Un joint de cardan (U-joint, aussi appelé joint universel ou joint Hardy Spicer) est un accouplement mécanique qui relie deux arbres en rotation dont les axes se rencontrent selon un angle, permettant au couple de continuer à se transmettre même lorsque les arbres ne sont pas alignés. Sur un véhicule, l’endroit le plus courant où on en trouve est à chaque extrémité de l’arbre de transmission, où il permet à l’arbre de continuer à tourner alors que la suspension déplace l’essieu vers le haut et vers le bas par rapport à la boîte de vitesses.
De quoi est composé un joint de cardan
Un joint de cardan standard à croisillon comporte trois parties, et toutes les sources qui en décrivent un s’accordent sur ces trois mêmes éléments :
- Deux fourches — des supports en forme de U, l’un boulonné à l’arbre menant et l’autre à l’arbre mené.
- Un croisillon (aussi appelé spider ou tourillon) — une pièce rigide en forme de X avec quatre bras (tourillons) espacés de 90°.
- Roulements à aiguilles dans des coupelles — des coupelles garnies de petits rouleaux à aiguilles s’ajustent sur chacun des quatre bras du croisillon, permettant aux deux fourches de pivoter dessus avec un frottement minimal.
Chaque fourche se raccorde à des bras opposés du croisillon. Comme le croisillon se trouve entre les deux et que les deux fourches peuvent pivoter indépendamment sur lui, le joint peut fléchir selon un angle tout en continuant à transmettre la force de rotation.
Comment ça fonctionne
Le trajet de la puissance à travers un joint de cardan est simple :
- L’arbre menant fait tourner sa fourche.
- Cette fourche pousse le croisillon.
- Le croisillon pousse la seconde fourche.
- La seconde fourche fait tourner l’arbre mené — même s’il n’est pas parfaitement aligné avec le premier.
C’est ce qui permet à un arbre de transmission de continuer à transmettre la puissance d’une boîte de vitesses fixée au châssis à un différentiel qui monte et descend en permanence avec l’essieu. Sans le joint, un arbre rigide se bloquerait ou se romprait dès que les deux extrémités cesseraient d’être parfaitement alignées.
Le revers : un joint de cardan seul ne tourne pas à vitesse constante
C’est la partie à laquelle la plupart des gens ne s’attendent pas : lorsqu’un joint de cardan travaille sous un angle, l’arbre de sortie ne tourne pas à une vitesse parfaitement régulière — même si l’arbre d’entrée le fait. La sortie accélère et ralentit deux fois par tour, et plus l’angle de travail est grand, plus cette variation de vitesse est marquée. Ce n’est pas un défaut : c’est inhérent à la façon dont un joint unique à croisillon et fourches gère géométriquement un angle.
Deux conséquences en découlent directement :
- La plupart des arbres de transmission utilisent deux joints de cardan, pas un seul — un à chaque extrémité, précisément parce qu’un second joint, correctement monté, peut annuler la variation de vitesse introduite par le premier. Pour que cette annulation fonctionne réellement, les deux joints doivent être montés dans la bonne relation de rotation l’un par rapport à l’autre, ce que l’on appelle le calage de phase. Un arbre de transmission à deux joints de cardan mal phasés vibrera quand même, même si les deux joints sont mécaniquement en bon état.
- Certaines applications ont besoin d’un joint qui n’a pas du tout cette limite. Un joint de cardan double associe dos à dos deux joints de cardan dans un ensemble compact pour annuler la variation en interne — courant sur les arbres de transmission avant des 4×4, qui travaillent souvent sous des angles plus prononcés qu’un arbre arrière. Un joint homocinétique (CV) va plus loin, en utilisant une géométrie interne différente (des billes d’acier roulant dans des gorges courbes plutôt qu’un croisillon et des fourches) pour maintenir une vitesse de sortie véritablement constante, même sous des angles plus marqués — c’est pourquoi les arbres de roue de traction avant et les suspensions indépendantes utilisent des joints homocinétiques plutôt que de simples joints de cardan.
Où les trouver
L’arbre de transmission est l’emplacement principal — il relie la boîte de vitesses (ou la boîte de transfert, sur les 4×4/AWD) au différentiel et absorbe le débattement vertical de la suspension à mesure que l’essieu bouge. Les joints de cardan se retrouvent aussi à quelques endroits secondaires qu’il vaut la peine de connaître : les colonnes de direction, où ils permettent à l’arbre de direction de contourner des composants du compartiment moteur sur le chemin vers la crémaillère de direction, et les arbres de prise de force (PTO) des tracteurs et autres matériels agricoles ou industriels, qui transmettent une puissance rotative sous un angle fluctuant entre la machine et un outil attelé.
Signes d’usure d’un joint de cardan
Les roulements à aiguilles d’un joint de cardan se dessèchent ou s’usent avec le temps, et lorsque cela se produit, cela se manifeste par un ou plusieurs des signes suivants : un claquement lors de l’engagement de Drive ou de la marche arrière, des vibrations qui s’amplifient avec la vitesse, ou un grincement/crissement sous le véhicule qui varie avec le régime moteur plutôt qu’avec la vitesse sur route. Cela mérite un traitement complet des symptômes et du diagnostic à part entière — le rôle de cet article est d’expliquer ce qu’est le joint et comment il fonctionne, pas de détailler le diagnostic de panne.
Aide-mémoire
| Pièce | Travail |
|---|---|
| Fourche (×2) | Se raccorde à l’arbre menant/mené |
| Croisillon / spider | Point de pivot central, bras (tourillons) à 90° |
| Coupelles à aiguilles | Permettent aux fourches de pivoter sur le croisillon avec un faible frottement |
| Second joint de cardan (phasé) | Annule la variation de vitesse du premier joint |
| Joint de cardan double | Deux joints de cardan combinés pour annuler la variation en interne — courant sur les arbres avant de 4×4 |
| Joint homocinétique (CV) | Géométrie différente, maintient une vitesse constante sous des angles plus marqués — utilisé sur les arbres de roue de traction avant/suspension arrière indépendante |
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