GENIE CIVIL

[0001] La présente invention concerne un pneumatique radial destiné à équiper un véhicule lourd de type génie civil. [0002] Bien que non limitée à ce type d'application, l'invention sera plus particulièrement décrite en référence à un pneumatique radial destiné à être monté sur un dumper, véhicule de transport de matériaux extraits de carrières ou de mines de surface. Le diamètre nominal de la jante d'un tel pneumatique, au sens de la norme European Tyre and Rim Technical Organisation ou ETRTO, est égal au minimum à 25".

[0003] Dans ce qui suit, on désigne par:

-« Plan méridien »: un plan contenant l'axe de rotation du pneumatique.

-« Plan équatorial »: le plan passant par le milieu de la surface de roulement du pneumatique et perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique.

-« Direction radiale »: une direction perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique.

-« Direction axiale »: une direction parallèle à l'axe de rotation du pneumatique.

-« Direction circonférentielle »: une direction perpendiculaire à un plan méridien.

-« Distance radiale »: une distance mesurée perpendiculairement à l'axe de rotation du pneumatique et à partir de l'axe de rotation du pneumatique.

-« Distance axiale »: une distance mesurée parallèlement à l'axe de rotation du pneumatique et à partir du plan équatorial.

-« Radialement » : selon une direction radiale.

-« Axialement » : selon une direction axiale.

-« Radialement intérieur, respectivement radialement extérieur »: dont la distance radiale est inférieure, respectivement supérieure.

-« Axialement intérieur, respectivement axialement extérieur»: dont la distance axiale est inférieure, respectivement supérieure. [0004] Un pneumatique comprend deux bourrelets, assurant la liaison mécanique entre le pneumatique et la jante sur laquelle il est monté, les bourrelets étant réunis respectivement par l'intermédiaire de deux flancs à une bande de roulement, destinée à venir en contact avec le sol par l'intermédiaire d'une surface de roulement.

[0005] Un pneumatique radial comprend plus particulièrement une armature de renforcement, comprenant une armature de sommet, radialement intérieure à la bande de roulement, et une armature de carcasse, radialement intérieure à l'armature de sommet. [0006] L'armature de carcasse d'un pneumatique radial pour véhicule lourd de type génie civil comprend habituellement au moins une couche d'armature de carcasse constituée d'éléments de renforcement métalliques enrobés d'un matériau polymérique d'enrobage. Les éléments de renforcement métalliques sont sensiblement parallèles entre eux et font, avec la direction circonférentielle, un angle compris entre 85° et 95°. La couche d'armature de carcasse comprend une partie principale d'armature de carcasse, reliant les deux bourrelets entre eux et s'enroulant, dans chaque bourrelet, autour d'un noyau tringle. Le noyau tringle comprend un élément de renforcement circonférentiel le plus souvent métallique entouré d'au moins un matériau, de manière non exhaustive, polymérique ou textile. L'enroulement de la couche d'armature de carcasse autour du noyau tringle va de l'intérieur vers l'extérieur du pneumatique pour former un retournement d'armature de carcasse, comprenant une extrémité. Le retournement d'armature de carcasse, dans chaque bourrelet, permet l'ancrage de la couche d'armature de carcasse au noyau tringle du bourrelet. [0007] Chaque bourrelet comprend un élément de remplissage prolongeant radialement vers l'extérieur le noyau tringle. L'élément de remplissage a, dans tout plan méridien, une section sensiblement triangulaire et est constitué d'au moins un matériau polymérique de remplissage. L'élément de remplissage peut être constitué d'un empilage dans le sens radial d'au moins deux matériaux polymériques de remplissage en contact suivant une surface de contact coupant tout plan méridien selon une trace méridienne. L'élément de remplissage sépare axialement la partie principale d'armature de carcasse et le retournement d'armature de carcasse.

[0008] Chaque bourrelet comprend également un élément de protection prolongeant radialement vers l'intérieur le flanc et axialement extérieur au retournement d'armature de carcasse. L'élément de protection est également au moins en partie en contact par sa face axialement extérieure avec le rebord de la jante. L'élément de protection est constitué d'au moins un matériau polymérique de protection.

[0009] Chaque bourrelet comprend enfin un élément de bourrage axialement intérieur au flanc et à l'élément de protection et axialement extérieur au

retournement d'armature de carcasse. L'élément de bourrage est constitué d'au moins un matériau polymérique de bourrage.

