Brevet FR2984803A1 — publié le 20130628

- 1 - DOMAINE DE L'INVENTION [0001] La présente invention concerne des pneumatiques pour roulage sur glace comportant des clous (« pneumatiques cloutés »). ARRIERE-PLAN [0002] Les pneumatiques cloutés possèdent des avantages indéniables en terme de comportement dans les conditions de roulage hivernales, comme par exemple le roulage sur revêtement glacé. Le contact avec la glace, et plus particulièrement la pénétration du clou dans la glace permet de compenser la diminution d'adhérence constatée au niveau des éléments de sculpture de la bande de roulement du pneumatique : les clous grattent la glace et permettent de générer des efforts additionnels sur la glace. [0003] Une des difficultés dans l'utilisation de pneumatiques cloutés consiste dans le fait que les valeurs de l'adhérence plafonnent à des valeurs inférieures à ce qu'on pourrait attendre en présence de clous. [0004] Pour surmonter cette difficulté, il a été proposé (voir, par exemple, les demandes de brevet WO 2009/147046 et WO 2009/147047) d'aménager des gorges ou des évidements dans la bande de roulement, dans la proximité du clou afin d'évacuer plus rapidement, les copeaux ou amas de glace générés lors du grattage du clou sur la glace. Cette évacuation plus rapide permet de diminuer l'épaisseur de l'interface entre la surface de roulement du pneumatique et la surface de la glace. Cette diminution d'épaisseur d'interface augmente par ailleurs la protrusion effective (ou profondeur de grattage de la glace) et se traduit par un effort d'ancrage dans la glace plus important et permet d'améliorer notablement les performances d'adhérence sur glace. [0005] Si cette approche a permis d'améliorer de manière significative l'adhérence d'un pneumatique pour roulage sur glace comportant des clous, il existe encore une marge d'amélioration du compromis entre le niveau d'adhérence sur glace et la tenue des clous en usage sur asphalte. - 2 - RESUME DE L'INVENTION [0006] Un des objectifs de la présente invention est d'améliorer le compromis entre le niveau d'adhérence sur glace par les clous et la tenue des clous en usage sur asphalte. [0007] Cet objectif est atteint par un pneumatique destiné à rouler sur un sol pouvant être couvert de glace, comportant : une bande de roulement réalisée en au moins une composition caoutchouteuse et ayant une surface de roulement, une pluralité de logements débouchant sur la surface de roulement par un orifice et contenant un clou, l'orifice ayant une dimension maximale DO sur la surface de roulement lorsque le clou est dans le logement ; le clou comportant : une tête, destinée à ancrer le clou dans la bande de roulement ; une mise, destinée à faire saillie sur la bande de roulement, pour entrer en contact avec la glace ; un corps reliant la tête et la mise, le corps ayant un axe de symétrie ; et un axe longitudinal passant par l'axe de symétrie du corps ; dans lequel la bande de roulement entourant le clou forme une plateforme d'ancrage du clou, celle-ci étant à son tour entourée d'une cavité débouchant sur la surface de roulement, de sorte que : le volume de creux débouchant sur la surface de roulement dans un rayon supérieur ou égal à DO/2 et inférieur ou égal à DO/2 + 2 mm autour de l'axe longitudinal du clou est inférieur ou égal à 20 mm3; et le volume de creux débouchant sur la surface de roulement dans un rayon supérieur ou égal à DO/2 + 2mm et inférieur ou égal à DO/2 + 4 mm autour de l'axe longitudinal du clou est supérieur ou égal à 60 mm3 et inférieur ou égal à 100 mm3. [0008] Selon un premier mode de réalisation avantageux, la profondeur maximale de la cavité est inférieure ou égale à HA/2, où HA est la profondeur du logement contenant le clou. Des profondeurs supérieures à HA/2 conduisent en effet à une dégradation de la rétention des clous. [0009] Selon un deuxième mode de réalisation avantageux, au moins un pont en composition caoutchouteuse reliant la plateforme d'ancrage du clou au reste de la bande de roulement traverse la cavité de manière à en réduire localement la - 3 - profondeur. L'existence d'un tel pont permet d'améliorer la rétention des clous sur les sols goudronnés, mouillés, recouverts de neige et/ou de glace. [0010] De préférence, le nombre de ponts en composition caoutchouteuse