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La fin d'un risque pour l’environnement

18 août 2021

Les avantages du cuivre, ce métal brun brillant, ont été redécouverts l’an passé : pendant la pandémie de COVID-19. Il a permis de réduire le risque d’infection croisée dans les hôpitaux et les établissements de santé, grâce à ses propriétés antimicrobiennes.

Ses effets sont toutefois identiques qu'il se présente sous forme de plaque de propreté de porte ou de poussière en bord de route qui finira dans un cours d'eau. Le cuivre étant nocif pour les poissons, les animaux et les invertébrés, les États américains de Californie et de Washington ont décidé de limiter son utilisation dans les freins des véhicules à un maximum de 5 % du poids total à partir de 2021, puis à 0,5 % en 2025.

Haldex est l'un des premiers fournisseurs de freins à proposer des garnitures qui, à moins de 0,5 %, dépassent les exigences actuelles. Haldex distribue actuellement ces garnitures de freins à disque auprès du marché indépendant des pièces de rechange et des constructeurs américains, et prévoit de fournir les mêmes garnitures en Europe d'ici deux ans, après la réalisation des essais clients. La législation européenne n'ayant pas encore rattrapé les lois américaines dans ce domaine, la garniture à faible teneur en cuivre sera lancée en Europe avant toute exigence légale. Haldex est véritablement à la pointe de l'industrie en proposant une garniture plus respectueuse de l'environnement.

Cet objectif n'a pas été facile à atteindre. Le cuivre représentant environ 10 % du poids des garnitures de frein, il était crucial de trouver un substitut approprié. Le cuivre est utilisé dans les garnitures de frein pour la même raison que dans le câblage domestique : sa forte conductivité permet d'éloigner la chaleur du disque et de réduire l’échauffement (ou fading) des freins (Il fait également office de lubrifiant, afin de réduire l’usure).

Cette nouvelle modification de la composition n'est que la dernière d'un produit qui évolue depuis longtemps. Au fil des années, un certain nombre de matériaux ont été retirés, principalement pour des raisons de santé, comme le plomb, le cadmium et l'amiante.

« Il est difficile de trouver des matières premières aux propriétés adéquates, explique Jonas Benson, responsable de l'homologation et des essais sur véhicules. Il s'agit de l'un des produits manufacturés les plus complexes, qui comprend de nombreux composés et sous-produits industriels différents. »

En outre, les plaquettes de frein des véhicules poids lourds doivent être plus robustes que celles des voitures de tourisme en raison du poids supplémentaire du véhicule. Avec plus de 40 tonnes, la force d'inertie produite génère une chaleur intense lorsque les freins sont appliqués. Jonas Benson précise : « Nos essais ont été effectués dans les conditions les plus défavorables, c'est-à-dire avec un mauvais conducteur dans les Alpes allemandes. Les étriers peuvent dépasser 900 °C, et les plaquettes sont encore plus chaudes, mais elles résistent. Lorsque vous appuyez très fort sur la pédale, la force de serrage est de plus de 20 tonnes. »

« Pour fabriquer la plaquette de frein parfaite, il faut non seulement les bons ingrédients, mais aussi les bons paramètres de mélange, de temps, de température et de pression », explique Carl-Magnus Eriksson, Global Category Manager chez Haldex.

Si la formulation exacte de la plaquette allégée en cuivre reste un secret bien gardé, Haldex affirme que les performances de la nouvelle garniture semi-métallique seront aussi bonnes que celles des plaquettes haut de gamme précédente, et que surtout, elle ne coûtera pas plus cher. Les plaquettes seront également de dimensions identiques et seront remplacées de la même façon.

Cette innovation montre qu'Haldex continue d’investir dans le développement de produits pour rester en tête du marché. Le but est notamment de répondre aux préférences et aux attentes des constructeurs en matière d'approvisionnement mondial de garnitures à faible teneur en cuivre, mais pas seulement : ce travail bénéficie également à l'environnement et à la société en général. Le fournisseur de freins, qui soutient les 17 objectifs de développement durable de l'ONU, assume ainsi ses responsabilités en agissant en faveur de l’environnement.

Et il ne compte pas s'arrêter là. En Europe, les risques que posent les particules de poussière inférieures à 2,5 microns sur la santé humaine, particulièrement en zones urbaines, font l’objet d’une préoccupation croissante. Ces particules sont notamment produites par les freins des véhicules. Haldex va continuer à développer des garnitures conformes à l’évolution des normes.

 

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La durée des essais

Même si l’entreprise Haldex ne fabrique pas la garniture, elle a néanmoins toutes les connaissances nécessaires, étant donné la quantité de travail qu'elle consacre aux essais de validation. Il faut au moins trois ans pour que la nouvelle garniture d'un fournisseur atteigne le statut de produit commercialisable, appelé en interne « état de production ». Ce travail est effectué par l'équipe chargée des garnitures chez Haldex.

Jonas Benson, responsable des essais sur véhicules chez Haldex, décrit la procédure d'essai Haldex. Comme l'entreprise ne peut pas tester toutes les garnitures en cours de développement, elle en sélectionne quelques-unes parmi les plus prometteuses au niveau mondial. Cette sélection se base notamment sur les résultats de certains essais normalisés ISO effectués par le fabricant de la garniture. Il précise : « Si nous trouvons le produit intéressant d'un point de vue commercial, si le fournisseur l'a déjà fabriqué et si nous avons des références, nous entamons alors un processus d’essais sur dynamomètre en simulant les charges d'un véhicule poids lourds à pleine charge sous différentes conditions opérationnelles, y compris les essais requis par la législation. »

Dans un premier temps, les résultats des essais des fournisseurs sont vérifiés, ce qui prend deux jours. Ensuite, suivent les essais de fissuration des disques, en utilisant les procédures d'essai développées par Daimler. « Pour gérer la contrainte thermique, il faut une bonne fonderie du rotor [de frein]. Mais il faut également une plaquette tendre », observe-t-il. Ces essais prennent 10 jours.

Un essai est également effectué selon la norme UN R13 sur les systèmes de freinage, qui est une exigence légale pour les freins et fait partie de l’homologation. Cet essai-là prend un jour. Enfin, deux essais normalisés ISO sont réalisés, un essai de performance de deux jours et un essai d'usure de huit jours.

Lorsque les plaquettes ont satisfait tous les essais internes, elles sont proposées à des clients sélectionnés pour deux ans d'essais sur le terrain avant commercialisation, qui impliquent dans ce cas une trentaine de véhicules. « Il est important que les plaquettes soient utilisées dans différentes configurations, qu'il s'agisse de la construction - faible kilométrage mais conduite agressive - ou du transport longue distance, avec peu de trafic et peu de freinage dans les pays à faible dénivelé. Une conduite agressive usera les plaquettes, car la contrainte thermique est plus élevée. Mais si vous conduisez sur autoroute sans jamais freiner, le niveau de friction doit rester élevé en toutes circonstances, ce qui peut poser problème », ajoute Jonas Benson. Comme les vibrations agissent sur les plaquettes, celles-ci sont testées dans différentes régions avec des limitations de vitesse et des qualités de route différentes.

Après les essais d'Haldex, la garniture est proposée à d'autres intervenants pour être testée, comme des clients mais aussi des fabricants d'essieux, qui l'utiliseront pendant un an. Ils se concentreront sur le côté technique, l'effritement des bords, la corrosion sur les côtés, les questions environnementales et la durée de vie.

Les essais durent longtemps mais l’attente en vaut la peine puisque la garniture a été minutieusement évaluée avant d'arriver sur le marché, ce qui est plutôt rassurant pour les clients.

 

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