Brevet FR2989028A1 — publié le 20131011

PNEUMATIQUE COMPORTANT UNE ARMATURE DE CARCASSE DONT LES ELEMENTS DE RENFORCEMENT SONT FORTEMENT PENETRES [0001] La présente invention concerne un pneumatique, à armature de carcasse radiale et plus particulièrement un pneumatique destiné à équiper un essieu comportant des roues jumelées pour des véhicules portant de lourdes charges et roulant à vitesse soutenue, tels que, par exemple les camions, tracteurs, remorques ou bus routiers. [0002] D'une manière générale dans les pneumatiques de type poids-lourds, l'armature de carcasse est ancrée de part et d'autre dans la zone du bourrelet et est surmontée radialement par une armature de sommet constituée d'au moins deux couches, superposées et formées de fils ou câbles parallèles dans chaque couche et croisés d'une couche à la suivante en faisant avec la direction circonférentielle des angles compris entre 10° et 45°. Lesdites couches de travail, formant l'armature de travail, peuvent encore être recouvertes d'au moins une couche dite de protection et formée d'éléments de renforcement avantageusement métalliques et extensibles, dits élastiques. Elle peut également comprendre une couche de fils ou câbles métalliques à faible extensibilité faisant avec la direction circonférentielle un angle compris entre 45° et 90°, cette nappe, dite de triangulation, étant radialement située entre l'armature de carcasse et la première nappe de sommet dite de travail, formées de fils ou câbles parallèles présentant des angles au plus égaux à 45° en valeur absolue. La nappe de triangulation forme avec au moins ladite nappe de travail une armature triangulée, qui présente, sous les différentes contraintes qu'elle subit, peu de déformations, la nappe de triangulation ayant pour rôle essentiel de reprendre les efforts de compression transversale dont est l'objet l'ensemble des éléments de renforcement dans la zone du sommet du pneumatique. [0003] Dans le cas des pneumatiques pour véhicules "Poids-Lourds", une seule couche de protection est habituellement présente et ses éléments de protection sont, dans la plupart des cas, orientés dans la même direction et avec le même angle en valeur absolue que ceux des éléments de renforcement de la couche de travail radialement la plus à l'extérieur et donc radialement adjacente. Dans le cas de pneumatiques de Génie Civil destinés aux roulages sur sols plus ou moins accidentés, la présence de deux couches de protection est avantageuse, les éléments de renforcement étant croisés d'une couche à la suivante et les éléments de renforcement de la couche de protection radialement intérieure étant croisés avec les éléments de renforcement inextensibles de la couche de travail radialement extérieure et adjacente à ladite couche de protection radialement intérieure. [0004] Radialement à l'extérieur de l'armature de sommet, on trouve la bande de roulement habituellement constituée de matériaux polymériques destinés à venir au contact du sol dans l'aire de contact entre le sol et le pneumatique. [0005] Des câbles sont dits inextensibles lorsque lesdits câbles présentent sous une force de traction égale à 10% de la force de rupture un allongement relatif au plus égal à 0,2%. [0006] Des câbles sont dits élastiques lorsque lesdits câbles présentent sous une force de traction égale à la charge de rupture un allongement relatif au moins égal à 3% avec un module tangent maximum inférieur à 150 GPa. [0007] La direction circonférentielle du pneumatique, ou direction longitudinale, est la direction correspondant à la périphérie du pneumatique et définie par la direction de roulement du pneumatique. [0008] L'axe de rotation du pneumatique est l'axe autour duquel il tourne en utilisation normale. [0009] Un plan radial ou méridien est un plan qui contient l'axe de rotation du pneumatique. [0010] Le plan médian circonférentiel, ou plan équatorial, est un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du pneu et qui divise le pneumatique en deux moitiés. [0011] La direction transversale ou axiale du pneumatique est parallèle à l'axe de rotation du pneumatique. Une distance axiale est mesurée selon la direction axiale. L'expression « axialement intérieur à, respectivement axialement extérieur à» signifie « dont la distance axiale mesurée depuis le plan équatorial est inférieure respectivement supérieure à ». [0012] La direction radiale est une direction coupant l'axe de rotation du pneumatique et perpendiculaire à celui-ci. Une distance radiale est mesurée selon la direction radiale. L'expression « radialement intérieur à, respectivement radialement extérieur à » signifie « dont la distance radiale mesurée depuis de l'axe de rotation du pneumatique est inférieure à, respectivement supérieure à ». [0013] Certains pneumatiques actuels, dits "routiers", sont destinés à rouler à grande vitesse et sur des trajets de plus en plus longs, du fait de l'amélioration du réseau routier et de la croissance du réseau autoroutier dans le monde. L'ensemble des conditions, sous lesquelles un tel pneumatique est appelé à rouler, permet sans aucun doute un accroissement du nombre de kilomètres parcourus, l'usure du pneumatique étant moindre ; par contre