Brevet FR3042441A1 — publié le 20170421

Pneumatique avec bande de roulement comportant des secteurs renforcés et des gorges auto-entretenues Domaine de l'invention [0001] La présente invention est relative aux pneumatiques, et plus particulièrement à un pneumatique dont les performances d'adhérence sont améliorées. [0002] De façon générale, un pneumatique est un objet ayant une géométrie de révolution par rapport à un axe de rotation. Un pneumatique comprend deux bourrelets destinés à être montés sur une jante ; il comprend également deux flancs reliés aux bourrelets, un sommet comportant une bande de roulement destinée à entrer en contact avec le sol, le sommet ayant un premier côté relié à l'extrémité radialement extérieure de l'un des deux flancs et ayant un deuxième côté relié à l'extrémité radialement extérieure de l'autre des deux flancs. [0003] La constitution du pneumatique est usuellement décrite par une représentation de ses constituants dans un plan méridien, c'est-à-dire un plan contenant l'axe de rotation du pneumatique. Les directions radiale, axiale et circonférentielle désignent respectivement les directions perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique, parallèle à l'axe de rotation du pneumatique et perpendiculaire à tout plan méridien. Dans ce qui suit, les expressions « radialement », « axialement » et « circonférentiellement » signifient respectivement « selon une direction radiale », « selon la direction axiale » et « selon une direction circonférentielle » du pneumatique. Les expressions « radialement intérieur, respectivement radialement extérieur » signifient « plus proche, respectivement plus éloigné, de l'axe de rotation du pneumatique, selon une direction radiale ». Le plan médian est un plan perpendiculaire à l'axe de révolution du pneumatique, positionné axialement de façon à couper la surface de la bande de roulement sensiblement à mi-distance des bourrelets. Les expressions « axialement intérieur, respectivement axialement extérieur » signifient « plus proche, 2015PAT00359FR 3042441 -2 respectivement plus éloigné, du plan médian du pneumatique, selon la direction axiale ». État de la technique 5 [0004] De manière connue, la bande de roulement d'un pneumatique, qu'il soit destiné à équiper un véhicule de tourisme ou un véhicule poids lourd, est pourvue d'une sculpture comprenant notamment des éléments de sculpture ou blocs élémentaires délimités par diverses rainures principales, longitudinales ou circonférentielles, transversales ou encore obliques, les blocs élémentaires pouvant en outre comporter diverses incisions ou lamelles 10 plus fines. Les rainures constituent des canaux destinés à évacuer l'eau lors d'un roulage sur sol mouillé et les parois de ces rainures définissent les bords d'attaque et de fuite des éléments de sculpture, en fonction du sens du virage. [0005] Pour améliorer l'adhérence d'un pneumatique, et plus particulièrement pour l'adhérence sur sol sec et sur sol humide, il est bien connu de diminuer la rigidité ou la 15 dureté du mélange caoutchouteux constituant de la bande de roulement. Cette diminution de rigidité de la bande de roulement permet à celle-ci de mieux épouser la surface rugueuse du sol de roulage et ainsi la surface réelle de contact avec le sol de roulage est augmentée et la performance d'adhérence améliorée par rapport à une bande de roulement dont le mélange caoutchouteux est plus rigide. 20 [0006] Cependant, l'utilisation d'un mélange caoutchouteux de bande de roulement moins rigide favorise les déformations des rainures de sculptures, ce qui peut dégrader leur aptitude à évacuer l'eau. [0007] Pour améliorer la performance de drainage des pneumatiques en stabilisant les éléments de sculpture, le document EP 1 708 896 B1 propose un pneumatique dont les 25 rainures sont bordées de mélange de caoutchouc plus rigide que le mélange de coutchouc constituant majoritairement la bande de roulement. Cependant, alors que le mélange rigide est, en proportion, faiblement présent par rapport au mélange de caoutchouc relativement mou qui lui est destiné à favoriser l'adhérence, on a constaté que même si la proportion de mélange rigide dans la surface de contact du pneumatique est modeste, on note tout de 2015PAT00359FR 3042441 -3 même une dégradation significative de l'adhérence, dans des conditions de freinage ou sous fortes accélérations transversales, ce qui ruine l'usage de mélange de caoutchouc intrinsinquement très adhérent. Description brève de l'invention 5 [0008] L'invention a pour objet un