traversant la cavité de manière à en réduire localement la profondeur est supérieur à 1, ce qui permet d'améliorer l'ancrage du clou dans plusieurs directions perpendiculaires à la direction radiale. [0011] De manière préférentielle, le nombre de ponts en composition caoutchouteuse traversant la cavité de manière à en réduire localement la profondeur est supérieur ou égal à 3 et les ponts sont équirépartis autour du clou. [0012] Dans une configuration particulièrement avantageuse, le nombre de ponts équirépartis autour du clou est égal à 6. Ce nombre est suffisant pour garantir une bonne rétention du clou même si l'un des ponts venait à être sectionné. [0013] Les ponts en composition caoutchouteuse peuvent avoir une intersection avec la surface de roulement du pneumatique à l'état neuf ou être dépourvus d'intersection avec la surface de roulement du pneumatique à l'état neuf. [0014] Préférentiellement, les ponts en composition caoutchouteuse ont une géométrie arrondie, ce qui réduit le risque de propagation de fissures vers l'intérieur de la bande de roulement. [0015] Selon un troisième mode de réalisation préférentiel, la cavité entourant la plateforme d'ancrage du clou se rétrécit en fonction de la profondeur. [0016] La personne du métier comprendra qu'il est possible et souvent souhaitable de combiner plusieurs ou même tous les modes de réalisation mentionnés ci-dessus. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS [0017] La figure 1 représente un pneumatique selon l'art antérieur pourvu de clous. [0018] La figure 2 représente un clou selon l'art antérieur. [0019] La figure 3 représente un logement de clou selon l'art antérieur. - 4 - [0020] La figure 4 représente un clou inséré dans un logement de clou, selon l'art antérieur. [0021] Les figures 5 et 6 illustrent le fonctionnement de principe de pneumatiques cloutés selon l'art antérieur. [0022] Les figures 7 et 8 représentent une portion de la bande de roulement d'un tel pneumatique selon l'art antérieur. [0023] Les figures 9 à 11 représentent une portion de la bande de roulement d'un pneumatique selon l'invention. [0024] Les figures 12 à 15 montrent une portion d'une bande de roulement d'un pneumatique selon l'invention, avant et après l'insertion d'un clou. [0025] La figure 16 représente un élément moulant pour mouler une portion d'une bande de roulement d'un pneumatique selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES [0026] 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. [0027] 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 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 - 5 - constituant le fil ou le traitement de surface pour favoriser sa liaison avec le caoutchouc. [0028] Enfin, par « coupe radiale » ou « section radiale » on entend ici une coupe ou une section selon un plan qui contient l'axe de rotation du pneumatique. [0029] 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 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. Lorsqu'il est dit que le plan médian sépare, dans toute section radiale, le pneumatique en deux « moitiés » de pneumatique, cela ne veut pas dire que le plan médian constitue nécessairement un plan de symétrie du pneumatique. L'expression « moitié de pneumatique » a ici une signification plus large et désigne une portion du pneumatique ayant une largeur axiale proche de la moitié de la largeur axiale du pneumatique. [0030] Une direction « circonférentielle » est une direction qui est perpendiculaire à la fois à un rayon du pneumatique et à la direction axiale. [0031] La « surface de roulement » d'une bande de roulement désigne ici l'ensemble des points de la bande de roulement qui entrent en contact avec un sol lorsque le pneumatique - gonflé à sa pression de service et sans clous - roule sur un sol. [0032] Dans le cadre de ce document, l'expression « composition caoutchouteuse » désigne une composition de caoutchouc comportant au moins un élastomère et une 25 charge. [0033] La figure 1 représente schématiquement un pneumatique 10 selon l'art antérieur comportant une bande de roulement 20 ayant une surface de roulement destinée à entrer en contact avec un sol lorsque le pneumatique roule. La bande de roulement 20 comporte une pluralité de rainures transversales 25 et de rainures 30 circonférentielles 