[0001] La présente invention a pour objet un pneumatique radial, destiné à équiper un véhicule lourd de type génie civil, et concerne plus particulièrement l’armature de sommet d’un tel pneumatique, et encore plus particulièrement son armature de protection.

[0002] Typiquement un pneumatique radial pour véhicule lourd de type génie civil, au sens de la norme de la European Tyre and Rim Technical Organisation ou ETRTO, est destiné à être monté sur une jante dont le diamètre est au moins égal à 25 pouces. Bien que non limitée à ce type d’application, l’invention est décrite pour un pneumatique radial de grande dimension, destiné à être monté sur un dumper, véhicule de transport de matériaux extraits de carrières ou de mines de surface, par l’intermédiaire d’une jante dont le diamètre est au moins égal à 49 pouces et peut atteindre 57 pouces, voire 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 radial comprend en outre 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 radial pour véhicule lourd de type 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 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. 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 radial pour véhicule lourd de type 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 d’enrobage.

[0009] Parmi les couches 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.

[0010] 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.

[0011] 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°.

[0012] 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.

[0013] L’armature de travail comprend usuellement deux couches de travail, radialement superposées, 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°.

[0014] 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. L’armature de frettage, dont la fonction est de reprendre au moins en partie les sollicitations mécaniques de gonflage, améliore l’endurance de l’armature de sommet par une rigidification de l’armature de sommet. L’armature de frettage peut être positionnée radialement à l’intérieur de l’armature de travail, entre les deux couches de travail de l’armature de travail, ou radialement à l’extérieur de l’armature de travail.

[0015] 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°.

[0016] En ce qui concerne les renforts métalliques, un renfort métallique est caractérisé mécaniquement 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 ISO 6892 de 1984.

[0017] 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 + Ae + 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 d’élasticité, 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.

[0018] On définit également, en tout point de la courbe force-allongement d’un renfort métallique, 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.

[0019] Parmi les renforts métalliques, on distingue usuellement les renforts métalliques élastiques, tels que ceux utilisés dans les couches de protection, et les renforts métalliques non extensibles ou inextensibles, tels que ceux utilisés dans les couches de travail.

[0020] Un renfort métallique élastique est caractérisé par un allongement structural As au moins égal à 1% et un allongement total à rupture At au moins égal à 4%. 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.

[0021] 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.

[0022] Lors du roulage du pneumatique sur des pierres présentes sur les pistes sur lesquelles circulent les dumpers, la bande de roulement du pneumatique est soumise à des chocs répétés, ou martèlement, générant en particulier des contraintes de cisaillement dynamiques dans les mélanges élastomériques, positionnés au voisinage des extrémités axiales des couches de travail, ces contraintes de cisaillement étant susceptibles d’entraîner des fissurations locales et, à terme, la rupture du sommet. C’est la raison pour laquelle l’homme du métier a envisagé une armature de protection, et plus précisément une couche de protection la plus radialement intérieure avec une largeur axiale supérieure aux largeurs axiales des couches de travail, et plus généralement aux largeurs axiales de toutes les autres couches de sommet. Une telle couche de protection est appelée couche de protection débordante, car elle est axialement débordante par rapport aux couches de travail. La couche de protection la plus radialement intérieure, ayant la plus grande largeur axiale parmi toutes les couches de sommet, protège ainsi mécaniquement les régions d’extrémités axiales des couches de travail vis-à-vis du martèlement, par un effet d’amortissement.

[0023] Lors du roulage du pneumatique sur des pierres plus ou moins tranchantes, la bande de roulement d’un pneumatique est en outre fréquemment soumise à des coupures susceptibles de la traverser radialement vers l’intérieur jusqu’à l’armature de protection, qui fait obstacle à la propagation des fissures résultant des coupures jusqu’à l’armature de travail : l’armature de protection a ainsi un rôle de bouclier vis-à-vis des agressions mécaniques de l’armature de travail.

[0024] Les inventeurs se sont donnés pour objectif, pour un pneumatique radial pour véhicule lourd de type génie civil, d’augmenter la résistance au martèlement de son armature de sommet, lors d’un roulage sur des pierres, tout en conservant une bonne résistance aux agressions de son armature de sommet, lors d’un roulage sur des pierres tranchantes.