pneumatique comprenant : - deux bourrelets et deux flancs reliés aux bourrelets ; - un sommet, le sommet ayant un premier côté relié à l'extrémité radialement extérieure de l'un des deux flancs et ayant un deuxième côté relié à l'extrémité radialement extérieure de l'autre des deux flancs, le sommet comportant une 10 bande de roulement radialement extérieure, la bande de roulement comprenant : o au moins un premier secteur s'étendant axialement sur une partie de la largeur totale de la bande de roulement, s'étendant circonférentiellement sur toute la circonférence du pneumatique, et s'étendant radialement jusqu'à une face de contact de premier secteur destinée à venir en contact avec la chaussée pendant 15 le roulage du pneumatique, ledit premier secteur étant constitué essentiellement en un matériau de base ; o au moins un second secteur s'étendant axialement sur une partie de la largeur totale de la bande de roulement, s'étendant circonférentiellement sur toute la circonférence du pneumatique, et s'étendant radialement jusqu'à une face de 20 contact de second secteur destinée à venir en contact avec la chaussée pendant le roulage du pneumatique, ledit second secteur étant constitué essentiellement en un matériau rigide de renforcement, dont la rigidité est au moins deux fois supérieure à la rigidité du matériau de base ; o une pluralité de rainures aménagées à partir de l'une desdites faces de contact 25 destinées à venir en contact avec la chaussée pendant le roulage du pneumatique, chaque rainure ayant des flancs de rainure et un fond de rainure, chaque rainure ayant une profondeur P mesurée selon une direction radiale entre le fond et ladite face de contact ; 2015PAT00359FR 3042441 -4 caractérisé en ce que, sur le second secteur ou sur l'un des seconds secteurs au moins, la face de contact de second secteur comporte une gorge ayant une profondeur p inférieure à 2 mm. 5 [0009] Ainsi, on parvient à réconcilier l'utilisation d'un mélange de caoutchouc assez mou pour être très adhérent, lequel est disposé dans des premiers secteurs très majoritairement sur la largeur axiale du pneumatique, avec l'implantation dans un ou des seconds secteurs, de mélange rigide de renforcement. En effet, à même hauteur entre le matériau de base et le matériau rigide de renforcement, la charge portée donc la pression 10 entre la bande de roulement et le sol est fonction des rigidités en compression des deux matériaux. Si le matériau de renforcement est 10 fois plus rigide que le matériau de base de la bande de roulement, la pression locale à l'écrasement, sous le matériau renforcé, est 10 fois plus importante que la pression sur le reste de la bande de roulement. Le niveau d'adhérence est alors lié à l'adhérence de chaque matériau pondéré par sa fraction 15 surfacique en contact et de la pression appliquée sur chaque matériau. Les inventeurs ont ainsi constaté que plus le matériau rigide de renforcement est rigide (et a fortiori plus il est présent en surface), plus il pénalise l'adhérence à neuf du pneumatique, et ceci dans une proportion supérieure à sa proportion de présence à la surface de contact de la bande de roulement. En outre, circonstance aggravante, lorsqu'on utilise des matériaux de rigidités 20 différentes, le retrait thermique après vulcanisation du pneumatique est différent, ce qui aboutit à ce que le matériau rigide de renforcement fasse protubérance à la surface du pneumatique par rapport au matériau de base. [0010] Suivant un aspect de l'invention, la gorge, qui forme un ressaut, c'est-à-dire une rainure très peu profonde, permet d'obtenir ce que l'on peut appeler une « nervure 25 sacrifiée ». Cette nervure est sacrifiée au sens où, par conception, elle va glisser à la surface de la route en usage normal, ce qui va entretenir ledit ressaut par une usure permanente du pneumatique à cet endroit. Pour d'autres informations sur la disposition constructive « nervure sacrifiée », le lecteur peut se reporter au brevet US 4,480,671 montre une telle nervure sacrifiée [voir nervure latérale 8] proposée dans un tout autre but. L'homme du métier sait que la différence entre le rayon de roulement dans le ou les 2015PAT00359FR 3042441 -5 premiers secteurs et le rayon de roulement au droit de la gorge du ou des seconds secteurs peut s'auto-entretenir au cours de l'usure du pneu en service normal. Description des Figures 5 [0011] Les objets de l'invention sont maintenant décrits à l'aide du dessin annexé dans lequel : - la figure 1 représente de manière très schématique (sans respect d'une échelle