Brevet FR3089455A1 — publié le 20200612

Description Titre de l'invention : Pneumatique pour véhicule de Génie Civil, comprenant une armature de sommet à renforts métalliques trancannée [000 La présente invention a pour objet un pneumatique destiné à équiper un véhicule de Génie Civil et concerne plus particulièrement son armature de sommet. [0002] Typiquement un pneumatique pour véhicule dc Génie Civil, au sens de la norme dc la European Tyre and Rim Tcchnical Organisation ou ETRTO, est destiné à être monté sur une jante dont le diamètre est au moins égal à 25 pouces et peut atteindre 63 pouces. [0003] Un pneumatique ayant une géométrie de révolution par rapport à un axe de rotation, la géométrie du pneumatique est généralement décrite dans un plan méridien contenant l'axe de rotation du pneumatique. Pour un plan méridien donné, 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 au plan méridien. La direction circonférentielle est tangente à la circonférence du pneumatique. [0004] Dans ce qui suit, les expressions «radialement intérieur», respectivement «radialement extérieur» signifient «plus proche », respectivement «plus éloigné de l'axe de rotation du pneumatique». Par «axialement intérieur», respectivement «axialement extérieur», on entend «plus proche», respectivement «plus éloigné du plan équatorial du pneumatique», le plan équatorial du pneumatique étant le plan passant par le milieu de la surface de roulement et perpendiculaire à l'axe de rotation. [0005] De façon générale un pneumatique comprend une bande de roulement, destinée à venir en contact avec un sol par l'intermédiaire d'une surface de roulement, dont les deux extrémités axiales sont reliées par l'intermédiaire de deux flancs à deux bourrelets assurant la liaison mécanique entre le pneumatique et la jante sur laquelle il est destiné à être monté. [0006] Un pneumatique comprend également une armature de renforcement., constituée d'une armature de sommet, radialement intérieure à la bande de roulement, et d'une armature de carcasse, radialement intérieure à l'armature de sommet. [0007] L'armature de carcasse d'un pneumatique pour véhicule de Génie Civil comprend habituellement au moins une couche de carcasse comprenant des renforts généralement métalliques, enrobés par un matériau polymérique de type élastomère ou élastomérique, obtenu par mélangeage et appelé mélange d'enrobage. Une couche de carcasse comprend une partie principale, reliant les deux bourrelets entre eux et 2 s'enroulant généralement, dans chaque bourrelet, de l'intérieur vers l'extérieur du pneumatique autour d'un élément de renforcement circonférentiel le plus souvent métallique appelé tringle, pour former un retournement. Pour un pneumatique radial, les renforts métalliques d'une couche de carcasse sont sensiblement parallèles entre eux et forment, avec la direction circonférentielle, un angle compris entre 85° et 95°. [0008] L'armature de sommet d'un pneumatique pour véhicule de Génie Civil comprend une superposition de couches de sommet s'étendant circonférentiellement, radialement à l'extérieur de l'armature de carcasse. Chaque couche de sommet est constituée de renforts généralement métalliques, parallèles entre eux et enrobés par un matériau polymérique de type élastomère ou mélange élastomérique d'enrobage. [0009] En ce qui concerne les renforts métalliques, un renfort métallique est caractérisé mé- caniquement par une courbe représentant la force de traction (en N), appliquée au renfort métallique, en fonction de son allongement relatif (en %), dite courbe force-allongement. De cette courbe force-allongement sont déduites des caractéristiques mécaniques en traction du renfort métallique, telles que l'allongement structural As (en %), l'allongement total à la rupture At (en %), la force à la rupture Fm (charge maximale en N) et la résistance à la rupture Rm (en MPa), ces caractéristiques étant mesurées selon la norme TSO 6892 de 1984. [0010] L'allongement total à la rupture At du renfort métallique est, par définition, la somme de ses allongements respectivement structural, élastique et plastique (At = As + Ac + Ap). L'allongement structural As résulte du positionnement relatif des fils métalliques constitutifs du renfort métallique sous un faible effort de traction. L'allongement élastique Ae résulte de l'élasticité intrinsèque du métal des fils métalliques, constituant le renfort métallique, pris individuellement, le comportement du métal suivant une loi de Hooke. L'allongement plastique Ap résulte de la plasticité, c'est-à-dire de la déformation irréversible, au-delà de la limite élastique, du métal de ces fils métalliques pris individuellement. Ces différents allongements ainsi que leurs significations respectives, bien connus de l'homme du métier, sont décrits, par exemple, dans les documents US5843583, W02005/014925 et W02007/090603. [0011] On définit également, en tout point de la courbe force-allongement d'un renfort mé- tallique, un module en extension, exprimé en GPa, qui représente la pente de la droite tangente à la courbe force-allongement en ce point. En