[0025] Cet objectif a été atteint, selon l’invention, par un pneumatique pour véhicule lourd de type 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, radialement de l’extérieur vers l’intérieur, une armature de protection et une armature de travail,

-l’armature de protection comprenant au moins une couche de protection comprenant des renforts métalliques élastiques ayant un module élastique en extension au plus égal à 150 GPa, enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux et formant, avec une direction circonférentielle tangente à la circonférence du pneumatique, un angle au moins égal à 10°,

-l’armature de travail comprenant deux couches de travail comprenant respectivement des renforts métalliques non extensibles ayant un module élastique en extension supérieur à 150 GPa et au plus égal à 200 GPa, enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux, formant, avec la direction circonférentielle, un angle au moins égal à 15° et au plus égal à 45°, et croisés d’une couche de travail à la suivante,

-l’armature de protection comprenant une couche de protection la plus radialement intérieure ayant une largeur axiale LP1,

-l’armature de travail comprenant une couche de travail la plus radialement intérieure ayant une largeur axiale LT1 au plus égale à la largeur axiale LP1,

-la couche de protection la plus radialement intérieure comprenant des renforts métalliques élastiques ayant un diamètre D répartis axialement selon un pas axial P,

-les renforts métalliques élastiques de la couche de protection la plus radialement intérieure ayant un module élastique en extension au moins égal à 100 GPa et un diamètre D au moins égal à 3 mm, et étant répartis axialement selon un pas axial P au moins égal à 1.2 fois le diamètre D.

[0026] Les inventeurs, visant à augmenter la résistance au martèlement de l’armature de sommet, proposent, dans la présente invention, une armature de protection dont la couche de protection la plus radialement intérieure, débordante par rapport à la couche de travail la plus radialement intérieure de l’armature de travail, comprend des renforts métalliques élastiques avec un module élastique en extension et un diamètre suffisamment élevés, et répartis selon un pas axial suffisant. Il a été constaté qu’un effet amortisseur significatif du martèlement était obtenu avec une couche de protection la plus radialement intérieure suffisamment souple mais pas trop, d’où le compromis de caractéristiques de renforts précédemment décrit. De plus, un pas axial minimum évite tout contact entre les renforts et le risque de propagation de corrosion associé.

[0027] Avantageusement les renforts métalliques élastiques de la couche de protection la plus radialement intérieure ont un diamètre D au plus égal à 6 mm. Au-delà de cette valeur, les renforts deviennent trop rigides en flexion et n’assurent plus leur fonction d’amortisseur, d’où un risque accru de propagation de fissures dans les mélanges élastomériques présents aux extrémités axiales des couches de travail.

[0028] Encore avantageusement les renforts métalliques élastiques de la couche de protection la plus radialement intérieure sont répartis axialement selon un pas axial P au plus égal à 1.5 fois le diamètre D. Au-delà de cette valeur de pas axial, l’espace entre renforts devient trop élevé et entraîne, en particulier, un assouplissement trop important des extrémités axiales de la couche de protection la plus radialement intérieure, d’où une moins grande efficacité de la protection vis-à-vis du martèlement.

[0029] Selon un mode de réalisation préféré, les renforts métalliques élastiques de couche de protection sont des câbles multitorons de structure lxN comprenant une unique couche de N torons enroulés en hélice, chaque toron comprenant une couche interne de M fils internes enroulés en hélice et une couche externe de K fils externes enroulés en hélice autour de la couche interne. Ce type de structure confère au renfort un comportement élastique tel que défini précédemment.

[0030] Selon une variante préférée de ce mode de réalisation préféré, l’unique couche de N torons, enroulés en hélice, comprend N=3 ou N=4 torons, de préférence N=4 torons.

[0031] Egalement préférentiellement, la couche interne de M fils internes, enroulés en hélice, de chaque toron comprend M=3, 4 ou 5 fils internes, de préférence M=3 fils internes.

[0032] Encore préférentiellement, la couche externe de K fils externes, enroulés en hélice autour de la couche interne de chaque toron, comprend K=7, 8, 9, 10 ou 11 fils externes, de préférence K=8 fils externes.

