Moulinet : comprendre les roulements

Chapitre 4 | Les moulinets modernes contiennent deux types de roulements : des roulements à billes et un roulement à rouleaux. Voyons ensemble leurs différences et leurs rôles respectifs dans le moulinet (à tambour fixe).

Le roulement à rouleaux/aiguilles

Anglais : Roller Bearing (RB), Roller Clutch, One Way Clutch
Français : Roulement à aiguilles, Roulement à galets

Le roulement à rouleaux du moulinet n'est pas tout à fait un roulement tel qu'on pourrait l'entendre car il n'a pas vocation à fluidifier la mécanique du moulinet. Il s'agit en réalité de la pièce maîtresse du mécanisme d'anti-retour infini.

Il n'y a aucune équivalence ni comparaison possible entre les roulements à billes et le roulement à rouleaux de l'anti-retour. Ils sont radicalement différents.

Le roulement à rouleaux est unique dans le moulinet. Il est situé à l'avant du bâti sous le rotor, placé autour du pignon pour l’empêcher de tourner en sens inverse lorsque l’anti-retour est enclenché.

A titre d'exemple, voici une photo du roulement à rouleaux de mon Shimano MgS XSB (qui méritait un bon nettoyage). La seconde photo est un modèle Daiwa. Les ressorts et la cage peuvent prendre des formes différentes mais le fonctionnement général reste strictement le même d'un modèle à l'autre.

Vous trouverez une vidéo du démontage d'un modèle Shimano ici : https://youtu.be/YDKux3KybBE

Principe de fonctionnement

Lorsque l'anti-retour est enclenché, les logements des rouleaux (les petits cylindres) présentent un coté plus étroit que l'autre. La douille centrale placée sur le pignon tourne sur elle même en entraînant les rouleaux : dans un sens ils sont poussés dans la partie large de leur logement, dans l'autre sens ils sont attirés dans la partie étroite et bloquent la douille.

Des ressorts servent à accompagner le placement des rouleaux dans leur logement en fonction du sens de rotation de la douille. Le déplacement des rouleaux est infime. Il s'agit d'un mécanisme de précision où l'on travaille au centième voire au millième de millimètre, faute de quoi vous ressentiriez du jeu dans l'anti-retour.

Le débrayage du système est effectué en faisant tourner une bague qui déplace le bord étroit du logement des rouleaux.

Voici une vidéo qui présente le principe de fonctionnement sur un roulement non débrayable. Les commentaires sont en anglais mais les images suffisent à comprendre le système.

Avantages et inconvénients du système

Le principal avantage du roulement à rouleaux est qu'il élimine tout jeu dans le blocage du pignon : c'est cela que l'on qualifie d'anti-retour "infini".

Sur les systèmes d’anti-retour plus simples (et plus anciens) comme les systèmes à crémaillères, un jeu se fait sentir lorsque l'on fait appel à l'anti-retour et que le cliquet du rotor est positionné entre deux crans. Ce n'est pas forcément très gênant en action de pêche mais un anti-retour infini est quand même plus agréable à l'usage.

Le confort apporté par le roulement à rouleaux n'est pas totalement sans contrepartie : le système est en effet moins puissant et moins robuste qu'une crémaillère de qualité d'autant plus que la cage du roulement à rouleaux est souvent en plastique sur les moulinets, elle peut s'user et causer l'apparition d'un jeu.

Je vous rassure, la puissance de l’anti-retour est très suffisante pour la pêche côtière courante mais pour le thon c'est autre chose, raison pour laquelle sur les moulinets de pêche au gros le roulement à rouleaux est parfois doublé d’une crémaillère.

Enfin, l'entretien n'est pas toujours évident. D'une part certains modèles d'anti-retour sont pénibles à remonter (comme le mien, dont les ressors et les rouleaux n'ont de cesse de sauter), d'autre part une lubrification maladroite de l'anti-retour peut entraîner son dysfonctionnement. S'il est trop lubrifié ou que le lubrifiant est trop épais, les rouleaux se mettent inopinément à déraper ce qui libère alors la rotation inverse. Cela m'est arrivé lorsque je réalisais des essais de graisses et d'huiles, il m'a fallu un moment pour identifier la source du problème.