26 et une pluralité de clous 30. Les clous 30 sont disposés sur toute la largeur de la surface de roulement dans les pains de gomme 40 de la bande de roulement 20 ; par « pain de gomme » il faut entendre un élément de la bande de roulement en composition caoutchouteuse vulcanisée, délimité par des rainures. La - 6 - nervure centrale 50 de la bande de roulement peut également être pourvue de clous 30. Les clous 30 sont disposés à plusieurs positions autour de la périphérie du pneumatique, de sorte qu'à tout instant des clous soient en contact avec le sol sur lequel roule le pneumatique. [0034] La figure 2 représente schématiquement un clou 30 selon l'art antérieur. Le clou 30 possède un axe longitudinal 33. Le profil du clou 30 est cylindrique et centré sur l'axe 33. Le clou 30 a deux extrémités axiales : l'une des extrémités axiales définit une première partie, ici matérialisée par une mise 60, destinée à entrer en contact avec le sol (la glace, la neige, ou le revêtement nu) lorsque le clou 30 est monté sur le pneumatique 10 et le pneumatique 10 roule sur le sol. La mise peut avantageusement être réalisée à l'aide d'un matériau distinct de celui du reste du clou. Cela permet d'utiliser un matériau plus dur pour cette partie, sujette à de très fortes sollicitations mécaniques. Cela permet par ailleurs de réaliser, pour certaines familles de produits, un corps en matériau moulé ou injecté, sur lequel on fixe une mise. Bien évidemment, on peut aussi utiliser des clous constitués d'un matériau unique. [0035] L'autre extrémité du clou 30 est formée par une tête 70 qui est destinée à ancrer le clou 30 dans la bande de roulement 20 du pneumatique 10. [0036] Un corps 80 relie la première partie 60 et la tête 70 du clou 30. Le diamètre moyen DC du corps est inférieur au diamètre moyen DT de la tête 70 du clou 30, ces diamètres étant mesurés perpendiculairement à l'axe 33 du clou. Le corps 80 est séparé de la tête 70 par une partie 85 dont le diamètre est inférieur aux diamètres de la tête et du corps. [0037] La figure 3 représente schématiquement une parti e de la bande de roulement 20 du pneumatique 10. Cette bande de roulement est pourvue d'un logement 90. Chaque logement comporte un portion cylindrique ouverte sur l'extérieur de la bande de roulement 20 du pneumatique 10 et est adaptée pour coopérer avec un clou 30. [0038] La figure 4 représente schématiquement la même partie de la bande de roulement 20 après insertion du clou 30. Grâce à l'élasticité de la composition caoutchouteuse formant la bande de roulement, la bande de roulement 20 enveloppe parfaitement le clou 30 et l'ancre fermement dans le pneumatique. - 7 - [0039] La figure 5 illustre le fonctionnement d'un premier pneumatique clouté selon l'art antérieur. Elle représente une partie du clou 30 et de la bande de roulement 20 en composition caoutchouteuse qui entoure cette partie du clou. Le clou est représenté au moment où il se trouve en contact avec de la glace 100. Le sens de rotation R du pneumatique est indiqué à l'aide d'une flèche R. La première partie 60 du clou 30 pénètre dans la glace 100 jusqu'à une profondeur moyenne P. En pénétrant dans la glace 100 et en la grattant, le clou 30 brise localement la glace et génère une multitude de copeaux de glace 110 qui s'amassent à l'interface entre la bande de roulement 20 et la glace 100 et finissent par empêcher la première partie 60 du clou 30 de pénétrer profondément dans la glace 100, ce qui a un effet négatif sur l'adhérence du pneumatique. [0040] La figure 6 illustre le fonctionnement de principe d'un pneumatique perfectionné de l'art antérieur (cf. la demande de brevet WO 2009/147047) qui permet de réduire cet effet négatif. En effet, ce pneumatique comporte un évidement 200 dans lequel les copeaux 110 formés lors de la pénétration du clou 30 dans la glace 20 sont stockés. Les copeaux 110 ne s'amassent donc pas entre la surface de roulement de la bande de roulement 20 et la glace 100. Ainsi le clou 30 peut pénétrer davantage dans la glace 100 : on obtient une profondeur de pénétration moyenne P plus importante et une plus grande adhérence du pneumatique sur la glace. [0041] Les figures 7 et 8 représentent une portion de la bande de roulement d'un tel pneumatique selon l'art antérieur. Ces figures représentent