spécifique), une coupe radiale d'un pneumatique conforme à un mode de réalisation de l'invention ; 10 - les figures 2 à 5 présentent en coupe radiale des bandes de roulement de pneumatiques conformes à différents modes de réalisation de l'invention. Description détaillée de l'invention [0012] On voit à la figure 1 un pneumatique 1 comprenant deux flancs 3 reliés chacun à un 15 bourrelet 2. Le pneumatique comporte un sommet 2 ; le sommet 2 est relié de chaque côté à l'extrémité radialement extérieure de chacun des deux flancs. Le sommet 2 comporte une bande de roulement 5. La bande de roulement 5 comprend une pluralité de premiers secteurs 51 et une pluralité de seconds secteurs 52. Chaque premier secteur s'étend axialement sur une partie de la largeur totale de la bande de roulement, et s'étendant 20 radialement jusqu'à une face de contact de second secteur, destinée à venir en contact avec la chaussée pendant le roulage du pneumatique. Le cumul, en largeur mesurée axialement, des premiers secteurs s'étend sur la majorité de la largeur axiale de la bande de roulement. Chaque premier secteur est constitué essentiellement en un matériau de base, de type très adhérent. 25 [0013] Chaque second secteur 52 s'étend axialement sur une petite fraction de la largeur totale de la bande de roulement ; il s'étend radialement jusqu'à une face de contact de second secteur, elle aussi destinée à venir en contact avec la chaussée pendant le roulage du pneumatique. On voit que chaque second secteur est conformé en coin, dont la base est proche de la structure de renforcement du pneumatique (laquelle structure de renforcement 2015PAT00359FR 3042441 -6 comporte de façon connue en soi, par exemple, une carcasse 41 et une ceinture 42), et dont la largeur diminue progressivement au fur et à mesure que l'on s'approche de la surface de la bande de roulement. Chaque second secteur est constitué essentiellement en un matériau rigide de renforcement, nettement plus rigide que le matériau de base. 5 [0014] Les premiers et seconds secteurs 51 et 52 forment des blocs de sculpture. Deux blocs de sculpture axialement adjacents sont séparés par une rainure 6. Chaque rainure s'étend au moins en partie circonférentiellement est est délimitée axialement par des flancs 61 et 62 de rainure. Chaque rainure 6 a une profondeur P mesurée selon une direction radiale entre le fond de la rainure et la face de contact de la bande de roulement avec le sol. 10 Chaque second secteur est, vu en coupe radiale, conformé en coin ; lors d'un roulage rapide en virage, chaque second secteur s'oppose, par sa forte raideur en compression et en cisaillement (comparativement aux premiers secteurs), au cisaillement et au basculement des blocs de sculpture ; cela permet ainsi de conserver une surface de contact avec le sol de roulage importante, gage de meilleure adhérence, et cela permet de limiter les surpressions 15 sur le bord d'attaque des rainures et ainsi de limiter les échauffements. [0015] Suivant l'invention, au moins un second secteur, par exemple celui ou ceux le plus sollicité(s) en cas de forte accélération transversale imposée au pneumatique ou celui le plus chargé lors d'un freinage d'urgence, comporte une gorge 7 de profondeur radiale très faible par rapport à la profondeur de sculpture ; suivant un mode de réalisation avantageux 20 de l'invention, la gorge 7 ayant une profondeur p inférieure à 2 mm. Cela permet d'obtenir un ressaut qui soit assez proche de l'état d'équilibre des cinétiques d'usure des matériaux, telles que le pneumatique le rencontrera dans toute sa durée d'usage. Chaque gorge 7 s'étend au moins en partie circonférentiellement, suivant en cela l'orientation des seconds secteurs. 25 [0016] Evoquons différentes variantes de réalisations. On voit à la figure 2 que les gorges 7a sont présentes sur la totalité des seconds secteurs. A la figure 3, on voit que la gorge 7b ne couvre qu'une partie de la largeur axiale du second secteur, et non pas la totalité de la largeur axaile de celui-ci. Les gorges peuvent être de profondeurs différentes d'un second secteur à l'autre. A la figure 4, on voit que la gorge 7c à un profil incliné par rapport à 30 l'axe du pneumatique, et à la figure 5, on voit que la gorge 7d a un profil arrondi et incliné 2015PAT00359FR 3042441 -7 par rapport à l'axe du pneumatique. La gorge pourrait avoir un profil en escalier ou autre ou une combinaison de différentes formes. En d'autres termes, on voit que la gorge a une profondeur p croissante en allant axialement d'un ou des premiers secteurs