Les roulements à billes

Anglais : Ball Bearings (BB)

Le rôle des roulements à billes est de réduire les frictions des pièces en rotation afin de fluidifier la mécanique du moulinet. (Je pense que c'est une évidence pour tout le monde).

Oui, mais voilà... il ne suffit pas de jeter des roulements à billes un peu partout dans un moulinet pour que son mécanisme soit souple à souhait. Encore faut-il que ceux-ci soient de qualité et placés à des endroits utiles en nombre approprié.

Nombre et positions des roulements à billes

Le nombre de roulements à billes qui équipe un moulinet peut donner une vague idée de la souplesse de son mécanisme mais il convient de relativiser quant à l'utilité réelle de chaque roulement en fonction de sa position dans la mécanique.

Seules les pièces en rotation qui subissent des frottements significatifs ont véritablement intérêt à être accompagnées de roulements à billes. Un seul roulement suffit sur les pièces courtes quand deux peuvent être nécessaires pour soutenir les plus longues. Ajouter davantage de roulements sur une même pièce n'augmentera pas sa fluidité (au contraire).

Cette logique simple nous indique que la mécanique interne d’un moulinet à tambour fixe peut atteindre une grande fluidité avec 5 ou 6 roulements à billes :

A ces roulements utiles peuvent s'ajouter des roulements secondaires situés hors de la mécanique interne. Ce sont des options de confort qui améliorent la sensation de fluidité :

Enfin, les moulinets cachent parfois des roulements supplémentaires qui ne contribuent pas à la fluidité mécanique (ou pas assez pour les justifier) :

Vous l'aurez compris, parmi tous les roulements à billes que peut posséder un moulinet, certains sont d'une grande utilité tandis que d'autres sont optionnels voire superflus.

Le nombre de roulements ne fait pas la qualité du moulinet

Un grand nombre de roulements est souvent perçu comme la promesse d'un moulinet confortable et qualitatif mais il est maladroit de se fier seulement au nombre de roulement pour faire un choix entre deux produits.

On lit parfois des commentaires sur les réseaux sociaux qui reflètent la confusion entre qualité du design et nombre de roulements. Certains me désespèrent profondément, comme celui-ci :

Sur le Shimano tu payes la marque pour rien, il n'y a que 4 roulements. Prends plutôt le modèle à 12 roulements de la marque X qui coûte le même prix.

La mécanique du moulinet forme un tout qui doit être cohérent. Le nombre de roulements n'a aucun sens s'ils sont mal placés, si leur qualité est douteuse ou si les engrenages sont eux-mêmes de piètre précision et qu'ils grattent abondamment après une courte période d'utilisation.

Une conception astucieuse, soignée et sobre en roulements comme le propose Shimano se montre bien plus efficace et agréable qu'un produit artificiellement gonflé de roulements dont le but premier est de flouer l'acheteur. Voici un exemple trouvé sur AliExpress qui sonne bien comme une surenchère absurde. Je n'arrive même pas à imaginer comment ils arrivent à faire rentrer 17 roulements dans un moulinet !

Résistance à la corrosion

La rouille est sans nul doute le plus grand risque d'usure prématurée pour un roulement à billes de moulinet. Pour cette raison, les moulinets modernes sont équipés de roulements dits "anti-corrosion".

Le terme "anti-corrosion" (ou équivalent) est trop vague pour savoir précisément de quoi il est question. Selon la marque et son niveau d'exigence, il peut s'agir de roulements fabriqués en :

• inox 440C résistant seulement à l'eau douce (inox standard)
• inox 440C protégé d'un plaquage au chrome, zinc, nickel, ou carbure de titane (TiC)
• inox 316 résistant à l'eau de mer

L'inox 316 est le plus résistant à la corrosion marine mais le 440C est un acier dur qui se prête beaucoup mieux à un façonnage de grande précision. Pour cette raison, il est beaucoup plus courant de trouver des roulements miniatures "anti-corrosion" fabriqués en inox 440C plaqué. Bien qu'un peu moins résistant au sel, un plaquage de qualité offre quand même un très bon niveau de protection. De toute manière, les moulinets de surfcasting ne sont pas supposés prendre régulièrement des bains de mer.

