Frein à tirage direct

Description

Plus connu sous l’appelation V-brake qui est un nom de marque déposé de Shimano. On devrait plutôt l’appeler cantilever à tirage latéral. C’est bien un cantilever, car le pivot des mâchoires de frein se situe à l’une de leurs extrémités. Mais l’appellation cantilever peut porter confusion avec le cantilever à tirage central qui est souvent dénommé tout simplement cantilever, sans autre précision. Aussi on peut utiliser d’autres termes : frein à tirage direct ou frein à tirage linéraire sont souvent employés, mais le terme V-brake est le plus connu de toustes.

Les cantilevers sont préconisés lorsque la jante est trop large pour que les bras du frein ne se tordent pas comme c’est le cas avec des freins de type étrier. Les V-brake ont un avantage mécanique plus important que les autres freins sur jante et à câble, de l’ordre de 1:4, qui exige des leviers spécifiques à tirage long.

Anatomie

1. Coude V-brake, permettant de dévier le câble vers le frein tout en servant de butée pour la gaine. Le frein risque de lâcher sans prévenir si ce composant est abîmé.
2. Câble. La portion nue du câble est souvent protégée par un manchon en soufflet.
3. Étrier d’arrimage du coude V-brake. Le frein risque de lâcher sans prévenir si ce composant est abîmé.
4. Vis serre-câble. Le frein risque de lâcher si la vis n’est pas assez serrée. Mais un serrage excessif peut effilocher le câble et le fragiliser.
5. Embout de câble. Pour limiter l’effilochage du câble.
6. Mâchoires du frein. Vérifier qu’elles ne soient pas tordues.
7. Fixation des patins. Patins à vis dans le dessins, la rainure de la mâchoire est alors parallèle à la jante. Elle sera perpendiculaire pour des patins à tige.
8. Gomme des patins. Si les rainures de la gomme ne sont plus visibles, il est temps de remplacer les patins.
9. Platine des ressorts de rappel. Si elle est abîmée, les ressorts de rappel peuvent ne plus fonctionner.
10. Vis pivot de fixation des mâchoires. Le vissage est sécurisé par du frein filet, force moyenne. Un serrage excessif risque d’abîmer les tasseaux et rendre l’extraction des mâchoires impossible.
11. Vis de centrage. Pour que les patins soient à même distance des deux côtés de la jante.
12. Extrémité du ressort de rappel. Elle est orientée vers le cadre dans la réalité et doit être enfoncée dans un des trous du tasseau.

Composants

Patins

Patin symétrique à vis longue
Patin asymétrique à tige

Les cantilevers à tirage latéral modernes sont conçus pour des patins à vis longues comportant 4 rondelles semi-sphériques (appelés plus souvent coniques) offrant plus de possibilités de position des patins. Les patins sont plus longs mais moins épais que ceux utilisés sur les autres freins sur jante. Les anciens modèles étaient prévus pour des patins à tige. Ils sont souvent délaissés car plus compliqués à régler, mais ils peuvent être parfois la seule solution lorsque le dégagement entre jante et cadre est trop important pour des patins à tige.

Le patin est souvent asymétrique, la partie la plus longue doit alors être placée vers l’arrière et la partie courte vers l’avant^[1]. Ils évitent d’user trop rapidement l’arrière de la gomme lorsque l’alignement horizontal a été monté parallèle à la jante. Le patin est aussi plus large dans le sens avant-arrière pour améliorer le freinage et limiter l’usure prématuré des patins. Enfin la gomme du patin est toujours plus fine que sur les autres freins et s’use donc plus vite. Avec une gomme trop épaisse, le frein risquerait de ne plus fonctionner lorsque l’usure de la gomme éloigne trop le patin de la jante.

