Brevet FR2886581A1 — publié le 20061208

PNEUMATIQUE COMPORTANT UNE COUCHE ETANCHE SEPAREE DE LA STRUCTURE DE BASE La présente invention concerne un pneumatique avec des caractéristiques 5 d'étanchéité optimales. Depuis quelques années, les manufacturiers de pneumatiques consentent des efforts particulièrement importants afin de développer des solutions originales à un problème datant du début même de l'utilisation des roues chaussées de pneus de type gonflés, io à savoir comment permettre au véhicule de poursuivre sa route malgré une perte importante ou totale de pression d'un ou plusieurs pneumatiques. Pendant des décennies, la roue de secours fut considérée comme la solution unique et universelle. Puis, plus récemment, les avantages considérables liés à sa suppression éventuelle sont apparus. Le concept de mobilité étendue se développe. Les techniques associées permettent de rouler avec le même pneumatique, en fonction de certaines limites à respecter, après une crevaison ou une chute de pression. Cela permet par exemple de se rendre à un point de dépannage sans devoir s'arrêter, dans des circonstances souvent hasardeuses, pour installer la roue de secours. Deux grands types de technologies pour mobilité étendue apparaissent aujourd'hui sur le marché automobile. D'une part, on retrouve les pneumatiques de type autoporteur, (souvent désignés par leur appellation en langue anglaise ZP pour zero pressure ). Les pneus autoporteurs sont susceptibles de supporter une charge à pression réduite, voire sans pression, grâce à des flancs renforcés, le plus souvent au moyen d'inserts en matière caoutchoutique, prévus dans les flancs. D'autre part, on retrouve des roues équipées d'appuis, susceptibles de supporter l'intérieur de la bande de roulement d'un pneumatique lors d'un affaissement des flancs suite à une chute de pression. Cette solution est avantageusement couplée à un pneumatique comportant une zone basse susceptible de minimiser les risques de glissement du pneumatique hors de la jante. Cette solution est avantageuse P10-1706 puisqu'elle permet de conserver sensiblement intactes les caractéristiques de roulage en conditions normales. Par contre, elle présente l'inconvénient de nécessiter une pièce additionnelle, l'appui, pour chacune des roues du véhicule. D'autre part, de nombreuses solutions ont été imaginées afin de permettre au pneumatique de conserver son étanchéité malgré le fait qu'un objet intrusif parvienne à transpercer une paroi. Par exemple, le document US 6, 264,732 propose un système de protection contre les perforations d'un pneumatique comportant un réservoir prévu le long des parois internes dans lequel un liquide d'étanchéité est io logé. Toute perforation produite permet l'introduction du liquide dans l'ouverture, ce qui permet de sceller l'ouverture. Un tel dispositif est non seulement coûteux, mais il est aussi fragile et susceptible de disfonctionnement en cas de perte ou de fuite de liquide. Le document US 5,785, 779 propose un système de protection pour pneumatique de vélo, dans lequel un élément rigide réparti sur la surface du pneumatique sert de bouclier de protection contre les corps étrangers. Une couche étanche est disposée intérieurement à ce bouclier, et est de ce fait protégée par ledit bouclier. La présence du bouclier constitue un corps étranger au pneumatique. Les propriétés de ce corps rigide sont très différentes de celles des matériaux élastomériques constituant le produit de base. Ceci occasionne une grande hétérogénéité, susceptible d'affecter la durée de vie du produit. Pour pallier ces différents inconvénients, l'invention propose un pneumatique comportant d'une part une structure de base, comportant au moins une structure de renfort de type carcasse ancrée de chaque côté dudit pneumatique dans un bourrelet dont la base est destinée à être montée sur un siège de jante, chacun desdits bourrelets s'étendant sensiblement radialement extérieurement sous la forme de flancs, les flancs rejoignant radialement vers l'extérieur une bande de roulement, la structure de renfort de type carcasse s'étendant circonférentiellement depuis le bourrelet vers ledit flanc, une armature de sommet, chacun des bourrelets P10-1706 comportant par ailleurs une zone d'ancrage permettant le maintien de la structure de renfort, ledit pneumatique comportant d'autre part une structure d'étanchéité, comportant une couche interne étanche, constituée d'un composition de caoutchouc sensiblement étanche au gaz de gonflage, couvrant substantiellement