Pour deviner en quoi sont faits vos roulements, il vous suffit d'utiliser un aimant : L'inox 440 est fortement magnétique alors que le 316 l'est très peu, les aimants y adhèrent mal.

Quel que soit le niveau supposé de résistance à la rouille de vos roulements, un entretien régulier reste nécessaire (au moins une fois par an). Les aciers inoxydables rouillent plus rapidement lorsque la couche passive de surface est "polluée" c'est à dire lorsque des impuretés s'y sont collées. Les nettoyer pour les débarrasser des saletés prolonge significativement leur durée de vie.

Protection des billes (étanchéité)

Après la rouille, le second facteur qui peut entraver le bon fonctionnement d'un roulement est l'encrassement par la poussière ou (pire) le sable. Pour réduire le risque de voire des impuretés entraver le bon fonctionnement du roulement, certains modèles sont équipés d'une protection.

Les roulements ouverts (sans protection) qui exposent les billes aux saletés sont de plus en plus rares sur les moulinets de grande marque mais étaient courants auparavant. Si votre moulinet date des années 2000 ou antérieur, alors il est très probable qu'il soit équipé de roulements ouverts.

Aujourd'hui, la plupart des moulinets sont équipés de roulements protégés contre l'intrusion d'impuretés par des flasques en métal (une sorte de petit bouclier qui masque les billes). Ils sont prétendus "étanches à la poussière" mais un interstice subsiste entre la flasque et la bague intérieure pour éviter tout frottement. Ils ne sont donc pas étanches...

Les roulements peuvent obtenir un niveau de protection supérieur s'ils sont équipés de joints en élastomère (dits "Rubber Seals" ou RS). Il existe plusieurs types de joints dont trois sont courants sur les roulements miniature compatibles avec les moulinets :

Il existe enfin une dernière catégorie de protection que l'on trouve exclusivement chez Daiwa sous le nom "Mag Sealed". Il s'agit d'un procédé astucieux de lubrification et d'étanchéité au moyen d'une huile magnétique maintenue dans le roulement par des aimants. L'huile magnétique crée une barrière contre l'eau mais n'entrave pas la rotation du roulement. La marque précise toutefois que Mag Sealed offre une étanchéité contre l'immersion accidentelle brève et non contre la pression de l'eau subie lors d'une immersion prolongée.

When actually fishing, there is no problem if it is momentarily immersed in water. Please understand that the reel is not meant to be used by immersing it in water in the first place, and please be aware that the mag shield is only an emergency evacuation role.

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Source : https://www.daiwa.com/jp/fishing/function/reel/1194087_4319.html

Je vous invite à regarder la vidéo suivante qui montre l'assemblage d'un roulement Mag Sealed.

Optimiser la fluidité du moulinet

Sur un moulinet, la sensation de fluidité se traduit par une aisance à actionner la manivelle en fournissant un effort minimum. Moins l'effort nécessaire pour tourner la manivelle est important, plus on considère que le moulinet est fluide. Sur les moulinets les plus fluides, la manivelle parvient même à tourner toute seule sous son propre poids (lorsqu'aucun fil n'est tendu sur le galet).

La fluidité est obtenue par une combinaison de paramètres mettant en jeu la précision des engrenages, leur dimension (qui influence le ratio), leur lubrification, l'ajustement de la mécanique (pour limiter les flottements) et bien entendu les roulements dont les frottements internes doivent être les plus faibles possible pour qu'ils puissent entrer en rotation avec grande facilité (voir la notion de couple de démarrage d'un roulement).

Tuner (optimiser) les roulements à billes est donc un moyen courant d’accroître la souplesse mécanique du moulinet et de gagner en confort d'utilisation. Pour ce faire, plusieurs solutions s'offrent à vous, que vous pouvez d'ailleurs combiner :

• ajouter des roulements en remplacement de bagues (paliers lisses)
• corriger la lubrification de vos roulements
• remplacer vos roulements par des modèles plus "roulants"

Il faut toutefois rester conscient que notre main, seul juge du confort, ne perçoit le gain de fluidité dans la manivelle que jusqu'à un certain point au-delà duquel il devient illusoire de chercher toute amélioration supplémentaire.

