Patins

A) cantilever et patin à tige avec rondelles sphériques, B) tirage latéral et patin à vis, C) tirage central et patin à tige, D) cantilever et patin à tige sans rondelles sphériques, E) tirage diredct et patin à tige, F) tirage direct et patin à vis longue, G) tirage central et patin à vis.

Description

Les patins (pads en anglais, le terme désignant aussi les plaquettes pour freins à disque), sont les pièces qui permettent le freinage du vélo lorsque, poussées par les bras du frein, elles entrent en contact avec la surface de freinage de la jante. Ils vont toujours par paire.

Composants

Un patin est composé de trois partie : la gomme qui ira frotter contre le flanc de la jante lorsque le levier de frein est actionné ; le sabot, structure métallique qui maintient la gomme ; et une tige filetée ou non qui permet la fixation du patin sur un des bras du frein.

Fixation

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  patin à vis

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  patins à tige

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  patin biseauté de face

Lors leur fixation (mounting) sur le frein, on doit aligner la gomme des patins par rapport à la surface de freinage de la jante. Il faut distinguer plusieurs types d’alignements :

• Chaque bras de frein est muni d’une rainure verticale qui permet d’aligner la hauteur du patin sur la hauteur du flanc de la jante (alignement de la hauteur = height alignment). Si le patin est trop haut, il ira frotter contre le pneu risquant l’éclatement de celui-ci, s’il est trop bas le freinage sera moindre et l’usure de la gomme inégal.
• La tige permet de pivoter le patin pour que la gomme soit alignée sur la courbe de la jante (alignement tangentiel = tangent alignment ou pitch angle). Si l’angle est incorrect, une partie du patin ira frotter contre le pneu risquant l’éclatement de celui-ci, le freinage sera moindre et l’usure de la gomme inégal.
• Certaines fixations sont équipées de rondelles sphériques qui permettent deux autres alignements :
  • L’alignement parallèle du patin sur la jante (vertical face alignment ou roll angle) permet de s’assurer que la verticale de la gomme est bien parallèle à la verticale de la jante. Si l’angle n’est pas correct, la gomme ira heurter la jante d’abord par le haut ou par le bas : le freinage sera moindre et le patin s’usera de manière inégal. Lorsque le patin est dépourvu de rondelles sphériques, les patins devraient être naturellement bien en face de la jante, à moins que les bras du frein ne soient tordus. Il existe des patins dont la gomme est biseautée de face qui permettent un alignement parallèle des patins lorsque les fixations sont dépourvues de rondelles sphériques.
  • L’alignement horizontal (yaw angle) permet de s’assurer que les parties avant et arrière de la gomme iront bien heurter la jante au même moment. Lorsque le patin est dépourvu de rondelles sphériques, les patins devraient être naturellement bien alignés, l’avant et l’arrière de la gomme à même distance de la jante ; à moins que les bras du frein ne soient tordus. Les rondelles sphériques permettent de régler le pincement (toe-in) : dans l’idéal, la partie avant des patins devraient être légèrement plus proches (0,5 à 1 mm) de la jante que l’arrière. Lors du freinage la rotation de la roue va tirer sur les patins le forçant à s’écarter légèrement : le réglage du pincement permet d’anticiper cette torsion pour que les patins soient bien parallèles à la jante au plus fort du freinage.

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  mâchoire avec patin à tige

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  mâchoire avec patin à vis

Il y a deux types de fixations qui dépendent de l’orientation de la rainure des bras du frein permettant l’installation des patins :

• Lorsque la rainure du frein est parallèle à la jante, on peut y fixer des patins à vis (threaded pads). Il y a deux types de patins à vis :
  • Les patins à vis courtes, sont conçus pour les freins à étrier. La plupart sont dépourvues de rondelles sphériques, mais il en existe certaines qui en ont deux afin de permettre le réglage du pincement : une creuse en appui contre le bras de frein et une bombée en appui contre le sabot du patin.
  • Les patins à vis longues, sont conçus pour les freins récents à tasseaux : freins à tirages direct et certains cantilever. Ils ont quatre rondelles sphériques : deux bombées en appui de part et d’autre contre la rainure du bras de frein, et deux creuses épousant chaque bombée des deux côtés.
• Lorsque la rainure du frein est perpendiculaire à la jante (certains étriers à tirage central, la plupart des cantilever et les anciens freins à tirages direct) on peut y fixer des patins à tige (smooth pads). La tige peut être crantée, les rainures suivant l’axe de la tige, ou lisse avec quelques rainures perpendiculaires à l’axe. La tige est enfilée dans une vis à œillet (ressemblance avec une fixation de tringle de garde-boue mais en plus gros) qui est en général pourvue de deux rondelles sphériques, une creuse guillotine à trou large en appui contre le patin et une bombée à trou plus fin en appui contre le bras du frein qui permettent le réglage du pincement.