[0010] Un matériau polymérique, après cuisson, est caractérisé mécaniquement par des caractéristiques de contrainte-déformation en traction, déterminées par des essais de traction. Ces essais de traction sont effectués par l'homme du métier, sur une éprouvette, selon une méthode connue, par exemple conformément à la norme internationale ISO 37, et dans les conditions normales de température (23 + ou - 2°C) et d'hygrométrie (50 + ou -5% d'humidité relative), définies par la norme internationale ISO 471. On appelle module d'élasticité à 10% d'allongement d'un mélange polymérique, exprimé en méga pascals (MPa), la contrainte de traction mesurée pour un allongement de 10% de F éprouvette.

[0011] Un matériau polymérique, après cuisson, est également caractérisé mécaniquement par sa dureté. La dureté est notamment définie par la dureté Shore A déterminée conformément à la norme ASTM D 2240-86. [0012] Au cours du roulage du véhicule, le pneumatique, monté sur sa jante, gonflé et écrasé sous la charge du véhicule, est soumis à des cycles de flexion, en particulier au niveau de ses bourrelets et de ses flancs. [0013] Les cycles de flexion entraînent des variations de courbure combinées avec des variations de tension des éléments de renforcement métalliques de la partie principale d'armature de carcasse et du retournement d'armature de carcasse.

[0014] Les cycles de flexion entraînent en particulier des contraintes et déformations principalement de cisaillement et de compression, dans les matériaux polymériques d'enrobage et de bourrage, sur la face axialement extérieure du retournement d'armature de carcasse, en raison de la flexion du bourrelet sur le rebord dé jante.

[0015] En particulier, dans la zone d'enroulement du bourrelet sur le rebord de jante, les cycles de flexion initient des fissures sur la face axialement extérieure du retournement d'armature de carcasse. Ces fissures se propagent dans le matériau polymérique d'enrobage puis dans le matériau polymérique de bourrage dans lequel elles forment des cavités susceptibles d'entraîner, dans la durée, une dégradation du pneumatique nécessitant son remplacement. La vitesse de propagation des fissures dépend d'une part de l'amplitude et de la fréquence des cycles de contraintes et de déformations, d'autre part des rigidités des matériaux polymériques, dans la zone de fissuration.

[0016] Le document JP 2004345414 a déjà décrit, dans le cas d'un pneumatique à armature de carcasse radiale, des bourrelets dont la conception a pour objectif la prévention de fissures générées dans la zone de recouvrement entre le retournement d'armature de carcasse et l'extrémité radialement extérieure d'une couche d'éléments de renforcements métalliques entourant la partie radialement intérieure du noyau tringle. Dans la solution technique proposée, un élément de matériau polymérique est intercalé entre le retournement d'armature de carcasse et l'extrémité radialement extérieure de la couche d'éléments de renforcements métalliques entourant la partie radialement intérieure du noyau tringle.

[0017] Les inventeurs se sont donnés pour objectif d'améliorer l'endurance des bourrelets d'un pneumatique radial pour véhicule lourd de type génie civil, en diminuant la vitesse de propagation des fissures qui sont initiées sur la face axialement extérieure du retournement d'armature de carcasse et se propagent à travers les matériaux polymériques d'enrobage et de bourrage.

[0018] Cet objectif a été atteint, selon l'invention, par :

-un pneumatique pour véhicule lourd de type génie civil comprenant deux bourrelets destinés à entrer en contact avec une jante comprenant deux rebords de jante au moins en partie circulaires,

-une armature de carcasse comprenant au moins une couche d'armature de carcasse constituée d'éléments de renforcement métalliques enrobés par un matériau polymérique d'enrobage,

-la couche d'armature de carcasse comprenant une partie principale d'armature de carcasse s 'enroulant dans chaque bourrelet, de l'intérieur vers l'extérieur du pneumatique, autour d'un noyau tringle pour former un retournement d'armature de carcasse,

-chaque bourrelet comprenant un élément de protection prolongeant radialement vers l'intérieur un flanc et un élément de bourrage axialement intérieur à l'élément de protection et au flanc et axialement extérieur au retournement d'armature de carcasse,

-les éléments de protection et de bourrage étant respectivement constitués d'au moins un matériau polymérique de protection et d'un matériau polymérique de bourrage,

- le matériau polymérique de bourrage ayant un module d'élasticité à 10% d'allongement inférieur au module d'élasticité à 10% d'allongement du matériau polymérique d'enrobage,

-un élément de transition, constitué d'un matériau polymérique de transition, étant en contact, par sa face axialement intérieure, avec le matériau polymérique d'enrobage de la face axialement extérieure du retournement d'armature de carcasse et, par sa face axialement extérieure, avec le matériau polymérique de bourrage,

-et le module d'élasticité à 10%> d'allongement du matériau polymérique de transition étant intermédiaire entre les modules d'élasticité à 10% d'allongement respectifs du matériau polymérique d'enrobage et du matériau polymérique de bourrage.