schématiquement un pain de gomme 40 de la bande de roulement 20 du pneumatique, vu d'une position radialement à l'extérieur de la bande de roulement (figure 7) et en perspective (figure 8). Comme le suggère la figure 7, ce pain de gomme 40 est entouré d'une pluralité d'autres pains et séparé de ces pains par des rainures transversales 25 et circonférentielles 26. [0042] Le pain de gomme 40 comporte un clou ayant un axe longitudinal 33 (voir figure 8), une mise 60 faisant saillie de portion de la surface de roulement que constitue la surface du pain de gomme 40. Le clou se prolonge vers l'intérieur de la bande de roulement par un corps 80 (voir figure 7) dont une portion seulement est suggérée en pointillé. Le pain de gomme 40 comporte en outre trois évidements 201 à 203 associés au clou 30 et ayant chacun un volume de 60 mm3. - 8 - [0043] Si ce type de pneumatique clouté a permis d'améliorer de manière significative l'adhérence sur glace, il existe encore une marge d'amélioration du compromis entre le niveau d'adhérence sur glace et la tenue des clous en usage sur asphalte. Une telle amélioration est obtenue par un pneumatique selon l'invention dont les figures 9 à 11 représentent une portion de la bande de roulement. Ici, la bande de roulement entourant le clou (dont la mise 60 fait saillie sur la bande de roulement) forme une plateforme d'ancrage 120 du clou, celle-ci étant à son tour entourée d'une cavité 130 débouchant sur la surface de roulement, de sorte que deux conditions sont remplies. [0044] Premièrement, le volume de creux débouchant sur la surface de roulement dans un rayon supérieur ou égal à D0/2 (qui correspond ici au contour du clou 30 sur la bande de roulement) et inférieur ou égal à D0/2 + 2 mm (indiqué à l'aide du cercle 142) autour de l'axe longitudinal du clou est inférieur ou égal à 20 mm3. (Pour le clou représenté, DO est égal à 6.5 mm.) Cette condition correspond à l'existence d'une plateforme d'ancrage suffisante pour ancrer le clou fermement dans la bande de roulement. Il peut y avoir de petites cavités dans cette partie (voir, à titre d'exemple, la figure 12) mais elles ne doivent pas être volumineuses afin de ne pas compromettre l'ancrage de manière significative. La demanderesse a constaté qu'un volume de 20 mm3 constitue une valeur à ne pas franchir. [0045] Deuxièmement, le volume de creux débouchant sur la surface de roulement dans un rayon supérieur ou égal à DO/2 + 2mm (indiqué à l'aide du cercle 142) et inférieur ou égal à DO/2 + 4 mm (indiqué à l'aide du cercle 144) autour de l'axe longitudinal du clou est supérieur ou égal à 60 mm3 et inférieur ou égal à 100 mm3 (en l'occurrence, le volume est de 80 mm3). Cette condition correspond à l'existence d'une cavité pouvant emmagasiner une certaine quantité de copeaux de glace, à une distance suffisamment faible de l'axe du clou. [0046] Préférentiellement, la profondeur maximale H de la cavité est inférieure ou égale à HA/2, où HA est la profondeur du logement contenant le clou (voir figure 10). En l'occurrence, la cavité entourant la plateforme d'ancrage du clou se rétrécit en fonction de la profondeur. [0047] Selon un mode de réalisation avantageux, au moins un pont en composition caoutchouteuse reliant la plateforme d'ancrage du clou au reste de la bande de roulement traverse la cavité de manière à en réduire localement la profondeur. Les - 9 - figures 12 à 14 montrent une portion d'une bande de roulement d'un pneumatique où la plateforme d'ancrage est reliée au reste de la bande de roulement par six ponts 140, avant (figures 12 à 14) et après (figure 15) l'insertion d'un clou. [0048] En l'occurrence, les ponts n'ont pas d'intersection avec la surface de roulement du pneumatique à l'état neuf, mais il est également possible de prévoir des ponts ayant une intersection avec la surface de roulement à l'état neuf. Dans ce cas de figure, « la cavité » entourant la plateforme d'ancrage est de fait formée par une pluralité de cavités dont chacune débouche sur la surface de roulement. [0049] Les ponts visibles sur les figures 12 à 15 ont une géométrie arrondie, ce qui réduit le risque de propagation de fissures vers l'intérieur de la bande de roulement. Lorsque ce risque est négligeable pour d'autres raisons, il est bien entendu possible de prévoir des