Même lors de la révolution réglementaire de 2014, Brembo n’a pas été prise par surprise. Cette saison a vu le retour des moteurs turbo, absents depuis 1988, mais avec une cylindrée et une vitesse limitées respectivement à 1,6 litre et à 15 000 tours/minute. Par ailleurs, la technologie hybride a été introduite, grâce à deux moteurs électriques, et le poids minimum de la voiture est passé de 642 à 691 kg.

L’augmentation de masse importante a obligé à revoir le système de freinage, en raison également de l’introduction du brake-by-wire. Mais ceci n’a pas empêché Brembo d’améliorer à nouveau la ventilation, avec désormais plus de 1000 trous par disque.

En 2016, pour la première fois, la conception optimisée a permis d’atteindre 1 100 trous par disque. Ceci n’était cependant que le prélude à un nouveau défi car, en 2017, la largeur des voitures est revenue à 2 mètres, ce qui représentait une augmentation de 20 cm en une seule fois. La largeur de l’aile avant et des pneus avait elle aussi augmenté, ce qui a entraîné une amélioration des performances, et une augmentation de 25 % du couple de freinage.

Le règlement a tenu compte de cette amélioration des performances, et a ainsi passé l’épaisseur des disques de frein de 28 mm à 32 mm. Cette augmentation a permis d’ajouter des trous de ventilation, ce qui a entraîné une évolution supplémentaire du système de refroidissement des freins. Ainsi, à partir de 2017-2018, chaque disque comptait 1260 trous.

Les équipes avaient ainsi le choix entre trois solutions de disques Brembo, selon les températures prévues lors de chaque Grand Prix et la stratégie de course adoptée. Ceci devient encore plus évident en 2020, avec six solutions de disques en carbone, pour suivre l’évolution du système de propulsion toujours plus performant.

Pour l’avant, les équipes pouvaient choisir entre les disques Very High Cooling à 1 470 trous sur 7 rangées, les disques High Cooling à 1 250 trous sur 6 rangées et les disques Medium Cooling à 800 trous sur 4 rangées. Pour chaque ventilation, il existait en plus la variante usinée sur le diamètre extérieur, la fameuse « groove » (gorge) créant une section divergente dans la partie extérieure du disque, pour optimiser davantage l’aérodynamisme.

Les 6 spécifications de ventilation pour l’essieu avant ont été réduites à 2 cette année, suite au nouveau changement de règlement révolutionnaire : le poids minimum est passé de 752 à 798 kg, l’aérodynamisme a changé et les roues de 18 pouces ont été adoptées à la place des roues 13 pouces.

Le nouveau règlement technique a ainsi eu des conséquences sur les systèmes de freinage, en augmentant le diamètre des disques, de 278 à 328 mm à l’avant et de 266 à 280 mm à l’arrière, avec une épaisseur portée à 32 mm à l’arrière, contre 28 mm l’année passée.

L’architecture a elle aussi dû être revue, car les trous de refroidissement sur les plaquettes sont interdits, et les trous sur les disques doivent désormais avoir un diamètre minimum de 3 mm. Ceci s’est répercuté sur le nombre de perforations, autrefois d’un diamètre de 2,5 mm, et, pour la première fois, leur nombre a dû être réduit, de 1 470 en 2021 à 1 050 aujourd’hui.

En quelques sorte, un stop-and-go dans l’attente d’un nouveau saut en avant dans les prochaines années, toujours au nom de l’évacuation de la chaleur, ennemi principal de la Formule 1.