Tasseaux

Tasseau avec ses trois trous d’ancrage

Le pivot des cantilevers sont montés sur tasseaux : une des extrémités du ressort de rappel est calé dans un des trous du tasseau. En général il y a trois trous : le ressort de rappel est monté sur le trou du milieu sur les vélos neufs. Il est parfois nécessaire de retendre un ressort fatigué en le montant sur le trou supérieur. Le trou inférieur par contre ne sert quasiment jamais. Il y a parfois un seul trou, en général sur le frein avant. Certains tasseaux sont conçus pour des cantilevers à tirage central spécifiques et ne peuvent accepter des freins V-brake. La longueur des tasseaux varie peu mais il arrive qu’ils soient trop longs (les mâchoires de frein auront alors un jeu trop important) ou trop cours (les mâchoires seront bloquées par le serrage de la vis de maintien). Sur certains modèles entrée-de-gamme, on peut avoir du mal à enfiler les mâchoires dans les tasseaux. On peut limer les tasseaux pour résoudre le problème. Enfin, les tasseaux sont souvent démontables et remplaçables mais leur serrage étant souvent sécurisé par du frein filet fort, il faudra d’abord chauffer un peu le cadre avec une décapeuse thermique. La distance entre les tasseaux varie de 77 à 85 mm, généralement entre 80 et 82 mm.

Les tasseaux peuvent se gripper voire se rouiller. Ils doivent être nettoyés et lubrifiés régulièrement. Huile ou graisse ? C’est comme pour les câbles : il n’existe pas de lubrifiant idéal, cela dépend de la pratique. L’huile attire moins la poussière mais est chassée rapidement par la pluie alors que la graisse peut gripper les tasseaux avec la poussière mais résiste grave mieux à la pluie.

Câble

Coude V-brake
Soufflet V-brake

Le câble doit être enfilé dans un coude métallique qui sert à la fois de butée pour la gaine et de gaine pour dévier le câble vers le frein. Ce coude sera ensuite arrimé sur la pièce articulée d’une des mâchoires.

Le tirage est latéral, à gauche dans les pays où l’on roule à droite et à droite au cas contraire. Le routage des gaines est donc toujours croisé sous le guidon.

Levier de frein

Levier V-brake

À cause de l’avantage mécanique plus important sur ce type de frein, le tirage du câble doit être plus long que d’habitude. Ces freins nécessitent donc des leviers de frein spéciques. La distance entre l’axe du pivot du levier de frein et l’axe de l’étrier d’arrimage du câble doit être supérieure ou égale à 34 mm.

Composants optionnels

Modulateur de puissance

Exemple de modulateur de puissance

Le modulateur de puissance permet une attaque du freinage plus progressive. Il est souvent monté sur le frein avant pour éviter qu’el cycliste ne fasse un soleil suite à un freinage trop brusque. Il peut être intégré au levier de frein (le tête de câble coulisse sur une rainure) ou monté sur le coude V-brake (pièce cylindrique au dessus du coude). Le modulateur de puissance est parfois utilisés sur d’autres freins : frein à galet ou frein à disque mécanique.

Travel agent

Le travel agent permet d’adapter un V-brake à un levier de frein à tirage normal, un levier pour cintre de route par exemple. Mais on trouve maintenant assez facilement des leviers de route à tirage long. Il est monté sur le coude V-brake et se compose de deux poulies de diamètres différents.

Arceau rigidificateur

Mâchefrein (en rouge)

Les tubes du cadre ou de la fourche s’écartent légèrement lors d’un freinage puissant. Pour éviter cela et optimiser le freinage, on peut rajouter un arceau rigidificateur, appelé aussi brake booster ou mâchefrein .

Variantes

Mini V-Brake
V-brake adaptable

Anciens v-brake pour patin à tige : le positionnement des patins est plus délicat. Mais on a plus de solutions pour adapter le frein à différentes largeurs de jante.
V-brake moderne pour patin à vis : le positionnement est plus facile, mais on a moins de solutions par rapport à la largeur de la jante.
V-brake à parallélogramme : un parallélogramme articulé relie le patin au bras du frein. Cela permet de maintenir les patins constamment parallèles à la jante pour optimiser le freinage.
Mini v-brake : l’avantage mécanique est réduit à 1:2, du même ordre que les autres freins sur jante et à câble. Il se monte avec un levier à tirage normal.
V-brake adaptable à rainure longue. Il permet de positionner les patins à hauteur d’une jante de plus grand diamètre. Une mauvaise idée, l’avantage mécanique est réduit de 1:4 à 1:2.

Avantage mécanique

L'effet de levier

L'effet de levier des cantilevers comme des leviers de frein s'apparente à celui d'une brouette.