[0033] Un exemple préféré de câble multitorons pour une couche de protection selon l’invention a pour structure 4*(3+8).35 ou 44.35. Il s’agit d’un câble multitorons à N=4 torons, chaque toron comprenant une couche interne de M=3 fils internes enroulés en hélice et une couche externe de K=8 fils externes enroulés en hélice autour de la couche interne, les fils ayant une section de diamètre d=0.35 mm.

[0034] Les renforts métalliques de couche de protection forment avantageusement, avec la direction circonférentielle, un angle au moins égal à 15° et au plus égal à 35°. C’est une plage de valeurs couramment rencontrée dans la conception des couches de protection.

[0035] La couche de protection la plus radialement intérieure a préférentiellement une largeur axiale LP1 au moins égale à 1.05 fois et au plus égale à 1.25 fois la largeur axiale LT1 de couche de travail la plus radialement intérieure. En deçà de 1.05 fois la largeur axiale LT1, la couche de protection la plus radialement intérieure n’est pas suffisamment débordante par rapport à la couche de travail la plus radialement intérieure pour pouvoir assurer un rôle de protection efficace vis-à-vis du martèlement. Au-delà de 1.25 fois la largeur axiale LT1, l’extrémité axiale de la couche de protection la plus radialement intérieure est très proche de l’extrémité axiale de la bande de roulement, ce qui augmente le risque de fissuration entre l’extrémité axiale de ladite couche de protection et l’extrémité axiale de la bande de roulement.

[0036] Les renforts métalliques élastiques de la couche de protection la plus radialement intérieure forment avantageusement, avec la direction circonférentielle, un angle égal à celui formé par les renforts métalliques non extensibles de la couche de travail la plus radialement intérieure. Ces angles sont orientés dans le même sens par rapport au plan équatorial du pneumatique, et sont donc égaux en valeur algébrique. En d’autres termes les renforts de ladite couche de protection sont parallèles à ceux de ladite couche de travail, ce qui diminue les cisaillements et donc le risque de fissuration au voisinage de l’extrémité axiale de ladite couche de travail.

[0037] Préférentiellement l’armature de protection comprend deux couches de protection dont les renforts métalliques respectifs sont croisés d’une couche de protection à la suivante. Une armature de protection avec deux couches croisées l’une par rapport à l’autre est une conception usuelle dans le domaine des pneumatiques pour véhicule lourd de type génie civil. [0038] L’armature de sommet comprend encore préférentiellement une armature de frettage comprenant deux couches de frettage dont les renforts métalliques respectifs, enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux et formant, avec la direction circonférentielle, un angle au plus égal à 10°, sont croisés d’une couche de frettage à la suivante. On distingue usuellement les couches de frettage à angle, avec des renforts formant des angles au moins égaux à 6° et au plus égaux à 8°, et les couches de frettage circonférentiel, avec des renforts sensiblement circonférentiels formant des angles voisins de 0° et au plus égaux à 5°. Les renforts métalliques de couche de frettage peuvent être soit élastiques, soit non extensibles. L’armature de frettage peut être positionnée radialement à l’intérieur de l’armature de travail, entre les deux couches de travail de l’armature de travail, ou radialement à l’extérieur de l’armature de travail.

[0039] Les caractéristiques de l’invention sont illustrées par les figures 1 et 2 schématiques et non représentées à l’échelle, en référence à un pneumatique de dimension 53/80R63 :

-figure 1 : coupe méridienne d’un sommet de pneumatique pour véhicule lourd de type dumper selon l’invention.

-figure 2 : coupe méridienne d’une portion de couche de protection la plus radialement intérieure selon l’invention.

