Brevet FR2977829A1 — publié le 20130118

DOMAINE DE L'INVENTION [0001] La présente invention concerne les pneumatiques, et plus particulièrement les pneumatiques destinés à équiper des véhicules légers à basse consommation énergétique. ARRIERE-PLAN [0002] La plupart des pneumatiques pour véhicules de tourisme comportent une armature de carcasse textile dont les éléments de renforts sont orientés radialement, ainsi que deux armatures de sommet. Chacune des armatures de sommet comprend des éléments de renforcement (câbles métalliques) orientés d'un angle d'environ 22° par rapport à la direction circonférentielle. Parfois, les armatures de sommet sont surmontées d'une armature de frettage formée d'éléments de renforcement orientés sensiblement circonférentiellement. [0003] Pour équiper des véhicules à basse consommation énergétique, comme par exemple les véhicules dits « Urban Concept » participant au Shell Eco-Marathon ou encore les véhicules solaires participant au World Solar Challenge organisé en Australie, les concepteurs de pneumatiques ont en général fait le choix d'architectures simplifiées et allégées. Ils ont notamment utilisé des pneumatiques comportant une armature de carcasse radiale unique, surmontée d'une armature de sommet constituée de deux nappes croisées. Chacune de ces nappes est renforcée par des éléments de renforcement métalliques filaires qui sont parallèles dans chaque nappe et croisés d'une couche à l'autre, en faisant avec la direction circonférentielle un angle de ± 22°. [0004] Si ces pneumatiques ont effectivement permis d'obtenir une résistance au roulement très faible, leur rigidité de dérive n'est pas satisfaisante dans certaines conditions de roulage et leur résistance aux endommagements (perforations, chocs, aussi connus comme road hazards) est parfois insuffisante. RESUME DE L'INVENTION [0005] Un des objectifs de la présente invention est d'obtenir des pneumatiques destinés à équiper des véhicules à basse consommation énergétique ayant une 2977829 -2 excellente résistance au roulement tout en permettant d'obtenir une rigidité de dérive adaptée à ces véhicules. [0006] Cet objectif est atteint par un pneumatique destiné à équiper un véhicule léger comportant 5 deux bourrelets destinés à entrer en contact avec une jante de montage, chaque bourrelet comportant au moins une structure annulaire de renforcement ; deux flancs prolongeant les bourrelets radialement vers l'extérieur, les deux flancs s'unissant dans un sommet ; au moins une armature de carcasse ancrée dans les bourrelets et s'étendant 10 depuis les bourrelets à travers les flancs jusqu'au sommet, l'armature de carcasse comportant une pluralité d'éléments de renforcement de carcasse, ces éléments de renforcement de carcasse étant textiles et orientés radialement ; une armature de sommet consistant en un tissu d'éléments de renforcement textiles, orientés à ± 45° par rapport à la direction ciconférentielle, surmontée d'une 15 bande de roulement ; le sommet comportant en outre une armature de frettage textile, l'armature de frettage étant formée d'éléments de renforcement orientés circonférentiellement. [0007] Selon un premier mode de réalisation préférentiel, un pneumatique selon l'invention comporte une seule armature de carcasse, ceci afin de réduire son poids. 20 [0008] Selon un deuxième mode de réalisation préférentiel, le tissu d'éléments de renforcement textiles est réalisé en nylon car un tel tissu, de par sa grande extensibilité avant rupture, résiste mieux aux road hazards. [0009] Selon un troisième mode de réalisation préférentiel, l'armature de frettage est réalisée en aramide. En effet, ce textile présente une forte rigidité, nécessaire pour 25 résister aux tensions dans le sommet. [0010] Selon un quatrième mode de réalisation préférentiel, le pneumatique est dépourvu d'une couche en composition caoutchouteuse à base de butyle, imperméable au gaz de gonflage, recouvrant la surface intérieure du pneumatique, ce qui allège le pneumatique. En effet, les compositions caoutchouteuses habituelles utilisées pour la manufacture des pneumatiques sont suffisamment imperméables aux gaz de gonflage -3 pour permettre une utilisation du pneumatique dans des épreuves du type Shell Eco-Marathon ou World Solar Challenge sans nécessiter un gonflage trop fréquent. [0011] Selon un cinquième mode de réalisation préférentiel, la bande de roulement comporte une sculpture et la hauteur radiale de la sculpture à l'état neuf est inférieure ou égale à 5 mm, et de préférence inférieure ou égale à 2 mm. De telles hauteurs de sculpture permettent une réduction de la résistance au roulement. [0012] Bien entendu, il peut être avantageux de combiner plusieurs ou même tous les modes de réalisation préférentiels. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS [0013] La figure 1 représente un pneumatique selon l'art antérieur. [0014] La figure 2 représente une vue en perspective partielle d'un pneumatique selon l'art antérieur. [0015] La figure 3 représente, en coupe radiale, une portion d'une pneumatique de référence [0016] La figure 4 représente, en coupe radiale, une portion d'une pneumatique selon l'invention. [0017] La figure 5 représente un détail de la figure 3. [0018] La figure 6 représente un détail de la figure 4. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION [0019] Dans l'emploi du terme « radial » il convient de distinguer plusieurs utilisations différentes du mot par la personne du métier. Premièrement, l'expression se réfère à un rayon du pneumatique. C'est dans ce sens qu'on dit d'un point P1 qu'il est « radialement intérieur » à un point P2 (ou « radialement à l'intérieur » du point P2) s'il est plus près de l'axe de rotation du pneumatique que le point P2. Inversement, un point P3 est dit « radialement extérieur à » un point P4 (ou « radialement à l'extérieur » du point P4) s'il est plus éloigné de l'axe de rotation du pneumatique que le point P4. On dira qu'on avance « radialement vers l'intérieur (ou l'extérieur) » lorsqu'on avance en direction des rayons plus petits (ou plus grands). Lorsqu'il est question de distances radiales, ce sens du terme s'applique également. 2977829 -4 [0020] En revanche, un fil ou une armature est dit « radial(e) » lorsque le fil ou les éléments de renforcement de l'armature font avec la direction circonférentielle un angle supérieur ou égal à 80° et inférieur ou égal à 90°. Précisions que dans le présent document, le terme « fil » doit être entendu dans un sens tout à fait général et 5 comprend les fils se présentant sous la forme de monofilaments, de multifilaments, d'un câble, d'un retors ou d'un assemblage équivalent, et ceci, quelle que soit la matière constituant le fil ou le traitement de surface pour favoriser sa liaison avec le caoutchouc. [0021] Enfin, par « coupe radiale » ou « section radiale » on entend ici une coupe ou 10 une section selon un plan qui contient l'axe de rotation du pneumatique. [0022] Une direction « axiale » est une direction parallèle à l'axe de rotation du pneumatique. Un point P5 est dit « axialement intérieur » à un point P6 (ou « axialement à l'intérieur » du point P6) s'il est plus près du plan médian du pneumatique que le point P6. Inversement, un point P7 est dit « axialement extérieur 15 à » un point P8 (ou « axialement à l'extérieur » du point P8) s'il est plus éloigné du plan médian du pneumatique que le point P8. Le « plan médian » du pneumatique est le plan qui est perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique et qui se situe à équidistance des structures annulaires de renforcement de chaque bourrelet. [0023] Une direction « circonférentielle » est une direction qui est perpendiculaire à la 20 fois à un rayon du pneumatique et à la direction axiale. [0024] Deux éléments de renforcement sont dits « parallèles » dans ce document lorsque l'angle formé entre les deux éléments est inférieur ou égal à 20°. [0025] Dans le cadre de ce document, l'expression « composition caoutchouteuse » désigne une composition de caoutchouc comportant au moins un élastomère et une 25 charge. [0026] Un « pneumatique destiné à équiper un véhicules léger» désigne ici un pneumatique capable de porter une charge de l'ordre de 100 kg mais ne dépassant pas les 200 kg et dont la masse est inférieure ou égale à 5 kg et de préférence inférieure ou égale à 2 kg. [0027] Quand il est dit d'un tissu que ses renforts sont « orientés à ± 45° par rapport à la direction ciconférentielle », on entend par là que le tissu est obtenu par entrecroisement, dans un même plan, de fils disposés en un premier sens et de fils disposés en un deuxième sens, perpendiculaire au premier sens, le tissu étant disposé 2977829 -5 dans le pneumatique de sorte que le premier sens fait un angle supérieur ou égal à 40° et inférieur ou égal à 50° avec la direction circonférentielle et que le deuxième sens fait un angle supérieur ou égal à -50° et inférieur ou égal à -40° avec la direction circonférentielle. 5 [0028] La figure 1 représente schématiquement un pneumatique 10 selon l'art antérieur. Le pneumatique 10 comporte un sommet comprenant une armature de sommet (invisible à la figure 1) surmontée d'une bande de roulement 40, deux flancs 30 prolongeant le sommet radialement vers l'intérieur, ainsi que deux bourrelets 20 radialement intérieurs aux flancs 30. 