toute la paroi interne dudit pneumatique, d'une zone basse à l'autre, et d'au moins une couche de séparation, constituée d'un matériau sensiblement plus souple que la dite structure de base d e façon à permettre à I adite couche i nterne étanche de s e d éplacer par rapport à la structure de base vers l'intérieur de la cavité du pneumatique sous l'effet une force exercée par un objet ou corps intrusif, ladite couche de séparation étant Io disposée entre ladite couche interne étanche et la structure de base du pneumatique. La couche de séparation crée en quelque sorte un montage ou assemblage flottant de la couche étanche par rapport à la structure de base du pneumatique, qui est généralement plus rigide. Le matériau de ladite couche de séparation est avantageusement de type caoutchoutique. II est par ailleurs de préférence sensiblement plus élastique que le matériau de la couche de base. Ladite couche de séparation se prolonge avantageusement d'un flanc à l'autre, au moins jusqu'à une position radiale correspondant sensiblement au rebord du crochet de jante lorsque le pneumatique est en position montée. De cette façon, ladite couche de séparation couvre une surface sensiblement identique à celle de la couche intérieure. De manière avantageuse, le matériau de ladite couche de séparation est constitué d'une mousse, de préférence à cellules fermées, par exemple comportant au moins 60 % et de préférence plus de 80% de cellules fermées. Le matériau de ladite couche de séparation est avantageusement un mélange caoutchoutique à base de butyle. Il peut également, selon une variante de réalisation, P10-1706 être à base de polyuréthane, ou d'autres types de mélanges caoutchoutiques, comme par exemple à base de caoutchouc naturel. Le diamètre moyen des cellules de ladite couche d e séparation est de p référence 5 compris entre 0.1 mm et 3 mm. De manière avantageuse, la pression interne moyenne des cellules de ladite couche de séparation est supérieure à 0.2 et de préférence à 0. 5 bar sur le pneumatique non gonflé ; elle est avantageusement comprise entre 0.5 et 2 bars, sur un pneumatique io non gonflé. Ladite couche de séparation présente un module d'extension sécant MAI 0 à 10 % de déformation, mesuré à 23 C selon la norme ASTM D 412, allant de 0.1 à 4 MPa. Par ailleurs, ladite couche de séparation présente un module d'extension sécant MAIO à 10 % de déformation, mesuré à 23 C selon la norme ASTM D 412, inférieur ou égal à la moitié du module correspondant de la couche étanche, et de préférence inférieur ou égal au cinquième du module correspondant de la couche étanche. Selon un mode de réalisation avantageux, ladite couche interne (et éventuellement aussi la couche de séparation) est ondulée. Ce profil ondulé est en particulier perceptible lors de la mise en compression de la couche de séparation. Cette mise en compression est bénéfique pour l'obtention des propriétés recherchées. Selon un autre m ode de réalisation avantageux, une seconde couche étanche est disposée entre ladite couche de séparation et la structure de base ou portion voisine externe du pneumatique. Les deux couches étanches ont alors un effet complémentaire l'une par rapport à l'autre. E Iles peuvent être dimensionnées avec des épaisseurs moindres, par exemple de façon à être plus souples. Si une des deux couches est endommagée, l'autre peut permettre d'assurer la fonction d'étanchéité. P10-1706 i0 De manière avantageuse, l'épaisseur de ladite couche séparation est au moins de 25%, et de préférence entre 50% et 250% de l'épaisseur du flanc considéré dans la portion à mi-hauteur de flanc. Par ailleurs, l'épaisseur de ladite couche de séparation est avantageusement supérieure ou égale à deux fois l'épaisseur de ladite couche interne étanche. De manière avantageuse, ladite couche de séparation a une épaisseur comprise entre 2 et 12 mm. Les dimensions et/ou proportions sont de préférence considérées sur le pneumatique non gonflé. Ces gammes d'épaisseur permettent d'inhiber l'effet pénétrant, coupant ou déchirant des corps étranger d'une longueur limitée qui ne peuvent pas atteindre ni endommager la couche étanche qui est bien espacée de la structure de base. Selon u n m ode d e réalisation avantageux, 1 a couche i nterne est à b ase d e E VOH (éthylène vinyle alcool). On obtient de la sorte une excellente étanchéité. Une telle couche à base de EVOH coopère avantageusement avec un film, comme par exemple un film de protection, tel un film à base de TPE (thermoplastique élastomère) ou de PET (polytétraéthylène). Tous les détails de réalisation sont donnés dans la description qui suit, complétée par les figures 1 à 7, dans lesquelles: -la figure 1 illustre une vue agrandie d'une portion S d'une paroi d'un pneumatique 25 selon l'invention, dans lequel des corps étrangers intrusifs sont présents; les figures 2 et 3 illustrent des vues agrandies d'une portion S d'une paroi du pneumatique de la figure 1, une fois les corps étrangers retirés; -les figures 4 et 5 illustrent des vues similaires à celles des figures 1 et 2 pour une variante dans laquelle la couche étanche est ondulée; P101706 -la figure 6 montre la variation de la densité du matériau de la couche de séparation en fonction de la position axiale; -la figure 7 présente un pneumatique selon l'invention avec une zone de sélection S telle qu'agrandie sur les figures 1 à 6. Dans la présente description, le terme "fil" désigne en toute généralité aussi bien des monofilaments que des multifilaments ou des assemblages comme des câbles, des retors ou encore tout type d'assemblage équivalent, et ceci, quels que soient la io matière et le traitement de ces fils. II peut s'agir par exemple de traitements de surface, enrobage ou préencollage pour favoriser l'adhérence sur le caoutchouc. L'expression fil unitaire désigne un fil composé d'un seul élément, sans assemblage. Le terme multifilaments d ésigne au contraire u n a ssemblage d'au moins deux éléments unitaires pour former un câble, un retors, etc. Par caractéristiques du fil, on entend par exemple ses dimensions, sa composition, ses caractéristiques et propriétés mécaniques (notamment le module), ses caractéristiques et propriétés chimiques, etc. Dans la présente description, on entend par "contact" entre un fil et une couche de gomme de liaison le fait qu'au moins une partie de la circonférence extérieure du fil est en contact intime avec la composition de caoutchouc constituant de la gomme de liaison. On désigne "flancs" les portions du pneumatique le plus souvent de faible rigidité de flexion situées entre le sommet et les bourrelets. On appelle "mélange flancs" les mélanges caoutchoutiques situés axialement extérieurement relativement aux fils de la structure de renforcement de la carcasse et à leur gomme de liaison. Ces mélanges ont habituellement un bas module d'élasticité. P10-1706 On appelle "bourrelet" la portion du pneumatique adjacente radialement intérieurement au flanc. On entend par "module d'extension MAIO" d'un composition de caoutchouc, un module d'extension sécant apparent obtenu à une déformation d'extension uniaxiale s de l'ordre de 10% mesuré à 23 C selon la norme ASTM D 412. Pour rappel, "radialement vers le haut", ou "radialement supérieur" ou "radialement extérieurement" signifie vers les plus grands rayons. Par l'expression à base de , on entend de manière connue que le constituant qui suit est présent à titre majoritaire dans la composition. Une structure de renfort ou de renforcement de type carcasse sera dite radiale lorsque ses fils sont disposés à 90 , mais aussi, selon la terminologie en usage, à un is angle proche de 90 . Les figures 1 à 5 illustrent un pneumatique 1 selon l'invention. De façon classique, le pneumatique comporte une structure de renfort 15 ou de renforcement de type carcasse pourvue de renforts avantageusement configurés selon un agencement sensiblement radial. Cette structure peut être agencée de façon continue d'un bourrelet à l'autre, en passant par les flancs 2 et le sommet 3 du pneumatique, ou encore, elle peut comporter deux ou plusieurs parties, agencées par exemple le long des flancs, sans couvrir la totalité du sommet. Deux principaux types d'ancrage 4 de la structure de renfort de type carcasse sont possibles. De façon typique, tel qu'illustré à la figure 7, le retournement de ladite structure 15 autour d'une tringle 7 au niveau du bourrelet assure l'ancrage 4 de la structure de renfort de type carcasse dans le bourrelet. P10-1706 Autrement, 1 a fonction d'ancrage peut être réalisée grâce à u n a gencement de f ils circonférentiels disposés au voisinage de la structure de renfort 15. Des fils circonférentiels agencés de préférence sous forme de piles, forment un agencement de fils d'ancrage, prévu dans chacun des bourrelets. Ces fils sont de préférence métalliques, et éventuellement laitonnés. Diverses variantes prévoient avantageusement des fils de nature textile, comme par exemple en aramide, nylon, PET, PEN, ou hybride, ou autre, comme par exemple en fibres de verre. Dans chaque