vers un ou les seconds secteurs. En variante, la gorge peut être présente sur une partie seulement de la 5 largeur axiale de la face des seconds secteurs. En variante encore, la gorge s'étend axialement sur la totalité de la largeur axiale des seconds secteurs et sur une faible partie des premiers secteurs. [0017] Quant aux dimensions, la profondeur p de la dépouille est de préférence de 0.1 à 1.5 mm, et préférentiellement de 0.2 à 0.8 mm. 10 [0018] De préférence, le matériau constitutif de la bande de roulement 5 est un matériau élastomérique de module dynamique de cisaillement G*, à 60°C et sous une contrainte alternée à 10 Hz de 0.7 MPa, inférieur à 1.25 MPa. On entend par « matériau constitutif de la bande de roulement » le matériau qui comprend au moins 50% du volume compris entre la surface de contact avec le sol à l'état neuf et un niveau correspondant à 1,6 mm au- 15 dessus du fond 70 de rainure 7 (1,6 mm étant la hauteur habituelle des témoins d'usure). [0019] Pour la réalisation d'un matériau élastomérique constitutif de la bande de roulement 5 ayant un module dynamique de cisaillement G* valant 0,9MPa, on peut se reporter par exemple à la formulation ci-dessous : Tableau 1 : formulation Composition Exemple SBR (a) 100 Silice (b) 110 Agent de couplage (c) 9 Plastifiant liquide (d) 20 Plastifiant résine (e) 50 Noir 5 Oxyde de zinc 3 Acide stéarique 2 Antioxydant (f) 2 Accélérateur (g) 2 DPG 2 Soufre 1 2015PAT00359FR 3042441 -8 avec: (a) SBR avec 27% styrène, butadiène -1,2 :5%, cis-1,4 :15%, trans -1,4: 80% Tg -48°C (b) Silice « Zeosi11165MP » de la société Solvay de surface BET 160m2/g (c) Silane TESPT « SI69 » de la société Evonik 5 (d) Huile TDAE « Flexon 630 » de la société Shell (e) Résine « Escorez 2173 » de la société Exxon (f) Antioxydant « Santoflex 6PPD » de la société Solutia (g) Accélérateur « Santocure CBS » de la société Solutia 10 Tableau 2: Propriétés mécaniques de la composition après vulcanisation Composition Exemple Module à 60°C (MPa) 0,9 Tg (°C) Tans max -10 [0020] D'une façon générale, le second secteur est constitué essentiellement en un matériau rigide de renforcement. Cela peut être un mélange élastomérique renforcé par des fibres, comme proposé dans le brevet US 2,710,042 B1 ou dans la demande de brevet 15 US2010/0145948 Al ou dans le brevet EP 0320215 B 1 . Cela peut être peut être un mélange élastomérique de type rigide. On peut combiner les modes de réalisations cités ci-dessus. [0021] Quant à sa forme du ou des seconds secteurs, elle peut être en coin : c'est l'exemple choisi pour expliciter l'invention. En alternative, le ou les seconds secteurs peuvent 20 prendre la forme d'inserts de largeur axiale sensiblement constante formant une peau à la surface des rainures, comme proposé dans le brevet EP 1 701 854 Bl. Quant à la position dans la bande de roulement, le mélange renforcé peut être disposé en paroi de rainure ou dans l'épaisseur des blocs de sculpture. Les seconds secteurs de renforcement peuvent être indépendants ou reliés par une base commune constituée du même matériau de 25 renforcement sur tout ou partie de la largeur de la bande de roulement. 2015PAT00359FR 3042441 -9 [0022] Le tableau 3 donne, à titre d'exemple, une formulation qui permet d'obtenir un mélange de rigidité élevée notamment grâce à l'action combinée d'une résine époxyde et d'un durcisseur aminé : Tableau 3 Constituant C.1 NR (1) 100 Noir de carbone (2) 70 Résine Formophénolique (3) 12 ZnO (4) 3 Acide stéarique (5) 2 6PPD (6) 2.5 HMT (7) 4 Soufre 3 CBS (8) 2 5 (1) Caoutchouc Naturel ; (2) Noir de carbone N326 (dénomination selon la norme ASTM D-1765) ; (3) Résine formophénolique novolac (« Peracit 4536K » de la société Perstorp) ; (4) Oxyde de zinc (grade industriel - société Umicore) ; (5) Stéarine (« Pristerene 4931 » de la société Uniqema) ; 10 (6) N-1,3-diméthylbutyl-N-phénylparaphénylènediamine (Santoflex 6-PPD de la société Flexsys) ; (7) Hexaméthylènetétramine (de la société Degussa) ; (8) N-cyclohexyl-benzothiazyl sulphénamide(Santocure CBS de la société Flexsys). 15 Essais [0023] Le pneumatique de référence T est connu sous la dénomination commerciale Primacy 3 en 225/45 R 17 gonflé à 2.4 bars. Le test est un test de freinage sur sol mouillé avec une hauteur d'eau de 1 mm. La distance de freinage est mesurée entre 80 et 10 km/h. 20 La variante V1 est un pneumatique de même dimension que le témoin, avec la même architecture mais avec une bande de roulement dont le matériau a un module de cisaillement G* de 0.9 MPa (mesuré à 10Hz sous une contrainte alternée de 0.7 MPa). 