L’avantage mécanique obtenu par l’effet de levier est le coefficient par lequel le mécanisme multiplie la force ou le couple appliqué. Il évolue suivant le rapport de la distance sur laquelle la force est appliquée (distance entre la main et le triangle, sur le dessin) divisé par la distance sur laquelle la force obtenue s’applique (distance entre la grosse flèche et le triangle, sur le dessin).

Pour obtenir un meilleur avantage mécanique, l’amplitude du mouvement appliqué (sur le levier de frein) devra donc être plus importante que celle obtenue (déplacement des patins). C’est comme le braquet de la transmission, si on veut gagner en puissance, on diminue le développement (la distance parcourue par le vélo pour un tour de pédalier), il faudra donc plus de tours de pédales pour atteindre la même distance. En conséquence, plus l’avantage mécanique d’un frein est important, plus les patins doivent être placés près de la jante. Si les patins ne sont pas suffisamment près, le levier de frein touchera le guidon avant d’atteindre une force de freinage suffisante, ce qui arrive trop souvent sur les cantilevers à tirage latéral.

Cas du cantilever à tirage latéral

Le V-brake a été conçu au départ pour une pratique VTT, d’où son avantage mécanique important d’environ 1:4 (sur les autres freins, l’avantage atteignait rarement 1:2). Multiplier la puissance de freinage permettait aux cyclistEs de concentrer toute leur force au contrôle du guidon. L’arrivée des leviers 3 doigts ou 2 doigts résulte de la même démarche.

La solution était de rallonger la mâchoire de frein pour obtenir un meilleur effet de levier. Il fallait donc d’une part placer les patins plus près de la jante mais aussi augmenter le tirant du câble puisqu’un mouvement plus important devait être appliqué aux mâchoires de frein.

Comme les leviers de frein procurent un premier avantage mécanique, les leviers à tirage normal donneront un meilleur avantage que ceux à tirage long. Le tirage long permet par contre aux mâchoires de parcourir plus de distance pour que les patins puissent atteindre la jante assez tôt. En conséquence, lorsqu’on fait une erreur de montage entre levier et frein :

si on monte un levier à tirage normal sur un frein cantilever à tirage latéral (V-brake®), le déplacement des patins sera moindre et le levier risque fort d’atteindre le guidon avant d’obtenir un freinage suffisant;
si on monte un levier à tirage long sur un frein autre qu’un V-brake®, l’avantage mécanique procuré par le levier sera moins important et le freinage sera plus mou.

L’avantage mécanique important procuré par les freins V-brake® créent donc problèmes, parfois insolubles. L’attaque de ce type de frein par exemple est trop sèche et n’est pas modulable. Les modulateurs de puissance permettent de compenser ce défaut. Le freinage peut devenir insuffisant voire nul dans les cas suivants :

Dégagement excessif des patins pour compenser un voile trop important de la roue ⇒ le dévoilage de la roue doit être plus fréquent et plus précis, ou suite à une usure excessive des patins ⇒ retendre le câble en dévissant le barillet du levier de frein (il est là pour ça) ou changer les patins.
Dégagement horizontal limité entre les mâchoires de frein et la jante : s’il est trop important, ça freinera mal ( ⇒ inverser les rondelles creuses, passer au patin à tige ou changer la largeur de la jante) et s’il est trop faible, on aura beaucoup de mal à défaire le coude du frein pour dégager la roue ( ⇒ inverser les rondelles creuses ou changer la largeur de la jante).
Une garde trop rapprochée du levier interdira d’obtenir un freinage suffisant ⇒ un V-brake® ne devrait jamais être installé lorsqu’el cycliste a des petites mains, donc à éviter sur les vélos pour enfants.
Il nécessite des patins spéciques :
- Si la gomme du patin est trop épaisse, le patin pourrait ne plus atteindre la jante lorsque la gomme sera trop usée ⇒ ne monter que des patins pour V-brake®, à gomme fine, donc avec une usure plus rapide du patin.
- Un freinage plus puissant peut aussi entraîner une usure plus rapide de la gomme. Les patins ont donc été rallongés pour limiter cet effet. En augmentant la surface de la gomme, on augmente l’effet de friction, cela améliore le freinage, mais cela augmente l’échauffement qui en résulte. Un freinage trop prolongé entraînera donc plus rapidement le risque d’éclatement de la chambre à air. Lorsqu’on augmente la surface de friction, la force appliquée au freinage doit être plus importante. Ça tombe bien puisque les V-brake donnent un meilleur avantage mécanique. Par contre ces patins rallongés ne devraient pas être employés sur les autres freins, à étrier ou à tirage central (à quelques exceptions, comme le double-pivot qui procure lui aussi un avantage mécanique important).