10 [0029] La figure 2 représente schématiquement une vue en perspective partielle d'un pneumatique 10 selon l'art antérieur et illustre les différentes composantes du pneumatique. Le pneumatique 10 comprend une armature de carcasse 60 constituée de fils 61 enrobés de composition caoutchouteuse, et deux bourrelets 20 comportant chacun des structures annulaires de renforcement 70 qui maintiennent le 15 pneumatique 10 sur la jante (non représentée). L'armature de carcasse 60 est ancrée dans chacun des bourrelets 20. Le pneumatique 10 comporte en outre une armature de sommet comprenant deux nappes 80 et 90. Chacune des nappes 80 et 90 est renforcée par des éléments de renforcement 81 et 91 filaires qui sont parallèles dans chaque couche et croisés d'une couche à l'autre, en faisant avec la direction 20 circonférentielle des angles compris entre 10° et 70°. Le pneumatique comporte encore une armature de frettage 100, disposée radialement à l'extérieur de l'armature de sommet, cette armature de frettage étant formée d'éléments de renforcement 101 orientés circonférentiellement et enroulés en spirale. Une bande de roulement 40 est posée sur l'armature de frettage ; c'est cette bande de roulement 40 qui assure le 25 contact du pneumatique 10 avec la route. Le pneumatique 10 représenté est un pneu « tubeless » : il comprend une « gomme intérieure » 50 en composition caoutchouteuse à base de butyle, imperméable au gaz de gonflage, recouvrant la surface intérieure du pneumatique. [0030] La figure 3 représente schématiquement, en coupe radiale, la moitié d'un 30 pneumatique 10 de référence. Le pneumatique 10 comporte deux bourrelets 20 destinés à entrer en contact avec une jante de montage (non représentée), chaque bourrelet 20 comportant au une structure annulaire de renforcement, en l'occurrence une tringle 70. Deux flancs 30 prolongent les bourrelets 20 radialement vers l'extérieur et s'unissent dans un sommet comprenant une armature de sommet formée d'une 2977829 -6 première couche de renforts 80 et d'une deuxième couche de renforts 90, et surmontée radialement d'une bande de roulement 40. Chaque couche de renforts comprend des renforts filaires, enrobés dans une matrice formée de composition caoutchouteuse. Les renforts de chaque couche de renforts sont substantiellement parallèles entre eux ; les 5 renforts des deux couches sont croisés d'une couche à l'autre selon un angle d'environ 23°, comme cela est bien connu de la personne du métier pour les pneumatiques dits radiaux. [0031] Le pneumatique 10 comporte encore une armature de carcasse 60 qui s'étend depuis les bourrelets 20 à travers les flancs 30 jusqu'au sommet 25. Cette armature de 10 carcasse 60 comporte ici des renforts filaires orientés substantiellement radialement, c'est-à-dire faisant avec la direction circonférentielle un angle supérieur ou égal à 80° et inférieur ou égal à 90°. [0032] L'armature de carcasse 60 comporte une pluralité d'éléments de renforcement de carcasse ; elle est ancrée dans les deux bourrelets 20 par un retournement autour 15 de la tringle 70, de manière à former, de manière connue, un brin aller et un brin retour dans chaque bourrelet. [0033] La référence 110 désigne des couches de composition caoutchouteuse destinées à renforcer les épaules du pneumatique. Le plan médian du pneumatique est indiqué à l'aide de la référence 130. 20 [0034] La figure 5 représente un détail de la figure 3. [0035] Si de tels pneumatiques ont effectivement permis d'obtenir une résistance au roulement très faible, leur rigidité de dérive n'est pas satisfaisante dans certaines conditions de roulage. [0036] Un des objectifs de la présente invention est d'obtenir des pneumatiques 25 destinés à équiper des véhicules à basse consommation énergétique ayant une excellente résistance au roulement tout en permettant d'obtenir une rigidité de dérive adaptée à ces véhicules. [0037] Cet objectif est atteint par un pneumatique selon l'invention dont un mode de réalisation est représenté à la figure 4. Ce pneumatique 10 comporte deux 30 bourrelets 20 destinés à entrer en contact avec une jante de montage (non représentée), chaque bourrelet 20 comportant au moins une structure annulaire de renforcement, en l'occurrence une tringle 70. Deux flancs 30 prolongent les 2977829 -7 bourrelets 20 radialement vers l'extérieur et s'unissent dans un sommet. Le pneumatique 10 comporte une seule armature de carcasse 60 ancrée dans les bourrelets 20 et s'étendant depuis les bourrelets 20 à travers les flancs 30 jusqu'au sommet. L'armature de carcasse 60 comporte une pluralité d'éléments de renforcement 5 de carcasse textiles, orientés radialement. Le pneumatique 10 comporte encore une armature de sommet consistant en un tissu 180 de fils en nylon, orientés à ± 45° par rapport à la direction ciconférentielle. En l'occurrence, il s'agit d'un tissu commercialisé sous la référence 0404/136/0413 par la société Milliken. [0038] L'armature de sommet 180 est surmontée