2015PAT00359FR 3042441 - 10 - Cette variante comporte une sculpture à cinq nervures séparées par quatre rainures (taux d'entaillement de 20%) et des angles de dépouille de 5° sans entaille transversale avec des seconds secteurs en forme de coins en mélange rigide dont la formule est donnée ci-dessus, disposés comme montré à la figure 2, sauf qu'il n'y a pas de gorge. La variante V2 est 5 conforme à la figure 2, avec des gorges de 0.2 mm de profondeur p. Performance (en %) Freinage sol mouillé 80 - 10 km/h Pneumatique T 100 Variante 1 127 Variante 2 132 [0024] On constate un gain de 5 points en distance de freinage, gain significatif qui permet de tirer plus de profit de l'utilisation de matériau rigide de renforcement. 10 2015PAT00359FR REVENDICATIONS1. Pneumatique (1) ayant un axe de rotation et comprenant : - deux bourrelets (2) et deux flancs (3) reliés aux bourrelets ; - un sommet (4), le sommet ayant un premier côté relié à l'extrémité radialement extérieure de l'un des deux flancs et ayant un deuxième côté relié à l'extrémité radialement extérieure de l'autre des deux flancs, le sommet comportant une bande de roulement (5) radialement extérieure, la bande de roulement comprenant : o au moins un premier secteur (51) s'étendant axialement sur une partie de la largeur totale de la bande de roulement, s'étendant circonférentiellement sur toute la circonférence du pneumatique, et s'étendant radialement jusqu'à une face de contact de premier secteur destinée à venir en contact avec la chaussée pendant le roulage du pneumatique, ledit premier secteur étant constitué essentiellement en un matériau de base ; o au moins un second secteur (52) s'étendant axialement sur une partie de la largeur totale de la bande de roulement, s'étendant circonférentiellement sur toute la circonférence du pneumatique, et s'étendant radialement jusqu'à une face de contact de second secteur destinée à venir en contact avec la chaussée pendant le roulage du pneumatique, ledit second secteur étant constitué essentiellement en un matériau rigide de renforcement, dont la rigidité est au moins deux fois supérieure à la rigidité du matériau de base ; o une pluralité de rainures (6) aménagées à partir de l'une desdites faces de contact destinées à venir en contact avec la chaussée pefidant le roulage du pneumatique, chaque rainure ayant des flancs de rainure et un fond de rainure, chaque rainure ayant une profondeur P mesurée selon une direction radiale entre le fond et ladite face de contact ; caractérisé en ce que, sur le second secteur ou sur l'un des seconds secteurs au moins, la face de contact de second secteur comporte une gorge (7) ayant une profondeur p inférieure à 2 mm. 2015PAT00359FR 3042441 -12- 2. Pneumatique selon la revendication 1, dans lequel l'ensemble des seconds secteurs comporte une gorge ayant une profondeur p inférieure à 2 mm. 3. Pneumatique selon la revendication 1, dans lequel la gorge est de profondeur p 5 comprise entre 0.1 mm et 1.5 mm. 4. Pneumatique selon la revendication 1, dans lequel la gorge est de profondeur p comprise entre 0.2 mm et 0.8 mm. 10 5. Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les gorges ont des profondeur p différentes entre un secteur et un autre. 6. Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la gorge a ün profil incliné par rapport à l'axe de rotation du pneumatique. 15 7. Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la gorge a un profil courbe. 8. Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la gorge a un profil 20 en escalier. 9. Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel la gorge a une profondeur p croissante en allant axialement des premiers secteurs vers les seconds secteurs. 25 10. Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel la gorge est présente sur une partie seulement de la largeur axiale de la face des seconds secteurs. 11. Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel la gorge s'étend 30 axialement sur la totalité de la largeur axiale des seconds secteurs et sur une faible partie des premiers secteurs. 2015PAT00359FR 3042441 -13- 12. Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel le matériau de renforcement est 10 fois plus rigide que le matériau de base de la bande de roulement. 13. Pneumatique selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel` le matériau de base est à base d'un matériau élastomérique ayant un module dynamique de cisaillement G*, à 60°C et sous une contrainte alternée à 10 Hz de 0.7 MPa, inférieur à 1.25 MPa. 10 2015PAT00359FR