Les patins à tige permettent aussi de régler la distance de la gomme par rapport à la jante. Dans l’idéal, les bras du frein doivent être verticaux, parallèles à la jante, lorsque les leviers de freins sont actionnés. On peut aussi faire ce réglage grossièrement sur les patins à vis longues en invertissant les rondelles creuses : celles-ci ont en effet deux épaisseurs différentes pour qu’on puisse adapter le frein lorsqu’on remplace la roue par une autre, plus large ou plus étroite. Lorsque le dégagement est trop important, les patins à vis iront trop bas sur la surface de freinage. Le frein devra alors être remplacé par un autre pour patin à tige.

Sabot

Sabot de patin ouverte sur une des extrémités.

Le sabot (brake shoe holder) est la partie métallique du patin qui maintient la gomme. En général, la tige filetée ou non de la fixation du patin fait partie du sabot. Lorsque la gomme est trop usée, le sabot peut entrer en contact avec la jante lors du freinage. On entend alors un bruit métallique désagréable alors que le sabot détruit la surface de freinage. Il faut remplacer les patins ou la gomme d’urgence si on ne veut pas bousiller la jante. On rencontre différents types de sabot :

• Sur la plupart des patins à vis longue, les patins à tige récents et certains patins à vis courte, le sabot n’est pas visible : il est recouvert d’une couche synthétique de même matière et couleur que la gomme. On peut deviner ou se situe à peu près le sabot par la présence d’une bavure de moulage sur tout le pourtour du patin.

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  Patin à cartouche fixée par vis.

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  Patin à cartouche maintenue par une goupille fendue.

• Lorsque le sabot est visible, il est souvent possible de remplacer la gomme :
  • La plupart des patins récents sont maintenant à cartouche (cartridge pads). La gomme est fixée au sabot à l’aide d’une goupille sur le côté du sabot ou d’une vis au-dessus du sabot. Une fois cette fixation enlevée, on pousse la gomme vers l’arrière pour remplacer la cartouche. En plus d’être plus écologique, ce procédé permet souvent de remplacer la gomme sans être obligé de démonter les patins des mâchoires. Le réglage devient alors extrêmement simple : il suffit en général d’ajuster la tension du câble à l’aide du barillet de l’étrier ou du levier de frein. Attention, les cartouches Campagnolo sont spécifiques alors que les autres marques sont interchangeables.
  • Sur les patins à vis courtes anciens, lorsqu’il est possible de remplacer la gomme, il faut par contre démonter le patin. On a alors deux dispositifs :
    • Les plus anciens ont le côté arrière ouvert. Il suffit alors de faire glisser la gomme pour la remplacer. Il faut bien faire attention lors du montage du patin à le placer dans le bon sens pour que la gomme ne soit pas chassée lors du freinage.
    • Sur les sabots plus récents, il est souvent possible de défaire une des languettes de butée (tab) à l’aide d’un petit tournevis plat pour pouvoir démonter la gomme. On peut coincer le sabot dans un étau pour faciliter l’opération. Une fois la nouvelle gomme mise, on rabat la languette à la pince ou à l’étau pour que la gomme soit bien maintenue.

Le sabot et la gomme sont plus allongés sur les patins à vis longues : les freins à tirages direct permettent, grâce à leur avantage mécanique important, une surface de frottement plus grande lors du freinage. Une surface plus grande limite l’usure de la gomme, toujours plus fine sur ce type de frein. Utilisé sur un frein plus traditionnel, les patins allongés donnent un freinage trop mou et ne devraient être utilisés que sur des freins offrant un avantange mécanique suffisant comme les freins à tirage direct ou éventuellement des double-pivots. Parfois, les deux parties n’ont pas la même longueur de part et d’autre de la tige fileté du patin : la partie la plus longue doit alors être orientée vers l’arrière. Ces patins asymétriques évitent d’user trop rapidement la partie arrière de la gomme lorsque les patins ont été montés parfaitement parallèles à la jante (sans pincement). Une flèche indiquant le sens de montage est souvent présente sur les patins récents.