particulier, on appelle module élastique en extension ou module d'Young, le module en extension de la partie linéaire élastique de la courbe force-allongement. [0012] Parmi les renforts métalliques, on distingue usuellement les renforts métalliques élastiques et les renforts métalliques non extensibles ou inextensibles. Dans ce qui suit, les caractéristiques relatives aux renforts métalliques sont déterminées sur des renforts métalliques, enrobés dans un mélange élastomérique vulcanisé. Un renfort métallique 3 élastique est caractérisé par un allongement structural As au moins égal à 0.5%. En outre, un renfort métallique élastique a un module élastique en extension au plus égal à 150 GPa, et compris usuellement entre 40 GPa et 150 GPa. Un renfort métallique non extensible est caractérisé par un allongement total At, sous une force de traction égale à 10% de la force à rupture Fm, au plus égal à 0.2%. Par ailleurs, un renfort métallique non extensible a un module élastique en extension compris usuellement entre 150 GPa et 200 GPa. [0013] Concernant les couches de sommet de l'armature de sommet, on distingue usuellement les couches de protection, constitutives de l'armature de protection et radialement les plus à l'extérieur, et les couches de travail, constitutives de l'armature de travail et radialement comprises entre l'armature de protection et l'armature de carcasse. [0014] L'armature de protection, comprenant au moins une couche de protection, protège essentiellement les couches de travail des agressions mécaniques ou physico-chimiques, susceptibles de se propager à travers la bande de roulement radialement vers l'intérieur du pneumatique. [0015] L'armature de protection comprend souvent deux couches de protection, radialement superposées, formées de renforts métalliques élastiques, parallèles entre eux dans chaque couche et croisés d'une couche à la suivante, en formant, avec la direction circonférentielle, des angles au moins égaux à 10°. [0016] L'armature de travail, comprenant au moins deux couches de travail, a pour fonction de ceinturer le pneumatique et de lui conférer de la rigidité et de la tenue de route. Elle reprend à la fois des sollicitations mécaniques de gonflage, générées par la pression de gonflage du pneumatique et transmises par l'armature de carcasse, et des sollicitations mécaniques de roulage, générées par le roulage du pneumatique sur un sol et transmises par la bande roulement. Elle doit en outre résister à l'oxydation et aux chocs et perforations, grâce à sa conception intrinsèque et à celle de l'armature de protection. [0017] L'armature de travail comprend usuellement deux couches de travail, radialement su- perposées, formées de renforts métalliques non extensibles, parallèles entre eux dans chaque couche et croisés d'une couche à la suivante, en formant, avec la direction circonférentielle, des angles au plus égaux à 60°, et, de préférence, au moins égaux à 15° et au plus égaux à 45°. [0018] De plus, pour diminuer les sollicitations mécaniques de gonflage transmises à l'armature de travail, il est connu de disposer, radialement à l'extérieur de l'armature de carcasse, une armature de frettage, ayant une rigidité en extension circonférentielle élevée. L'armature de frettage, dont la fonction est de reprendre au moins en partie les sollicitations mécaniques de gonflage, améliore également l'endurance de l'armature de sommet par une rigidification de l'armature de sommet, lorsque le pneumatique est écrasé sous une charge radiale et, en particulier, soumis à un angle de dérive autour de la direction radiale. [0019] L'armature de frettage comprend usuellement deux couches de frettage, radialement superposées, formées de renforts métalliques, parallèles entre eux dans chaque couche et croisés d'une couche à la suivante, en formant, avec la direction circonférentielle, des angles au plus égaux à 10°. L'armature de frettage peut être positionnée radialement à l'intérieur de l'armature de travail, entre deux couches de travail de l'armature de travail, ou radialemcnt à l'extérieur de l'armature de travail. [0020] Parmi les couches de frettage, on distingue les couches de frettage dites à angles fermés, c'est-à-dire dont les renforts métalliques forment, avec la direction circonférentielle, des angles au moins égaux à 5° et au plus égaux à 10', et les couches de frettage circonférentielles, plus précisément sensiblement circonférentielles, c'est-à-dire dont les renforts métalliques forment, avec la direction circonférentielle, des angles au plus égaux à 5° et pouvant être nuls. Les couches de frettage à angles fermés comprennent des renforts métalliques ayant des extrémités libres au niveau des extrémités axiales des couches de frettage. Les couches de frettage circonférentielles comprennent des renforts métalliques n'ayant pas d'extrémités libres au niveau des extrémités axiales des couches de frettage, car les couches de frettage circonférentielles sont obtenues le plus souvent par l'enroulement circonférentiel d'une nappe de renforts métalliques ou par l'enroulement circonférentiel