Ajouter des roulements (upgrade)

Sur certains modèles de moulinet, il est possible de remplacer quelques bagues en plastique ou en laiton par des roulements afin de fluidifier la mécanique.

Moins votre moulinet compte de roulements à billes et plus il a de chances de contenir des bagues en plastique à des endroits importants du mécanisme. Il sera particulièrement intéressant de remplacer les bagues placées :

• sur l'axe de la roue de commande
• sous le pignon

Sur les moulinets qui ont déjà 4 à 5 roulements à billes, il s'agira plus vraisemblablement de bagues placées à des endroits secondaires :

• aux extrémités de l’axe d’oscillation (worm shaft)
• dans la poignée de la manivelle
• dans le galet du pickup

Voici quelques vidéos qui vous montreront comment procéder sur différents modèles de moulinets. Si le vôtre ne fait pas partie de la liste, sachez qu'il présentera sûrement des bagues similaires aux mêmes endroits :

• Shimano Ultegra XSC
• Shimano Ultegra XSD
• Shimano Ultegra XSE
• Caperlan Adonis 7000
• Caperlan Adonis 5000
• Daiwa N Zon distance 25 QD
• Daiwa Basia 45 SLD QD/QDX

Améliorer la lubrification

Si vous avez la sensation que vos roulements freinent la mécanique alors vous pouvez agir sur leur lubrification pour tenter de réduire les frottements internes.

Beaucoup de roulements protégés pas des flasques latérales sont remplis de graisse qui leur assure une longue durée de vie et limite le besoin d'entretien car elle persiste dans le roulement mais ralentit aussi sa rotation à basse vitesse. Le nettoyage complet du roulement va aider à le fluidifier et à réduire son couple de démarrage (l'effort que votre main va devoir fournir pour amorcer la rotation sera plus faible, la sensation de fluidité sera améliorée).

Pour réaliser le nettoyage, démontez les flasques latérales si vous le pouvez puis plongez le roulement dans un bain dégraissant (Essence F ou Pétrole Désaromatisé par exemple). Faites-le tourner dans le dégraissant pour éliminer les résidus d'huile ou de graisse. Épongez-le ensuite avec du papier essuie-tout puis faites-le tourner sur un support en lui donnant de l'élan (ex: manche de pinceau). S'il tourne à merveille alors c'est que le problème provenait bien du lubrifiant.

Après séchage, vous aurez le choix entre utiliser le roulement à sec (sans huile) ou bien le re-lubrifier au moyen d'une huile à faible viscosité. Fonctionner à sec permet d'obtenir la meilleure performance mais peut rendre le roulement bruyant et légèrement plus sensible à la rouille. Pour cette raison, je préfère fonctionner avec une huile à basse viscosité qui réduit les bruits sans (trop) ralentir le roulement.

En revanche, si après nettoyage, votre roulement n'a pas retrouvé sa fluidité alors il mérite certainement d'être remplacé.

Remplacer vos roulements par des plus performants

Vous avez tenté de nettoyer vos roulements mais rien n'y fait, ils semblent englués dans le goudron. Votre dernière chance consiste donc à les remplacer par des produits plus performants (si l'on peut dire).

Si la fluidité est votre priorité et que vous n'avez pas lu le reste de l'article alors voici un bref résumé des détails auxquels rester vigilant :

• Évitez les roulements étanches car les joints en caoutchouc freinent la rotation
• Préférez des roulements secs ou lubrifiés avec une huile à basse viscosité (dite "faible friction")
  • Évitez les roulements graissés, la graisse freine le roulement
• Ne vous fiez pas à la classe ABEC
  • ABEC n'est pas un indice de performance (voir Annexe 2 en bas de page)
• Ignorez la vitesse maximale supportée par le roulement
  • Un roulement conçu pour tourner très vite n'est pas nécessairement performant à basse vitesse
  • or, votre moulinet tourne à basse vitesse...
• Faites attention aux termes "performance" et "haut de gamme" affichés sur les sites généralistes
  • Ces termes se rapportent plus souvent à la robustesse du produit qu'à sa fluidité
• Ne foncez pas tête baissée vers des roulements en céramique
  • Ils ne sont pas parfaits non plus...