d'une armature de frettage 100 en 10 aramide formée d'éléments de renforcement orientés circonférentiellement. Il s'agit d'un fil unitaire posé à 0° par rapport à la direction circonférentielle. Il n'est pas indispensable d'utiliser de l'aramide, mais on visera de préférence un matériau ayant un résistance à la rupture de la nappe d'au moins 400 daN/cm, ceci afin d'éviter un éclatement du sommet lorsque le pneumatique est gonflé bien au-delà de sa pression 15 de service. [0039] L'armature de frettage est surmontée d'une bande de roulement 40. On notera que le pneumatique est dépourvu d'une couche (50) en composition caoutchouteuse à base de butyle recouvrant la surface intérieure du pneumatique. On notera qu'en l'occurrence, l'armature de frettage est disposée radialement à l'extérieur de l'armature 20 de sommet et que l'armature de frettage dépasse axialement l'armature de sommet. Il ne s'agit ici que de modes de réalisation particuliers et il serait parfaitement imaginable de disposer l'armature de frettage radialement à l'intérieur de l'armature de sommet et/ou de prévoir que l'armature de sommet dépasse axialement l'armature de frettage. 25 [0040] La bande de roulement comporte une sculpture (non représentée) ; la hauteur radiale de la sculpture à l'état neuf est inférieure ou égale à 5 mm, et de préférence inférieure ou égale à 2 mm. [0041] Pour mettre en évidence les avantages obtenus avec un pneumatique selon l'invention, un pneumatique de référence, ayant l'architecture représentée à la figure 3, 30 et un pneumatique selon l'invention ayant l'architecture représentée à la figure 4 ont été comparés. Les deux pneumatiques avaient la dimension 95/80 R 16. -8 [0042] Le tableau suivant montre les valeurs de résistance au roulement (« RR ») obtenues. Il apparaît que la résistance au roulement est sensiblement identique, avec peut-être un léger avantage pour les pneumatiques selon l'invention. Ces valeurs ont été obtenues avec une méthode semblable à la méthode ISO 28580, avec les conditions particulières suivantes : charge 70 daN, pression 5 bar, vitesse 30 et 90 km/h. Pneumatique de référence Pneumatique selon l'invention RR à 30 km/h 1.07 kg/t 1.05 kg/t RR à 90 km/h 1.41 kg/t 1.36 kg/t [0043] Le comportement des pneumatiques a été comparé dans des tests subjectifs effectués sur le circuit ovale de haute vitesse au DRW Test Center à Lelystad (Pays-Bas). Le programme d'évaluation comportait des manoeuvres en ligne droite tels que du slalom, des changements de file ou des manoeuvres d'évitement, à des vitesses entre 80 et 120 km/h. Les essayeurs ont donné leurs impressions sans connaître l'architecture du pneumatique. Ces tests ont permis de constater que le pneumatique selon l'invention est plus linéaire. Les réactions du véhicule équipé de ces pneumatiques sont plus progressives. Les essayeurs ont rapporté un sentiment de sécurité, même à 120 km/h. Le centrage est précis à toutes les vitesses. REVENDICATIONS1. Pneumatique destiné à équiper un véhicule léger, comportant : deux bourrelets (20) destinés à entrer en contact avec une jante de montage, chaque bourrelet comportant au moins une structure annulaire de renforcement (70) ; deux flancs (30) prolongeant les bourrelets radialement vers l'extérieur, les deux flancs s'unissant dans un sommet ; au moins une armature de carcasse (60) ancrée dans les bourrelets et s'étendant depuis les bourrelets à travers les flancs jusqu'au sommet, l'armature de carcasse comportant une pluralité d'éléments de renforcement de carcasse (61), ces éléments de renforcement de carcasse étant textiles et orientés radialement ; une armature de sommet consistant en un tissu (180) d'éléments de renforcement textiles, orientés à ± 45° par rapport à la direction ciconférentielle, surmontée d'une bande de roulement (40) ; le sommet comportant en outre une armature de frettage (100) textile, l'armature de frettage étant formée d'éléments de renforcement (101) orientés circonférentiellement. 2. Pneumatique selon la revendication 1, dans lequel le pneumatique comporte une seule armature de carcasse (60). 3. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le tissu (180) d'éléments de renforcement textiles est réalisé en nylon. 4. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'armature de frettage (100) est réalisée en aramide. 5. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le pneumatique est dépourvu d'une couche (50) en composition caoutchouteuse à base de butyle recouvrant la surface intérieure du pneumatique. 6. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la bande de roulement comporte une sculpture et dans laquelle la hauteur radiale de la sculpture à l'état neuf est inférieure ou égale à 5 mm, et de préférence inférieure ou égale à 2 mm.