Diagnostic

Contrairement aux freins en étrier, le diagnostic des cantilevers doit se faire, en cas de réemploi, avant leur démontage :

La roue est-elle sans jeu, peu voilée (et sans saut) et bien centrée ? La roue est-elle fixée correctement au cadre ? ➔ si ce n’est pas le cas, recentrer ou réparer la roue.
Le freinage est-il efficace ? Aucun couinement lors du freinage ?
Lorsqu’on serre le levier, les patins arrivent-ils au même endroit, au même moment ? ➔ si ce n’est pas le cas, les bras du frein peuvent être tordus (pas au même endroit) ou mal centrés (pas au même moment).
Les patins reviennent-ils à leur position de repos lorsque le levier de frein est relâché ? ➔ si ce n’est pas le cas, vérifier le levier et le câblage; vérifier l’usure des patins (un patin creusé peut faire ventouse) et leur position (un patin peut frotter contre le pneu lors du retour); vérifier le bon équilibre de la tension des ressorts; vérifier que les tasseaux ne sont pas grippés.
Le câblage est-il correct et en bon état ? ➔ câble tendu, sans rouille ni coude et pas effiloché ; vis serre-câble serrée correctement, avec la rondelle adéquate et placée correctement ; gaines sans coude, bien assises dans les butées ; butées en bon état.
Le levier est-il en bon état et monté correctement ? ➔ le levier est-il bien serré et dépourvu de jeu excessif ? Le levier est-il bien à tirage long ? La tête de câble est-elle bien fixée correctement ? Le câble est-il effiloché à l’intérieur du levier ? Le levier touche-t-il le guidon lorsqu’on freine à fond ? Y-a-t-il un dégagement suffisant entre le levier et le guidon ?
Les patins sont-ils positionnés correctement ? ➔ cause principale d’un frein qui couine.
Les fixations des patins sont-elles suffisamment serrées ? ➔ autre cause possible d’un frein qui couine.
La gomme des patins ou la surface de freinage de la jante sont-elles propres et dépourvues de toute trace de gras ou d’éclats métalliques ? ➔ dernière cause courante d’un frein qui couine.
Le dégagement entre jante et patin est-il le même des deux côtés ? ➔ si ce n’est pas le cas, contrôler les tasseaux et régler le centrage du frein. Les patins sont-ils suffisamment rapprochés, 2 mm au plus de chaque côté ? ➔ retendre le câble si nécessaire.
Les rondelles semi-sphériques de fixation des patins sont-elles montées correctement ?
Peut-on détacher facilement le coude du frein sans défaire le câble ? Les bras du frein sont-ils parallèles lorsqu’on freine ? ➔ si ce n’est pas le cas, inverser les rondelles cuvettes, monter un frein pour patin à tige ou remplacer la roue avec une largeur de jante adaptée.
Vérification du coude :
- Les butées hautes et basses du coude ne doivent pas être abîmées.
- L’étrier d’un des bras du frein (la pièce articulée) ne doit pas être déformé.
La vérification des ressorts et des tasseaux se fait lorsque le coude est décroché : appuyer sur chaque mâchoire du frein pour contrôler le bon équilibrage des ressorts.
- Si le ressort de rappel ne répond pas, le ressort peut ne pas être arrimé dans l’un des trous du tasseau ou à la mâchoire de frein, il peut être cassé, la vis de centrage peut être absente ou trop dévissée.
- Si on sent un grippage, un frottement, la vis de fixation peut être trop serrée ou le tasseau pollué. Dévisser légèrement la vis de fixation ou nettoyer et relubrifier le tasseau.
- Si on sent un déséquilibre entre les deux ressorts, vérifier qu’ils sont bien arrimés au même trou (haut, moyen ou bas). Le trou du haut augmente la tension du ressort et celui du bas la diminue. Sinon il faudra jouer sur les deux vis de centrage pour centrer le frein. On peut aussi remplacer un ressort trop fatigué, mais attention, ils ne sont pas tous compatibles et les ergots d’arrimage ne sont pas toujours orientés de la même façon.
- Vérifier aussi la présence d’un jeu (le plus léger possible) entre les tasseaux et les mâchoires de frein. Un jeu excessif nuit au bon freinage et peut faire flipper el cycliste. Resserrer la vis de fixation enlève rarement le jeu et crée au contraire un grippage et peut même abîmer le tasseau rendant l’extraction de la mâchoire impossible. En général les jeux excessifs sont dus à une légère différence entre la longueur du tasseau et la profondeur de la platine de fixation de la mâchoire, la solution est donc de remplacer le frein. On peut dans le pire des cas percer des trous dans une rondelle large (avec la bonne épaisseur) qu’on placera entre la mâchoire et le tasseau.