d'un renfort métallique continu. [0021] Par conséquent une armature de sommet usuel d'un pneumatique pour véhicule de Génie Civil comprend fréquemment six couches de sommet, réparties en deux couches de protection, deux couches de travail et deux couches de frettage. La complexité de cette armature de sommet résulte du besoin de satisfaire, en particulier, un compromis entre la capacité de porter de lourdes charges et la capacité de rouler sur des sols agressifs. Parallèlement, il existe un besoin de simplification de l'architecture du pneumatique pour réduire son coût de fabrication. [0022] 11 est connu, dans un autre domaine du pneumatique, celui des pneumatiques pour avion, également destinés à porter de lourdes charges, mais pour des roulages à forte pression et à vitesse beaucoup plus élevée, sur des sols non agressifs, d'utiliser une armature de sommet dite trancannée, et plus précisément une armature de travail trancannée. Les documents WO 2015059172, WO 2015063131, WO 2015071152, WO 2015124758 et W02015150133 décrivent ainsi une armature de sommet, comprenant au moins un bicouche de sommet constitué au moins en partie par deux couches de sommet radialement superposées et constituées chacune par des renforts enrobés dans un matériau élastomérique. Chaque bicouche de sommet est constitué par un enroulement circonférentiel en zigzag d'une bandelette de largeur W, selon une direction circonférentielle du pneumatique et sur une surface de révolution sen- siblement cylindrique positionnée à une distance radiale R de l'axe de rotation du pneumatique. La trajectoire de l'enroulement circonférentiel en zigzag est une courbe périodique ayant une période Pet une amplitude L. La courbe périodique forme, avec la direction circonférentielle, un angle A mesuré au niveau des points de la courbe positionnés dans un plan équatorial passant par le milieu de la bande de roulement et perpendiculaire à l'axe de rotation. La courbe périodique s'étend sur un nombre N de périodes P réparties sur un nombre T de circonférences 2UR. Une telle armature de sommet a l'avantage de limiter le nombre de couches de sommet individuelles et de simplifier la fabrication. [0023] Toutefois, cette armature de sommet trancannée, pour un pneumatique d'avion, est constituée par des couches de sommet comprenant des renforts textiles, préférentiellement de type polyamide aliphatique, tel que le nylon, ou de type polyamide aromatique, tel que l'aramide, ou toute combinaison des précédents types. Or, dans le domaine du Génie Civil, compte tenu des conditions d'utilisation particulièrement sévères, l'utilisation de renforts textiles est difficilement envisageable et celle de renforts métalliques est communément admise comme unc solution préférable. [0024] Les inventeurs se sont donc donnés pour objectif de proposer, pour un véhicule de Génie Civil, un pneumatique comprenant unc armature de sommet à renforts métalliques au moins en partie trancannée, compatible avec une utilisation sous charge élevée, à pression et à vitesse modérées, et sur des sols agressifs. [0025] Cet objectif a été atteint, selon l'invention, par un pneumatique pour véhicule de Génie Civil comprenant: -une armature de sommet radialement intérieure à une bande de roulement et radialement extérieure à une armature de carcasse, -l'armature de sommet comprenant au moins un bicouche de sommet constitué au moins en partie par deux couches de sommet radialement superposées et constituées chacune par des renforts enrobés dans un matériau élastomérique, -chaque bicouche de sommet étant constitué par un enroulement circonférentiel en zigzag d'une bandelette de largeur W, selon une direction circonférentielle du pneumatique et sur une surface de révolution sensiblement cylindrique positionnée à une distance radiale R de l'axe de rotation du pneumatique, -la trajectoire de l'enroulement circonférentiel en zigzag étant une courbe périodique ayant une période P et une amplitude L, -la courbe périodique formant, avec la direction circonférentielle, un angle A mesuré au niveau des points de la courbe positionnés dans un plan équatorial passant par le milieu de la bande de roulement et perpendiculaire à l'axe de rotation, -la courbe périodique s'étendant sur un nombre N de périodes P réparties sur un nombre T de circonférences 2UR, 6 -la trajectoire de l'enroulement circonférentiel en zigzag générant des croisements de bandelette entre une portion dc bandelette radialcrnent extérieure et une portion de bandelette radialcment intérieure, -un croisement de bandelette étant extérieur, lorsque la portion de bandelette radialement extérieure forme, dans un plan axial et avec la direction circonférentielle un angle B positif, -un croisement de bandelette étant intérieur, lorsque la portion de bandelette radialement extérieure forme dans un plan axial et avec la direction circonférentielle, un angle B négatif, -les renforts des couches de sommet étant métalliques, -la courbe périodique de la trajectoire dc l'enroulement circonférentiel en zigzag satisfaisant les relations suivantes: W(W/sinA)=211R*t avec 0.6