l'endurance de ce dernier et en particulier de l'armature de sommet est pénalisée. [0014] Il existe en effet des contraintes au niveau de l'armature de sommet et plus particulièrement des contraintes de cisaillement entre les couches de sommet, alliées à une élévation non négligeable de la température de fonctionnement au niveau des extrémités de la couche de sommet axialement la plus courte, qui ont pour conséquence l'apparition et la propagation de fissures de la gomme au niveau desdites extrémités. Ce problème existe dans le cas de bords de deux couches d'éléments de renforcement, lesdites couches n'étant pas obligatoirement radialement adjacentes. [0015] Pour limiter des élévations de température trop importantes au niveau du sommet du pneumatique, les matériaux constitutifs de la bande de roulement sont avantageusement choisis avec des pertes hystérétiques adaptées aux conditions de fonctionnement du pneumatique. [0016] Par ailleurs, afin d'améliorer l'endurance de l'armature de sommet du type de pneumatique étudié, des solutions relatives à la structure et qualité des couches et/ou profilés de mélanges caoutchouteux qui sont disposés entre et/ou autour des extrémités de nappes et plus particulièrement des extrémités de la nappe axialement la plus courte ont déjà été apportées. [0017] Cette amélioration de l'endurance des pneumatiques permet d'envisager au moins la possibilité d'un rechapage lorsque la bande de roulement est usée. En effet, lorsqu'il est souhaité faire un rechapage du pneumatique après usure de la bande de roulement, il faut être en mesure de rechaper un pneumatique dont le vieillissement n'est pas trop avancé afin d'optimiser l'utilisation de la nouvelle bande de roulement. [0018] Par ailleurs, l'usage de pneumatiques sur des véhicules de type poids-lourds à usage routier, notamment lorsqu'ils sont en monte jumelée sur un essieu moteur ou sur des remorques conduit à des utilisations non voulues en mode dégonflé. En effet, les analyses réalisées montrent qu'il est fréquent que des pneumatiques soient utilisés en mode sous-gonflé sans que le chauffeur s'en aperçoive. Des pneumatiques sous-gonflés sont ainsi régulièrement utilisés sur des distances parcourues non négligeables. Le pneumatique ainsi utilisé subit des déformations plus importantes que dans les conditions normales d'utilisation qui peuvent conduire à une déformation des câbles de l'armature de carcasse de type « flambement » qui est fortement pénalisante notamment pour supporter les contraintes liées aux pressions de gonflage. [0019] Afin de limiter ce problème lié au risque de flambement des éléments de renforcement de l'armature de carcasse, il est possible d'utiliser des câbles frettés par un fil supplémentaire entourant le câble pouvant prévenir le flambement du câble, le fil de frette semblant conférer un effet s'opposant au flambement et donc limitant des flexions trop importantes du pneumatique dans certaines zones. Les pneumatiques ainsi réalisés, s'ils présentent moins de risques d'endommagement liés à des roulages à faible pression de gonflage, présentent toutefois des performances en termes d'endurance en flexion atténuées du fait notamment du frottement entre le fil de frette et les fils extérieurs du câble lors des déformations du pneumatique en roulage dans des conditions normales d'utilisation. [0020] Il est encore possible pour pallier à ce problème de flambement des câbles lors de roulage avec un pneumatique sous-gonflé, d'augmenter au moins localement, dans les zones en vis-à-vis de la zone de l'armature de carcasse susceptible de présenter un flambement, l'épaisseur de la couche de caoutchouc qui forme la paroi interne de la cavité du pneumatique. Mais une augmentation, même locale, de l'épaisseur de la couche de caoutchouc séparant l'armature de carcasse de la cavité du pneumatique conduit à un coût du pneumatique plus élevé, le mélange de caoutchouc constituant la paroi interne du pneumatique étant un matériau très onéreux. [0021] Les inventeurs se sont ainsi donnés pour mission d'être en mesure de fournir des pneumatiques destinés à équiper des véhicules selon une monte jumelée dont le les performances d'endurance dans des conditions de roulage en mode sous-gonflé sont améliorées tout en conservant de performances d'endurance satisfaisantes dans des conditions de roulage normales. [0022] Ce but a été atteint selon l'invention par un pneumatique, à armature de carcasse radiale, comprenant une armature de sommet, elle-même coiffée radialement d'une bande de roulement réunie à deux bourrelets par l'intermédiaire de deux flancs, les éléments de renforcement d'au moins une couche de l'armature de carcasse étant des câbles métalliques multicouches non frettés, à couche externe insaturée, comportant une âme (notée CO) de diamètre dO entourée d'une couche intermédiaire (notée Cl) de six ou sept fils (M = 4, 5, 6 ou 7) de diamètre dl enroulés ensemble en hélice selon un pas pl, cette couche Cl étant elle-même entourée d'une couche externe (notée C2) de N fils de diamètre d2 enroulés ensemble en hélice selon un pas p2, N étant inférieur de 1 à 3 au nombre maximal Nmax de fils enroulables en une couche autour de la couche