Réparations

Montage

Montage des mâchoires

Quelques recommandations :

Nettoyer et lubrifier (à l’huile ou à la graisse, on est dans la même problématique que la lubrification des câbles) les tasseaux avant montage du frein.
Faire attention à bien arrimer les ressorts à la même hauteur de trou des deux mâchoires de frein.
Ne pas trop serrer les vis de tasseau. Le maintien du frein sera assuré par le frein filet de la vis et non par un serrage excessif qui risque d’abîmer le tasseau et rendre l’extraction ultérieur du frein impossible.

Pour plus de détails, se référer à la section Entretien des tasseaux.

Entretien des tasseaux

Tasseau avec ses trois trous d’ancrage

Le grippage des tasseaux est une cause fréquente de décentrage du frein. Il y a deux façons de détecter la nécessité d’un entretien des tasseaux. Soit en détachant le coude pour estimer la force des ressorts des rappels, avec un peu de pratique, on distingue facilement la force du ressort de rappel des frottements provoqués par le grippage des tasseaux. Soit lorsqu’on tente de centrer les frein : s’il est nécessaire d’appuyer sur le levier de frein pour que le réglage fasse effet, les tasseaux sont certainement grippés.

Les causes principales de grippage des tasseaux sont (1) un serrage excessif de la vis pivot, (2) l’absence de lubrifiant ou une pollution excessive de ce dernier par des agents extérieurs, de la boue ou de la poussière par exemple, (3) la présence de rouille résultante d’une absence prolongée de lubrifiant. Dans les deux derniers cas, l’entretien des tasseaux est indispensable :

Démonter les mâchoires de frein en dévissant d’abord les vis pivots. Donner éventuellement un coup de maillet sur les mâchoires si elles peinent à sortir.
Nettoyer les tasseaux et le trou des platines des mâchoires. En général un coup de chiffon suffit. En présence de rouille, on peut utiliser du dégrippant (si la rouille est superficielle) ou du papier de verre à grain fin (si la rouille est plus profonde). Dans les cas extrême (rouille très profonde) on pourra utiliser une lime ou remplacer le tasseau si on arrive à le démonter.
Mettre un peu de lubrifiant : huile pour une pratique par temps secs sur terrain poussiéreux ou graisse pour une pratique plus mouillée.
Remonter les mâchoires sur les tasseaux en faisant attention à bien remettre les ergots du ressort de rappel dans les bons trous (celui du milieu en général). Il faut parfois desserrer les patins pour y arriver.
Remonter la vis pivot, après y avoir remis éventuellement du frein filet bleu (force moyenne). Serrer sans excès. Un serrage excessif pourrait avoir deux conséquences fâcheuses : tasseau toujours grippé parce que la rondelle de la vis pivot appuie sur la mâchoire est empêche celle-ci de pivoter librement et, dans les serrage de bourrin, écrasement des tasseaux rendant compliquée la future extraction des mâchoires (il faudra alors disquer l’ensemble en espérant qu’il soit possible de remplacer les tasseaux).

