Brevet FR2918314A1 — publié le 20090109

PNEUMATIQUE COMPORTANT UNE BANDE DE ROULEMENT AVEC MOUSSE CAOUTCHOUTIQUE La présente invention concerne un pneumatique avec des caractéristiques d'adhérence et de bruit optimales. Depuis quelques années, les manufacturiers de pneumatiques consentent des efforts particulièrement importants afin de développer des solutions originales permettant l'obtention de pneumatiques dont les niveaux d'adhérence dépassent io ceux atteints par les produits classiques. Une telle recherche de performance est en général obtenue au détriment des autres caractéristiques du pneumatique. En effet, de nombreuses caractéristiques techniques de ce produit sont contradictoires, avec pour conséquence classique que l'amélioration d'une ou deux caractéristiques se fait souvent au détriment d'autres caractéristiques. Plusieurs types de performances 15 permettent de bien illustrer cette règle. L'adhérence est un bon exemple. Pour améliorer le niveau d'adhérence d'un produit, on utilise classiquement une configuration de bande de roulement à deux couches, avec une couche externe dont la dureté est inférieure à celle de la couche interne. Plusieurs types de solutions 20 permettent d'obtenir une couche externe dont la dureté est réduite par rapport à la couche interne. Par exemple, de façon classique, une couche de matériau à faible dureté Shore comporte d'importantes contraintes pour une exploitation industrielle efficace car la mise en oeuvre est délicate, en outre parce que le matériau est particulièrement collant. II adhère aux outils, machines, occasionnant d'importantes 25 perturbations du procédé. D'autre part, le document EP 0 873 884 décrit une solution dans laquelle le taux d'expansion de la couche externe est compris entre 1% et 100%. Il est précisé dans ce document qu'un taux d'expansion supérieur à 100% entraîne divers 30 inconvénients majeurs tels qu'une diminution de la résistance à l'usure, et une difficulté d'obtention d'une forme stable lorsque le pneu est fabriqué. Le document FR 2 860 184 décrit une bande de roulement en mousse dont la rigidité est très faible, avec des taux d'expansion supérieurs à 500 %. Cette bande P10-1980fr de roulement est destinée à équiper des pneumatiques d'engins très lourds afin de limiter l'endommagement des sols. Ces engins roulent par ailleurs à des vitesses très faibles. Pour pallier ces différents inconvénients, la présente invention prévoit un pneumatique 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 comportant par ailleurs une zone d'ancrage permettant le maintien de la structure de renfort, caractérisé en ce que ladite bande de roulement comporte une couche interne de matériau caoutchoutique sensiblement incompressible et une couche externe de mousse caoutchoutique compressible dans laquelle: -le taux d'expansion de la mousse est supérieur à 50 % ; -l'épaisseur de la couche est supérieure à 2.0 mm et de préférence supérieure à 4 mm; -la couche externe comporte une dureté Shore A inférieure à 30 et de préférence comprise entre 10 et 20 Shore A. De façon surprenante, et contrairement aux attentes, il a été constaté que la couche de mousse ne provoque pas une dégradation très importante du comportement du pneumatique. En fait, une fois écrasée ou cisaillée, la rigidité retrouve des niveaux acceptables. Le temps nécessaire pour l'écrasement n'est pas pénalisant pour la conduite. Par ailleurs, on observe également des gains en adhérence. D'autre part, le taux d'usure atteint par une telle architecture se situe à un niveau acceptable, en particulier lors d'utilisation en zone urbaine. En tout état de cause, les légères diminutions de performance en terme de comportement et d'usure sont largement compensées par des gains substantiels en adhérence. De façon classique, l'obtention de couche de dureté réduite est due à l'utilisation d'huile et/ou d'agents plastifiants au sein de la matrice d'un matériau classiquement P 10-1980fr relativement dur. Cette façon de diminuer la dureté a pour inconvénient de rendre le matériau collant et difficile à manipuler. Selon l'invention, de tels agents ne sont pas utilisés. On utilise à la place une structure modifiée du matériau, comportant des cellules. Le pneumatique selon l'invention est avantageusement utilisé pour des pneumatiques destinés à équiper des voitures ou véhicules de tourisme. De façon classique, une couche de matériau à faible dureté Shore comporte 10 d'importantes contraintes pour une exploitation industrielle efficace car la mise en oeuvre est délicate, en outre parce que le matériau est particulièrement collant. Il adhère aux outils, machines, occasionnant d'importantes perturbations du procédé. Grâce à l'utilisation, selon l'invention, d'une structure alvéolée qui permet une réduction de la dureté par effet mécanique ou structurel à la place d'une couche de 15 matériau dont la dureté est réduite à l'aide agents chimiques, ces inconvénients sont résolus. Grâce à la présence d'une couche de matériau compressible, lors du roulage, on enveloppe la granulométrie du sol. Ce phénomène contribue à diminuer les impacts locaux et à mieux répartir les efforts de pression. 