pile, les fils sont avantageusement sensiblement concentriques et superposés. Les figures 1 et 2 présentent une vue agrandie d'une portion d'un flanc 2 d'un pneumatique selon l'invention. Les différentes zones constitutives du flanc sont bien visibles. La couche interne 11 étanche constitue de préférence la couche la plus à l'intérieur du pneumatique. Ses propriétés d'étanchéité lui permettent de garantir un 1s taux de perte relativement faible, permettant de maintenir le pneumatique gonflé, en état de fonctionnement normal, pendant une durée suffisante, normalement de plusieurs semaines ou plusieurs mois. Une couche de séparation 12, disposée entre la couche interne 11 et les parois voisines des flancs 2 ou du sommet 3, permet de définir un espace additionnel entre l'extérieur des parois du pneumatique et la couche interne 11. Ainsi, comme on le voit dans l'exemple de la figure 1, un corps étranger 100 qui traverse 1 es couches d e base 14 classiques d'une paroi t elle u n flanc, n e parvient pas nécessairement à atteindre la couche étanche 11. Celle-ci est à une distance supérieure par rapport à la surface des parois du pneumatique que pour un pneumatique avec un agencement classique. Pour tenir compte des corps étrangers plus longs, et protéger la couche étanche 11 contre de tels corps, le ou les matériaux constitutifs de la couche de séparation confère par ailleurs des propriétés de déformabilité et éventuellement d'élasticité suffisantes pour permettre à la couche interne 11 de se déplacer localement vers l'intérieur de la cavité du pneumatique si un objet ou corps exerce une force contre ladite couche. Ces propriétés de déformabilité sont illustrées aux figures 1 et 2, P101706 lorsque le corps étranger 200 pénètre à travers un flanc 2 d'un pneumatique. A la figure 1, on aperçoit la pointe du corps 200, dans cet exemple un clou, qui exerce une force contre la c ouche 1 1. Grâce à la p résence e t a ux propriétés d e déformabilité et/ou d'élasticité de la couche de séparation 12, la couche étanche 11 peut se déformer et se déplacer localement vers l'intérieur de la cavité du pneumatique, de façon à éviter que cette couche étanche 11 soit percée, déchirée ou abîmée. La figure 2 montre la situation lorsque que le corps 200 a été retiré de la paroi. On voit bien qu'une fissure 300 a été faite, mais celle-ci ne traverse pas la couche étanche 11. Le pneumatique peut ainsi conserver ses propriétés d'étanchéité. i0 La souplesse et la déformabilité de la couche étanche 11 contribuent par ailleurs avantageusement à l'obtention de ces effets. D'autre part, on observe que sous l'effet de la p ression, l'incision a t endance à s e r efermer, m inimisant o u évitant ainsi I es fuites d'air. Ainsi, la couche de séparation procure avantageusement un effet auto-obturant. Le matériau de la couche de séparation est avantageusement constitué d'une mousse, dont les cellules sont de préférence fermées. Le diamètre moyen des cellules de ladite couche de séparation est compris entre 0.2 mm et 3 mm. La pression interne moyennes des cellules de ladite couche de séparation 12 est supérieure à 0.2 et de préférence à 0.5 bar, et de préférence comprise entre 0.5 et 2 bars. Divers types de matériaux peuvent être utilisés pour réaliser la couche de séparation, 25 comme par exemple un mélange caoutchoutique à base de butyle ou un matériau à base de polyuréthane. La figure 6 présente un exemple de taux de variation de la densité du matériau utilisé pour réaliser la couche de séparation. Dans cet exemple, la densité est plus faible 30 dans la portion sensiblement centrale de la couche de séparation. P10-1706 i0 Parmi les principales caractéristiques de la couche de séparation, notons qu'elle présente un module d'extension sécant MAIO à 10 % de déformation, mesuré à 23 C selon la norme ASTM D 412, allant de 0.1 à 4 MPa. Selon le type de produit et les caractéristiques recherchées, la couche de séparation peut être constituée d'un matériau dont le module d'extension sécant MA10 à 10 % de déformation, mesuré à 23 C selon la norme ASTM D 412, est inférieur ou égal à la moitié du module correspondant de la couche interne étanche 11, ou encore inférieur ou égal au cinquième du module correspondant de la couche interne étanche 11. Les figures 1, 3, 4 et 5 illustrent également une seconde couche étanche 13, qu'il est possible, en fonction des exigences requises, de disposer entre ladite couche de séparation 12 et la structure de base 14 du pneumatique. Le matériau utilisé pour la couche de