ponts ayant une géométrie à angles vifs. [0050] La figure 16 représente un élément moulant pour mouler la portion de la bande de roulement montrée à la figure 14. On aperçoit une portion 290 destinée à mouler le logement 90 (voir figure 3) et une couronne formée de dents 300, destinée à mouler les ponts reliant la plateforme d'ancrage au reste de la bande de roulement. [0051] Le tableau 1 compare les résultats obtenus avec un pneumatique clouté sans réservoir de glace (« A »), qui sert de référence, un pneumatique clouté selon WO 2009/147047 (« B ») et un pneumatique selon l'invention (« C »). L'architecture du pneumatique et les matériaux utilisés étaient les mêmes pour les trois pneumatiques. « A » « B » « C » Adhérence glace 100 110 105 Rétention clous 100 90 115 Compromis 100 100 110 Tableau 1 [0052] On constate que si la solution « B » permet d'améliorer l'adhérence glace au détriment de la rétention des clous, la solution « C » permet d'améliorer à la fois l'adhérence glace (même si c'est un peu moins que la solution « B ») et surtout la -10- rétention des clous ; elle permet donc d'améliorer de manière très significative le compromis global adhérence/rétention. REVENDICATIONS1. Pneumatique destiné à rouler sur un sol pouvant être couvert de glace, comportant : une bande de roulement (20) réalisée en au moins une composition caoutchouteuse et ayant une surface de roulement, une pluralité de logements (90) débouchant sur la surface de roulement par un orifice et contenant un clou (30), l'orifice ayant une dimension maximale DO sur la surface de roulement lorsque le clou est dans le logement ; le clou comportant : une tête (70), destinée à ancrer le clou dans la bande de roulement ; une mise (60), destinée à faire saillie sur la bande de roulement, pour entrer en contact avec la glace ; un corps (80) reliant la tête et la mise, le corps ayant un axe de symétrie ; et un axe longitudinal (33) passant par l'axe de symétrie du corps ; dans lequel la bande de roulement entourant le clou forme une plateforme d'ancrage (120) du clou, celle-ci étant à son tour entourée d'une cavité (130) débouchant sur la surface de roulement, de sorte que : le volume de creux débouchant sur la surface de roulement dans un rayon supérieur ou égal à D0/2 et inférieur ou égal à D0/2 + 2 mm autour de l'axe longitudinal du clou est inférieur ou égal à 20 mm3; et le volume de creux débouchant sur la surface de roulement dans un rayon supérieur ou égal à D0/2 + 2mm et inférieur ou égal à D0/2 + 4 mm autour de l'axe longitudinal du clou est supérieur ou égal à 60 mm3 et inférieur ou égal à 100 mm3. 2. Pneumatique selon la revendication 1, dans lequel la profondeur maximale de la cavité est inférieure ou égale à HA/2, où HA est la profondeur du logement contenant le clou. 3. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel au moins un pont (140) en composition caoutchouteuse reliant la plateforme d'ancrage (120) du clou (30) au reste de la bande de roulement traverse la cavité (130) de manière à en réduire localement la profondeur.-12- 4. Pneumatique selon la revendication 3, dans lequel le nombre de ponts (140) en composition caoutchouteuse traversant la cavité (130) de manière à en réduire localement la profondeur, est supérieur à 1. 5. Pneumatique selon la revendication 4, dans lequel le nombre de ponts (140) en composition caoutchouteuse traversant la cavité (130) de manière à en réduire localement la profondeur, est supérieur ou égal à 3 et dans lequel les ponts sont équirépartis autour du clou. 6. Pneumatique selon la revendication 5, dans lequel le nombre de ponts (140) est égal à 6. 7. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la cavité (130) entourant la plateforme d'ancrage (120) du clou (30) se rétrécit en fonction de la profondeur. 8. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les ponts (140) en composition caoutchouteuse ont une intersection avec la surface de roulement du pneumatique à l'état neuf. 9. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les ponts (140) en composition caoutchouteuse n'ont pas d'intersection avec la surface de roulement du pneumatique à l'état neuf. 10. Pneumatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les ponts (140) en composition caoutchouteuse ont une géométrie arrondie.