Cl, lesdites câbles présentant les caractéristiques suivantes (dO, dl, d2, pl et p2 en mm): - (i) 0,14 Test de perméabilité zone environnant le bourrelet zone flanc zone sommet Pneumatique Débit moyen (cm3/min) 1,26 2,12 1,54 selon l'invention Nombre de points à 5 2 2 débit nul sur 2 cm Pneumatique de Débit moyen 10,4 15,12 14,46 référence R1 (cm3/min) Nombre de points à 0 0 0 débit nul sur 2 cm [0087] Ces mesures mettent en évidence, que dans le pneumatique de référence, Il n'existe pas de bouchons de caoutchouc dans les câbles. En outre, dans les câbles de l'armature de carcasse des pneumatiques selon l'invention, lorsque le débit est non nul, il apparaît qu'il est fortement réduit par rapport aux câbles de l'armature de carcasse des pneumatiques de Référence Rl. [0088] Ces observations traduisent une pénétration plus importante des câbles de l'armature de carcasse des pneumatiques selon l'invention par le caoutchouc comparée à celle des câbles de l'armature de carcasse des pneumatiques de Référence Rl. [0089] Les essais ont consistés à reproduire un roulage de pneumatiques jumelés dont l'un des pneumatiques est dans un état sous-gonflé. Pour cela, les deux types de pneumatiques, les pneumatiques selon l'invention et les pneumatiques de référence R1, sont testés en monte jumelée, l'un étant gonflé à 0.4 bar et donc à une faible pression et l'autre à 7 bars. Les conditions de gonflage sont rigoureusement les mêmes pour les deux types de pneumatiques. [0090] Ils effectuent des roulages sur véhicule dans des conditions absolument identiques et reproduisant des roulages usuels suivis par des véhicules de type poids-lourds. [0091] Les roulages sont interrompus régulièrement afin de porter la pression du pneumatique testé de 0,4 à 7 bars puis d'observer les pneumatiques. Le roulage reprend ensuite à 0,4 bar jusqu'au prochain arrêt. L'essai s'achève lorsqu'un endommagement irréversible est détecté sur les éléments de renforcement de l'armature de carcasse. [0092] Les pneumatiques de référence R1 ont ainsi pu parcourir une distance moyenne de 2200 km dans les conditions imposées lors du test. [0093] Concernant les pneumatiques selon l'invention, ils ont parcourus une distance moyenne de 4900 Km. [0094] Les pneumatiques selon l'invention permettent ainsi d'améliorer les propriétés d'endurance pour ce qui concerne des roulages en mode sous-gonflé. [0095] Par ailleurs, la présence d'une bande de roulement élargie permet d'améliorer les performances en termes d'usure des pneumatiques selon l'invention comparés à des pneumatiques présentant une bande de roulement moins large. Les performances en termes d'endurance sont alors conservées pour ce qui concerne des roulages en mode sous-gonflé. REVENDICATIONS1- Pneumatique, à armature de carcasse radiale, comprenant une armature de sommet, elle- même coiffée radialement d'une bande de roulement réunie à deux bourrelets par l'intermédiaire de deux flancs, les éléments de renforcement d'au moins une couche de l'armature de carcasse étant des câbles métalliques multicouches non frettés, à couche externe insaturée, comportant une âme (notée CO) de diamètre do entourée d'une couche intermédiaire (notée Cl) de six ou sept fils (M = 4, 5, 6 ou 7) de diamètre d1 enroulés ensemble en hélice selon un pas pi, cette couche Cl étant elle-même entourée d'une couche externe (notée C2) de N fils de diamètre d2 enroulés ensemble en hélice selon un pas p2, N étant inférieur de 1 à 3 au nombre maximal Nmax de fils enroulables en une couche autour de la couche Cl, lesdits câbles présentant les caractéristiques suivantes (do, d1, d2, pi et p2 en mm): -(i) 0,14 2 - Pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport de la largeur axiale L de la bande de roulement sur la largeur axiale maximale S du pneumatique est strictement supérieur à 0,85. 3 - Pneumatique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le câble de l'invention est un câble à couches de construction notée [1+M+N]. 4 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport d'aspect H/S est strictement supérieur à 0,55. 5 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'armature de sommet est formée d'au moins deux couches de sommet de travail d'éléments de renforcement inextensibles, croisés d'une couche à l'autre en faisant avec la direction circonférentielle des angles compris entre 10° et 45°. 6 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que 10 l'armature de sommet comporte encore au moins une couche d'éléments de renforcement circonférentiels. 7 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'armature de sommet est complétée radialement à l'extérieur par au moins une nappe supplémentaire, dite de protection, d'éléments de renforcement dits élastiques, orientés par 15 rapport à la direction circonférentielle avec un angle compris entre 10° et 45° et de même sens que l'angle formé par les éléments inextensibles de la nappe de travail qui lui est radialement adjacente. 8 - Pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'armature de sommet comporte en outre une couche de triangulation formée d'éléments de 20 renforcement métalliques faisant avec la direction circonférentielle des angles supérieurs à 60°.