séparation peut, selon un mode de réalisation avantageux, prendre de l'expansion après le moulage, par exemple à la sortie du moule. Cette expansion de la couche de séparation entraîne de ce fait une compression de la couche interne étanche 11. Cela rend cette couche plus résistante contre la pénétration de corps intrusifs. La combinaison de ces phénomènes peut entraîner par ailleurs la création d'ondulations au niveau de la couche interne étanche 11, tel qu'illustré avec les modes de réalisation présentés aux figures 4 et 5. P10-1706 REVENDICATIONS 1. Pneumatique (1) comportant d'une part une structure de base, comportant au moins une structure de renfort (15) de type carcasse ancrée de chaque côté dudit pneumatique dans un bourrelet dont la base est destinée à être montée sur un siège de jante, chacun desdits bourrelets s'étendant sensiblement radialement extérieurement sous la forme de flancs (2), les flancs rejoignant radialement vers l'extérieur une bande de roulement, la structure de renfort de type carcasse s'étendant circonférentiellement depuis le bourrelet vers ledit flanc, une armature de io sommet (3), chacun des bourrelets comportant par ailleurs une zone d'ancrage (4) permettant le maintien de la structure de renfort (10), ledit pneumatique comportant d'autre part une structure d'étanchéité (11, 12), comportant une couche interne étanche (11), constituée d'un composition de caoutchouc sensiblement étanche au gaz de gonflage, couvrant substantiellement toute la paroi interne dudit pneumatique, d'une zone basse à l'autre, et d'au moins une couche de séparation (12), constituée d'un matériau sensiblement plus souple que la dite structure de base de façon à permettre à ladite couche interne (11) é tanche d e se d éplacer p ar rapport à ladite structure de base vers l'intérieur de la cavité du pneumatique sous l'effet une force exercée par un objet (100, 200) ou corps intrusif, ladite couche de séparation (12) étant disposée entre ladite couche interne étanche (11) et la structure de base (14) du pneumatique. 2. Pneumatique selon la revendication 1, dans lequel le matériau de ladite couche de séparation (12) est constitué d'une mousse. 3. Pneumatique selon la revendication 2, dans lequel ladite mousse comporte au 25 moins 60 % de cellules fermées. 4. Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le matériau de ladite couche de séparation (12) est un mélange caoutchoutique à base de butyle. 5. Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le matériau de ladite couche de séparation (12) est à base de polyuréthane. P10-1706 6. Pneumatique selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel le diamètre moyen des cellules de ladite couche de séparation est compris entre 0.1 mm et 3 mm. 7. Pneumatique selon l'une des revendications 3 à 6, dans lequel la pression 5 interne moyennes des cellules de ladite couche de séparation (12) est supérieure à 0.2 bar et de préférence à 0.5 bar sur le pneumatique non gonflé. 8. Pneumatique selon l'une des revendications 3 à 6, dans lequel la pression interne moyennes des cellules de ladite couche de séparation (12) est comprise entre 0.5 bar et 2 bars sur le pneumatique non gonflé. io 9. Pneumatique selon une des revendications 1 à 8, dans lequel ladite couche de séparation (12) présente un module d'extension sécant MAI 0 à 10 % de déformation, mesuré à 23 C selon la norme ASTM D 412, allant de 0.1 à 4 MPa. 10. Pneumatique selon une des revendications 1 à 9, dans lequel ladite couche de séparation (12) présente un module d'extension sécant MAI 0 à 10 % de déformation, mesuré à 23 C selon la norme ASTM D 412, inférieur ou égal à la moitié du module correspondant de la couche étanche (11). 11. Pneumatique selon une des revendications 1 à 9, dans lequel ladite couche de séparation (12) présente un module d'extension sécant MAI 0 à 10 % de déformation, mesuré à 23 C selon la norme ASTM D 412, inférieur ou égal au cinquième du module correspondant de la couche étanche (11). 12. Pneumatique selon une des revendications précédentes, dans lequel ladite couche interne (11) est ondulée. 13. Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une seconde couche étanche (13) est disposée entre ladite couche de séparation (12) et 25 la structure de base (14) du pneumatique. 14. Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la couche interne (11) est à base de EVOH (éthylène vinyle alcool). 15. Pneumatique selon la revendication 14, dans lequel ladite couche à base de EVOH coopère avec un film. P10-1706fr1.1