[0040] Sur la figure 1, est représentée une coupe méridienne d’un pneumatique 1 pour véhicule lourd de type génie civil de dimension 53/80R63 comprenant une armature de sommet 3, radialement intérieure à une bande de roulement 2 et radialement extérieure à une armature de carcasse 4. L’armature de sommet 3 comprend, radialement de l’extérieur vers l’intérieur, une armature de protection 5, une armature de travail 6 et une armature de frettage 7. L’armature de protection 5 comprend deux couches de protection (51, 52) comprenant des renforts métalliques élastiques enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux et formant un angle égal à 33°, avec une direction circonférentielle XX’ tangente à la circonférence du pneumatique, les renforts métalliques respectifs de chaque couche de protection étant croisés d’une couche de protection à la suivante. L’armature de travail 6 comprend deux couches de travail (61, 62) dont les renforts métalliques respectifs non extensibles, enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux et formant, avec la direction circonférentielle XX’, des angles respectivement égaux à 33°, pour la couche de travail la plus radialement intérieure 61, et 24°, pour la couche de travail la plus radialement extérieure 62, sont croisés d’une couche de travail à la suivante. La couche de protection la plus radialement intérieure 51 est axialement débordante par rapport à la couche de travail la plus radialement intérieure 61, c’est-à-dire que la couche de protection la plus radialement intérieure 51 a une largeur axiale LP1 supérieure à la largeur axiale LT1 de la couche de travail la plus radialement intérieure 61. Dans le cas représenté, la largeur axiale LP1 est égale à 1.2 fois largeur axiale LT1. L’armature de frettage 7 comprend deux couches de frettage (71, 72) dont les renforts métalliques respectifs, enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux et formant, avec la direction circonférentielle XX’, un angle compris entre 6° et 10°, sont croisés d’une couche de frettage à la suivante.

[0041] La figure 2 représente une coupe méridienne d’une portion de couche de protection la plus radialement intérieure 51. Les renforts métalliques de couche de protection ont chacun une section de diamètre D et sont deux à deux espacés d’un pas axial P au moins égal à 1.2 fois le diamètre D, le pas axial P étant la distance axiale entre les centres respectifs des sections circulaires de deux renforts consécutifs.

[0042] Les inventeurs ont comparé un pneumatique selon l’invention I à un pneumatique de référence R dans la dimension 53/80R63, dont les caractéristiques techniques respectives sont présentées dans le tableau 1 ci-dessous:

il

Tableau 1

[0043] Le pneumatique de référence R a une couche de protection la plus radialement intérieure ayant une largeur axiale LP1 égale à 1120 mm, supérieure de 120 mm à la largeur axiale LT1 de la couche de travail la plus radialement intérieure. Les renforts métalliques élastiques de la couche de protection la plus radialement intérieure sont des câbles multitorons de structure 24.26, c’est-à-dire constitués de N=4 torons, chaque toron comprenant une couche interne de M=l fil interne et une couche externe de K=5 fils externes enroulés en hélice autour de la couche interne, les fils ayant une section de diamètre d=0.26 mm. De plus ces renforts ont un module élastique en extension égal à 110 GPa, un diamètre D égal à 1.9 mm, et sont répartis axialement selon un pas axial P égal à 2.5 mm, c’est-à-dire égal à 1.32 fois le diamètre D.

[0044] Le pneumatique selon l’invention I a une couche de protection la plus radialement intérieure ayant une largeur axiale LP1 égale à 1120 mm, supérieure de 190 mm à la largeur axiale LT1 de la couche de travail la plus radialement intérieure et donc égale à 1.2 fois la largeur axiale LT1. Les renforts métalliques élastiques de la couche de protection la plus radialement intérieure sont des câbles multitorons de structure 44.35, c’est-à-dire constitués de N=4 torons, chaque toron comprenant une couche interne de M=3 fils internes enroulés en hélice et une couche externe de K=8 fils externes enroulés en hélice autour de la couche interne, les fils ayant une section de diamètre d=0.35 mm. De plus ces renforts ont un module élastique en extension égal à 130 GPa, donc supérieur à 100 GPa, un diamètre D égal à 3.8 mm, donc supérieur à 3 mm, et sont répartis axialement selon un pas axial P égal à 4.9 mm, c’est-à-dire égal à 1.3 fois le diamètre D donc supérieur à 1.2 fois le diamètre D.

[0045] Les inventeurs ont montré par des simulations numériques de type éléments finis que les cisaillements dans les mélanges élastomériques, positionnés entre les renforts métalliques des portions d’extrémités axiales de la couche de travail la plus radialement intérieure, ainsi que dans les mélanges élastomériques, positionnés radialement à l’intérieur ou à l’extérieur desdites portions d’extrémités axiales, étaient diminués de 15% à 25% pour le pneumatique selon l’invention I par rapport au pneumatique de référence R. Les inventeurs ont également montré, sur des roulages expérimentaux en clientèle, que la durée de vie du pneumatique selon l’invention I, avant son retrait du véhicule, était augmentée d’environ 12% par rapport à celle du pneumatique de référence R.