Gomme

Gommes de patin

Le terme « gomme » (gum) mérite des guillemets : le composant (compound) n’a pas toujours été en caoutchouc et ne l’est d’ailleurs quasiment plus actuellement. Le terme anglais brake shoe mériterait donc une traduction en français et il est fort probable qu’avec le succès des patins à cartouche, ce dernier mot vienne remplacer une dénomination qui commence à sentir le daté. Il existe donc différents composants :

• Les premiers patins étaient fait de liège, on en rencontre encore sur des vélos très anciens.
• Ensuite le caoutchouc l’a emporté, et reste encore le matériau de base pour les jantes en alu. Il devient de plus en plus dur avec le temps et cette dureté a une grande influence sur la qualité de freinage : une gomme tendre donne un freinage plus nerveux, alors qu’avec une gomme dure le freinage devient plus progressif. Il existe des gommes conçues pour temps humide, mais il faut surtout retenir que les gommes tendres freineront mieux sous la pluie que les gommes dures.
• L’apparition de nouveaux matériaux dans les jantes, comme le carbone, a un peu changé la donne. Maintenant la composition des gommes est très éclectique et dépend essentiellement du matériau de la jante : aluminium, céramique, carbone, etc.
  • Les jantes en aluminium dissipent beaucoup mieux la chaleur que pour les matériaux plus récents. On préfère donc des composants qui s’échauffent peu. L’aluminium étant friable, il peut laisser des particules sur la surface du patin. Le freinage donne alors un bruit inhabituel et ces débris peuvent rayer la jante. Il faut alors nettoyer la gomme à la lime, au papier émeri voire au couteau pour les enlever.
  • Les jantes à revêtement en céramique donnent une meilleure accroche. Elles nécessitent des gommes spéciales, plus dures, qui s’usent moins vite.
  • Les jantes en carbone dissipent très mal la chaleur. Elles réclament donc des gommes qui prendront en charge la surchauffe. Ces gommes se comportement d’ailleurs mieux lorsqu’elles sont suffisamment chauffées, ce qui rend le freinage moins efficace par temps humide.
• Il existe maintenant des cartouches à double ou triple densité dont le composant n’est pas le même à l’avant et à l’arrière du patin. Par exemple le premier composant offrira un bon freinage sur route mouillée et le composant suivant, de couleur différente, sera plus performant par temps secs. S’il existe toujours des mono-gomme polyvalentes, les cartouches unicolores sont plutôt prévues pour certaines conditions, soit sèches soit humides.

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  Patin dont la gomme présente une usure inégale.

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  Patin « ventouse » dont la gomme est creusée.

Les gommes s’usent, et plus rapidement lorsqu’elles sont tendres. Elles peuvent avoir un témoin d’usure. Lorsqu’il n’est pas présent il y a deux critères à respecter :

• Les gommes ont souvent des rainures transversales, lorsqu’elles ne sont plus visibles, le patin ou la gomme doivent être remplacé-es.
• Lorsque le sabot est visible, on s’inquiète grave lorsqu’il ne reste plus qu’un ou deux millimètres de gomme. On peut faire de même avec la bavure de moulage, lorsqu’on n’aperçoit pas le métal du sabot.
• Lorsque la face de la gomme est creusée suite à un mauvais positionnement de patins, les patins peuvent rester collés à la jante lorsqu’on relâche les freins. Il faut alors araser la surface de la gomme avec un couteau ou une lime plate pour résoudre le problème.
• La gomme est plus fine sur les patins pour V-brake. En effet, si rien n’est fait pour retendre le câble afin de compenser l’usure de la gomme, le patin risque d’être trop éloigné de la jante. Or ce type de frein fonctionne mal ou plus du tout lorsque le dégagement entre jante et patins est trop important.

Réparations

Changer les patins

Voir Changer les patins.

Réemploi

Démontage des pièces

• Si possible laisser les patins sur les mâchoires de frein.
• Les perles (patins qu’on trouve rarement ou qui sont très demandés) : patins à vis munis de rondelles sphériques, patins à cartouche, patins Magura HS (frein sur jante hydraulique). Ne jeter que les patins esquintés ou dont la gomme est trop usée (si elle n’est pas remplaçable).
• Les relous (patins qu’on récupère facilement et qui sont peu demandés) : patins à tige, patins à vis sans rondelles sphériques. Jeter tous les patins esquintés ou dont la gomme est usée, trop dure ou avec une usure inégale.
• Remonter toutes les pièces de fixation dans le bon sens pour faciliter un réemploi ultérieur par une personne néophyte.
• Les fixations pour patins à tige doivent être rangées à part. Les enfiler dans un câble ou une épingle au travers de l’œillet de la vis pour ne pas perdre la rondelle guillotine.

Récupération des composants des pièces hors service

• Les perles : gomme colorées ou tendres lorsqu’elle sont démontables, cartouches en bon état, vis ou goupilles de fixation pour cartouches, rondelles sphériques de patins de route (pas mal de modèles différents et incompatibles).
• Les relous : rondelles sphériques de patins V-brake, fixations de patins à tige (sauf certains modèles exotiques).
• Conserver quelques sabots ouverts pour frein à étrier.

Réemploi de pièces récupérées

• Placarder un tutoriel expliquant dans quel sens monter les rondelles sphériques.

Je n’ai pas trouvé ce tutoriel dans le wiklou. Merci à celleux qui souhaitent s’y atteler de s’inspirer des photos disponibles dans la section Montage des fixations de la page Changer les patins.