20 Les gains en bruit apportés par la solution de l'invention permettent des atténuations de l'ordre de 3 à 4 décibels ou même plus. Ces gains sont par ailleurs répartis sur un spectre fréquentiel très large (par exemple entre 50 et 800 Hz sur certains essais). Enfin, les gains en bruit sont obtenus tant sur les bruits solidiens (à travers la structure du véhicule, jusqu'à environ 500 HZ) que sur les bruits aériens (à partir 25 d'environ 500 HZ). Ces gains sont dus à l'utilisation d'une couche externe à module réduit. La rigidité de la matrice de la couche externe est de préférence supérieure à 55 3o Shore A et de préférence supérieure à 65 Shore A. Selon un mode de réalisation avantageux, le pneumatique comporte une couche intermédiaire située entre la couche externe et la couche interne, la couche intermédiaire présentant un taux d'expansion inférieur à celui de la couche externe. P10-1980fr5 Ladite couche intermédiaire comporte de préférence un taux d'expansion au moins 20 % et de préférence au moins 50 % inférieur à celui de la couche externe. Selon une variante avantageuse, l'épaisseur de la couche externe est inférieure à la 5 profondeur des éléments de sculpture de la bande de roulement du pneumatique. Selon une autre variante de réalisation, l'épaisseur de la couche externe est supérieure à la profondeur des éléments de sculpture de la bande de roulement du pneumatique. De manière avantageuse, la couche externe est principalement constituée de cellules fermées. Lesdites cellules sont de préférence non pressurisées. Les compositions des matériaux caoutchoutiques de la couche interne et de la 15 matrice de la couche externe sont avantageusement identiques. Selon une variante avantageuse, le pneumatique comporte une zone de protection des bordures de la couche externe avec au moins un matériau dont le taux d'expansion est inférieur à 10 % et préférentiellement inférieur à 2 % et d'une 20 épaisseur supérieure à 0.5 mm. Selon une autre variante avantageuse, le pneumatique comporte une zone de protection des bordures de la couche externe avec adjonction d'au moins un tissus bi élastique, tel que du Lycra (marque déposée). Un tel tissu peut être prévu en tout 25 point à l'extérieur de la couche externe, comme par exemple en surface de la bande de roulement). Un tel type de tissus présente l'avantage d'adopter toutes les formes des éléments de sculpture lors de la phase de moulage. De tels éléments de protection sont particulièrement efficaces pour protéger la 30 couche externe en cas de glissement important ou en dérive. Tous les détails de réalisation sont donnés dans la description qui suit, complétée par les figures 1 à 6, dans lesquelles: P10-1980fr 10 -la figure 1 illustre un exemple de réalisation d'un pneumatique selon l'invention vu en coupe transversale ; -la figure 2 illustre une vue agrandie d'une portion d'un sommet d'un pneumatique 5 classique de type connu ; -les figures 3 à 6 illustrent des vues agrandies d'une portion d'un sommet du pneumatique avec différentes variantes de réalisation. Dans la présente description, on désigne "flancs" les portions du pneumatique le 10 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. 15 On appelle "bourrelet" la portion du pneumatique adjacente radialement intérieurement au flanc. 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 25 lorsque ses fils sont disposés à 90 , mais aussi, selon la terminologie en usage, à un angle proche de 90 . De façon classique, tel que présenté à la figure 1, le pneumatique comporte une structure de renfort 15 ou de renforcement de type carcasse pourvue de renforts 30 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 P10-1980fr 20 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 s possibles. De façon typique, tel qu'illustré à la figure 1, 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. Autrement, la fonction d'ancrage peut être réalisée grâce à un agencement de fils io 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, 15 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 3 à 6 présentent différents exemples de mise en oeuvre de l'invention. 20 Ces différents exemples montrent comment on peut positionner une couche de mousse 6 dans la zone du sommet du pneumatique. Le sommet comprend donc une couche interne 8, ou mélange caoutchoutique de sommet, constituée d'un matériau caoutchoutique sensiblement incompressible et une couche externe 6 constituée de mousse caoutchoutique compressible. Ainsi, les niveaux de 25 compressibilité/incompressibilité sont tels que le niveau de compressibilité de la couche externe 6 est sensiblement plus élevé que celui de la couche interne 8. La zone du sommet couverte par la couche de mousse comprend avantageusement la bande de roulement, tel qu'illustré à la figure 1. Cette zone peut, selon diverses 30 variantes, être plus ou moins large que la bande de roulement. La mousse caoutchoutique utilisée pour réaliser la couche externe 6 comporte de préférence un taux d'expansion supérieur à 50 %. L'épaisseur de la couche