Réparation des coudes et des étriers

Coude V-brake

La vérification fréquente du bon état des coudes et des étriers (la pièce articulée auquel est arrimé le coude) est essentielle. Si ces pièces sont abîmées, le frein risque de lâcher au pire moment, lorsqu’on pile pour éviter de rentrer dans un obstacle, mobile ou pas. Les cas les plus fréquents sont :

La partie en fer à cheval de l’étrier (la pièce articulée) est trop élargie, le coude risque de s’échapper à tout moment ➔ resserrer le fer à cheval avec une pince, mais sans excès pour que le coude puisse encore y être enfilé. On peut aussi remplacer les mâchoires si l’étrier est trop abîmé.
L’épaulement au bout du coude (permettant de maintenir celui-ci bien arrimé dans l’étrier) est abîmé ou n’est plus serti et glisse vers la partie incurvée de l’étrier ➔ remplacer le coude.

Il est souvent possible de refaire un coude en bon état à partir de ses composants :

La butée de gaine (à gauche sur la photo) qui ressemble plutôt à un embout de gaine, fonction que ce composant assure aussi.
Le petit tube en plastique additionné de PTFE (le PTFE est un lubrifiant solide permettant le bon coulissement du câble à l’intérieur du coude).
Le coude proprement dit, en métal. Une de ses extrémités comporte un épaulement (butée d’étrier) assurant le bon maintient du coude dans la pièce articulée du frein (à droite sur la photo). Cet épaulement est serti. Si l’épaulement n’est plus serti, qu’il a glissé vers la partie courbe du coude ou qu’il est tout simplement abîmé, le composant coudé doit être remplacé.

Pour refaire un coude en bon état il suffit d'enfiler le tube en PTFE dans la butée de gaine puis dans le composant coudé. L’ensemble sera maintenu correctement lorsque le câble sera enfilé et mis sous tension.

Réemploi

Il est difficile de faire le diagnostic des freins après démontage.

Ne conserver que les paires complètes de frein et les apparier en enfilant un câble, une ficelle ou une épingle (fabriquée à partir d’un rayon usagé) entre les deux trous (pour tasseaux) des 2 mâchoires de frein. C’est pour éviter que la platine de fixation d’une mâchoire ne s’égare. Il y en effet pas mal de modèles différents et il est fastidieux de reconstituer un frein incomplet. Les vis de tasseau seront rangées à part.

Les relous (les pièces qui finissent par déborder de leur boîte) : freins incomplets, non appariés ou abîmés (étrier articulé déformé par exemple).
Les perles (celles qu’on récupère moins facilement ou dont on a toujours besoin) : V-brake à parallélogramme, leviers avec modulateurs de puissance ou adaptables (permettant d’adapter le tirage, long ou court, aux nécessités du frein).

Garder toujours quelques leviers tordus (comme tous les leviers, c’est parfois la seule solution pour que le levier soit accessible ou n’atteigne pas le guidon trop tôt) et quelques mâchoires pour patin à tige (seule solution acceptable lorsque la jante est trop fine).

Ranger les leviers de frein à part, ne pas les mélanger avec les leviers à tirage court, et/ou placarder un tuto indiquant comment les identifier.

Récupération des composants sur les mâchoires abîmées ou incomplètes

Les relous (un stock minimum et varié est tout de même nécessaire) : vis de tasseau (en l’absence de frein filet c’est du relou de chez relou), ressorts courts, rondelles des patins.
Les perles : patins pas trop usés (avec leur rondelles, montées dans le bon ordre SVP pour les débutant-es qui les utiliseront), coudes v-brake (même incomplets : sous-gaine en PTFE, butée de gaine, coude avec sa butée d’étrier en bon état), vis serre-câbles et leurs rondelles surtout, composants optionnels (mâchefrein, travel agent, modulateur de puissance).
Autres composants pouvant être intéressants : ressorts longs (avec leur platine si possible), vis de centrage, soufflets en bon état, écrou de fixation de patin à 6 pans pas creux (pour clé plate de 10, solution utile parfois pour résoudre des problèmes de serrage de patin), tasseaux démontés (le plus de modèles différents possibles pour résoudre certains problèmes propres aux cantilevers à tirage central).

Notes

↑ Mais Sutherland préconise au contraire de placer la partie la plus longue du patin vers l’avant. Sutherland's Handbook for Bicycle Mechanics, 7th edition, 2004.

[past-1] Mais Sutherland préconise au contraire de placer la partie la plus longue du patin vers l’avant. Sutherland's Handbook for Bicycle Mechanics, 7th edition, 2004.

[1]