Roulements en céramique, entre mythe et réalité

Peut-être avez-vous déjà envisagé de remplacer les roulements de votre moulinet par des modèles dont les billes sont en céramique. Ceux-ci sont réputés très performants et il peut être tentant de booster son moulinet avec ce type de roulement haut de gamme. A vrai dire, les choses ne sont pas aussi simples...

Quand on parle de céramique, il faut en réalité faire la distinction entre les roulements entièrement en céramique (très coûteux) et les roulements "hybrides" dont seules les billes sont en céramique (les bagues sont en inox). Ces derniers sont beaucoup moins chers.

Il existe par ailleurs plusieurs céramiques sur le marché mais les deux plus courantes sont le Dioxyde de Zirconium (ZrO₂) et le Nitrure de Silicium (Si₃N₄).

Avantages théoriques de la céramique

Si l'on s'en tient seulement aux propriétés des matériaux, hors de tout contexte lié à l'usage qu'il sera fait des roulements, voici les avantages que vous pourrez lire au sujet de la céramique :

Mais dans la pratique...

Sur le papier, la céramique a tout du matériau parfait mais dans la pratique le constat est autre sur un moulinet.

La supériorité de la céramique sur l'acier ne vaut que pour une application à haute vitesse et/ou avec une charge qui entraîne échauffement et usure de l'acier. En milieu industriel, ces avantages ont tout leur sens mais pas sur un moulinet. La dureté, la rigidité, le faible coefficient de dilatation et la précision des billes ne sont pas perceptibles à basse vitesse et sans charge.

La faible inertie des billes en céramique permet au roulement de monter dans les tours beaucoup plus vite et avec moins d'effort qu'un roulement à billes d'acier. Cette propriété est particulièrement recherchée sur les moulinets de casting (à tambour tournant) pour accroître la distance de lancer avec de petits leurres qui, très légers, peuvent avoir du mal à rompre l'inertie des roulements. Sur un moulinet de spinning (tambour fixe), cette propriété présente beaucoup moins d'intérêt. Certes, le couple de démarrage sera plus faible avec la céramique mais il est peu probable que le gain soit perceptible dans la manivelle si vous utilisez déjà des roulements sans huile.

Les produits en céramique souffrent quoi qu'il en soit d'un inconvénient majeur : leur coût est élevé. Il est même exorbitant quand il s'agit de roulements entièrement en céramique de grande marque. Comptez 40€ à 150€ pièce selon la taille du roulement et le type de céramique. Avec un tel prix, l'investissement n'est clairement pas justifié sur un moulinet d'autant plus que le seul avantage de la céramique que l'on puisse réellement exploiter est sa résistance à la corrosion marine (ça fait cher le roulement anti-corrosion).

Les roulements hybrides de bonne qualité sont commercialisés à des tarifs qui avoisinent ceux des roulements originaux de grandes marques comme Daiwa ou Shimano. Si vos roulements sont usés et qu'il est temps de les remplacer alors c'est le bon moment pour tenter les modèles hybrides. En toute sincérité, je ne suis pas convaincu que l'on ressente de grande différence entre un bon roulement inox nettoyé et un roulement hybride sur un moulinet à tambour fixe, mais cela n'engage que moi. Faites-vous votre propre idée et partagez-moi votre ressenti en commentaire.

Annexes

[1] Anatomie d'un roulement

Source : https://www.skf.com/fr/products/rolling-bearings/principles-of-rolling-bearing-selection/general-bearing-knowledge/bearing-basics/components-and-materials

[2] Tolérances d'un roulement à billes

Les tolérances d'un roulement représentent le niveau de précision de ses dimensions. Plus exactement, il s'agit d'encadrer par un standard les écarts tolérés entre ses dimensions théoriques (d x D x E) et ses dimensions physiques réelles (que l'on peut mesurer sur le produit fini).