externe 6 est avantageusement supérieure à 2.0 mm et de préférence supérieure à 4 mm. P10-1980fr La couche externe 6 comporte une dureté Shore A inférieure à 30 et de préférence comprise entre 10 et 20 Shore A. La rigidité de la matrice de la couche externe est de préférence supérieure à 55 Shore A et de préférence supérieure à 65 Shore A. On utilise de préférence des compositions de matériaux caoutchoutiques similaires pour réaliser d'une part la couche interne 8 ou mélange caoutchoutique de sommet, et d'autre part la matrice de la couche externe 6. Les propriétés distinctes de la couche externe sont obtenues grâce à une mise en forme spécifique sous forme de ~o mousse. Cette mousse caoutchoutique est de préférence principalement constituée de cellules fermées. Ces cellules sont de préférence non pressurisées. 15 Dans l'exemple de la figure 3, la couche de mousse comporte une épaisseur inférieure à la profondeur des éléments de sculpture 5 de la bande de roulement du pneumatique. On observe alors que les rainures 9 ou sillons de sculpture se prolongent radialement intérieurement au-delà de l'épaisseur de la couche externe 6. 20 Dans l'exemple de la figure 4, l'épaisseur de la couche externe est sensiblement identique à la profondeur des sillons 9. Enfin, à l'exemple de la figure 5, l'épaisseur de la couche externe 6 est supérieure à la profondeur des sillons 9. Les sillons sont dont entièrement logés dans la mousse. Avec un tel agencement, on évite les zones 25 de concentration de contraintes et les risques de fissuration entre les couches internes et externes. L'épaisseur de mousse sous les sillons est préférablement inférieure à 1 mm. Dans l'exemple de la figure 6, le sommet du pneumatique comporte une couche 30 intermédiaire 10 située entre la couche externe 6 et la couche interne 8, la couche intermédiaire présentant un taux d'expansion inférieur à celui de la couche externe. Dans un tel exemple, ladite couche intermédiaire peut comporter un taux d'expansion au moins 20 % et de préférence au moins 50 % inférieur à celui de la couche externe. P 1 0-1980fr Enfin, de façon optionnelle, la zone du sommet peut être pourvue d'une zone de protection au moins des bordures de la couche externe 6 avec adjonction d'au moins un tissus bi élastique. Autrement, on peut également prévoir une zone de protection des bordures de la couche externe avec au moins un matériau dont le taux d'expansion est inférieur à 10 % et préférentiellement inférieur à 2 % et d'une épaisseur supérieure à 0.5 mm. P 10-1980fr REVENDICATIONS 1. Pneumatique (1) 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 sommet (3), chacun des bourrelets comportant par ailleurs une zone d'ancrage (4) permettant le maintien de la structure de renfort (15), caractérisé en ce que ladite bande de roulement comporte une couche interne (8) de matériau caoutchoutique sensiblement incompressible et une couche externe (6) de mousse caoutchoutique compressible dans laquelle: -le taux d'expansion de la mousse est supérieur à 50 % ; -l'épaisseur de la couche est supérieure à 2.0 mm et de préférence supérieure à 4 mm; -la couche externe comporte une dureté Shore A inférieure à 30 et de préférence comprise entre 10 et 20 Shore A. 2. Pneumatique selon la revendication 1, dans lequel la rigidité de la matrice de la couche externe (6) est supérieure à 55 Shore A et de préférence supérieure à 65 Shore A. 3. Pneumatique selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les compositions des matériaux caoutchoutiques de la couche interne (8) et de la matrice de la couche externe (6) sont identiques. 4. Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la couche externe est principalement constituée de cellules fermées. 5. Pneumatique selon la revendication 4, dans lequel lesdites cellules sont non pressurisées. P 10-1980fr 6. Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 5, comportant une couche intermédiaire (10) située entre la couche externe et la couche interne, la couche intermédiaire présentant un taux d'expansion inférieur à celui de la couche externe. 7. Pneumatique selon la revendication 6, dans lequel ladite couche intermédiaire comporte un taux d'expansion au moins 20 % et de préférence au moins 50 0/0 inférieur à celui de la couche externe. 10 8. Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel l'épaisseur de la couche externe est inférieure à la profondeur des éléments de sculpture de la bande de roulement du pneumatique. 9. Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel l'épaisseur de 15 la couche externe est supérieure à la profondeur des éléments de sculpture (5) de la bande de roulement du pneumatique. 10. Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, comportant une zone de protection au moins des bordures de la couche externe avec adjonction 20 d'au moins un tissus bi élastique. 11. Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 5, comportant une zone de protection des bordures de la couche externe avec au moins un matériau dont le taux d'expansion est inférieur à 10 % et d'une épaisseur supérieure à 0.5 mm. P 10-1980fr