Les tolérances des roulements sont normalisées et classifiées selon des standards industriels :

• International : ISO
• Américain : ABMA (ABEC)
• Allemand : DIN
• Japonais : JIS

Les normes fixent les exigences de précision sous la forme de classes (plus ou moins contraignantes) afin d'assurer que les roulements soient les plus ronds possible, les mieux centrés possible, capables de s'insérer dans un logement de taille déterminée et puissent accueillir une pièce (axe, arbre, pignon) de diamètre précis.

Voici les classes de tolérance, de la moins précise (première ligne) à la plus précise (en dernière ligne)

En norme ISO, les tolérances s'expriment en microns c'est à dire en millième de millimètres (1μm = 0.001mm). En norme américaine ABEC, les tolérances s'expriment en dix-millième de pouce (ten-thousandths of an inch = 0.0001 pouce) ce qui équivaut également à une précision en microns.

Si l'on ramène les tolérances au centième de mm (unité que l'on connaît bien sur les nylons) alors les valeurs normalisées pour de petits roulements compatibles avec les moulinets sont comprises entre 0.2/100mm et 1/100mm.

Que faut-il comprendre sur les tolérances ?

Plus les tolérances sont étroites, plus les dimensions du roulement sont précises et mieux il pourra être "couplé" à la mécanique si celle-ci est également dimensionnée avec grande précision. L'axe et le roulement seront assemblés avec un jeu extrêmement réduit, éliminant de potentielles vibrations.

Par ailleurs, des tolérances faibles peuvent améliorer la durée de vie d'un roulement lorsque celui-ci doit tourner à haute vitesse. Un roulement dont les pistes sont parfaitement régulières et parallèles vibrera très peu en rotation, or les vibrations sont vecteur d'usure à haute vitesse.

Les classes de tolérances ne donnent en revanche aucune précision sur les vitesses maximales, le couple du roulement, la précision des surfaces ou encore leurs coefficients de friction. Pour ces raisons, les tolérances ont un impact négligeable sur la performance brute du roulement.

Un roulement de grande précision trouve son intérêt à haute vitesse, c'est à dire lorsque l'on commence à atteindre des centaines de rotations par seconde. Un vélo, un skate, un roller ou un moulinet ne sont pas en mesure de tirer un bénéfice de roulements de très grande précision. Pour ces usages, il est plus important de s'intéresser aux matériaux et au lubrifiant du roulement qu'à la précision de ses cotes.

[3] Influence des caractéristiques

Lectures complémentaires

• Sur le blog : Acheter des roulements de rechange
• SKF : Roulements rigides à billes à une rangée
• SKF : Exigences de performances et conditions de fonctionnement

Matériaux des roulements

• (EN) https://www.smbbearings.com/technical/bearing-material.html

• Roulements en céramique

  • (EN) Boca Bearings - Ultimate Guide To Full Ceramic Bearings (PDF)
  • (EN) SMB Bearings - Your essential guide to ceramic bearings (PDF)
  • (EN) https://www.smbbearings.com/products/zro2-ceramic-bearings.html
  • (EN) https://www.smbbearings.com/products/si3n4-ceramic-bearings.html
  • (EN) https://www.parktool.com/en-int/blog/repair-help/ceramic-bearings

• Plaquages (coating)

  • (EN) SKF Coating (PDF)

Lubrification

• (EN) https://www.smbbearings.com/technical/bearing-lubrication.html
• (EN) https://www.smbbearings.com/technical/maximum-bearing-speed.html
• (EN) https://koyo.jtekt.co.jp/en/support/bearing-knowledge/12-1000.html

Tolérances

• (EN) https://insights.globalspec.com/article/10809/bearing-tolerances-explained
• (EN) https://www.smbbearings.com/technical/bearing-tolerances-explained.html
• (EN) https://www.smbbearings.com/technical/bearing-tolerance-tables.html

Jeux internes (internal clearance)

• (FR) https://www.skf.com/fr/products/rolling-bearings/principles-of-rolling-bearing-selection/general-bearing-knowledge/bearing-basics/internal-clearance
• (EN) https://www.smbbearings.com/technical/bearing-internal-clearance.html