[0019] Selon l'invention, il est avantageux d'avoir un élément de transition, constitué d'un matériau polymérique de transition, en contact, par sa face axialement intérieure, avec le matériau polymérique d'enrobage de la face axialement extérieure du retournement d'armature de carcasse et, par sa face axialement extérieure, avec le matériau polymérique de bourrage. En effet, l'adjonction d'un élément de transition permet de réaliser un gradient de rigidités et de limiter localement les niveaux de contraintes et de déformations dont dépend la vitesse de propagation des fissures initiées sur la face axialement extérieure du retournement d'armature de carcasse et se propageant à travers les matériaux polymériques d'enrobage et de bourrage.

[0020] Le module d'élasticité à 10% d'allongement du matériau polymérique de transition est avantageusement intermédiaire entre les modules d'élasticité à 10% d'allongement respectifs du matériau polymérique d'enrobage et du matériau polymérique de bourrage avec lequel l'élément de transition est en contact. La décroissance progressive des modules d'élasticité à 10%> d'allongement quand on passe successivement du matériau polymérique d'enrobage au matériau

polymérique de transition, puis au matériau polymérique de bourrage permet un gradient décroissant et progressif de rigidités, qui permet de diminuer les contraintes et déformations sur la face axialement extérieure du retournement d'armature de carcasse et, par conséquent, de ralentir la propagation des fissures.

[0021] Un module d'élasticité à 10%> d'allongement du matériau polymérique de transition intermédiaire apporte un avantage d'autant plus significatif que l'écart entre les modules d'élasticité à 10%> d'allongement respectifs du matériau polymérique d'enrobage et du matériau polymérique de bourrage est important. Dans l'exemple du pneumatique selon l'invention étudié, le module d'élasticité à 10%) d'allongement du matériau polymérique d'enrobage est égal à 1.6 fois le module d'élasticité à 10%> d'allongement du matériau polymérique de bourrage. [0022] Il est également avantageux d'avoir l'extrémité radialement extérieure de l'élément de transition radialement extérieure à la droite passant par le centre du cercle du rebord de jante et faisant un angle de +70° par rapport à la direction axiale. [0023] Il est encore avantageux d'avoir l'extrémité radialement intérieure de l'élément de transition radialement intérieure à la droite passant par le centre du cercle du rebord de jante et faisant un angle de +40° par rapport à la direction axiale.

[0024] La jante d'un pneumatique comprenant deux rebords de jante

symétriques par rapport au plan équatorial du pneumatique et chaque rebord de jante comprenant dans sa partie radialement la plus extérieure une portion circulaire, on définit, pour chaque rebord dé jante, un repère local dont l'origine est le centre du cercle du rebord dé jante et dont les axes sont deux droites passant par le centre du cercle du rebord dé jante et respectivement orientées axialement vers l'intérieur du pneumatique et radialement vers l'extérieur du pneumatique.

[0025] L'angle d'une droite passant par le centre du cercle du rebord de jante par rapport à la direction axiale est l'angle de cette droite avec la droite de direction axiale passant par le centre du cercle du rebord dé jante et orientée vers l'intérieur du pneumatique. Cet angle est positif si on passe de la droite passant par le centre du cercle du rebord de jante et orientée axialement vers l'intérieur du pneumatique à ladite droite par une rotation de sens trigonométrique.

[0026] Les positionnements géométriques des extrémités de l'élément de transition sont mesurés sur un pneumatique monté sur sa jante, c'est-à-dire gonflé à la pression minimale assurant le positionnement correct des bourrelets du pneumatique par rapport aux rebords de jante. A titre d'exemple, cette pression minimale peut être égale à 10% de la pression nominale de gonflage telle que spécifiée par la norme ETRTO.

[0027] Les inventeurs ont montré que la zone de sensibilité à la fissuration sur la face axialement extérieure du retournement d'armature de carcasse était comprise entre les droites passant par le centre du cercle du rebord de jante et faisant respectivement un angle minimum égal à +40° et un angle maximum égal à +70° par rapport à la direction axiale. C'est en effet la zone de compression et de cisaillement les plus élevés, lors de l'enroulement du bourrelet sur le rebord de jante sous la charge exercée sur le pneumatique. Par conséquent, l'élément de transition doit au moins couvrir cette zone de sensibilité à la fissuration sur la face axialement extérieure du retournement d'armature de carcasse, en tenant compte des tolérances de positionnement de l'élément de transition par rapport au retournement d'armature de carcasse inhérentes au procédé de fabrication. [0028] Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, l'épaisseur de l'élément de transition est au moins égale à l'épaisseur du matériau polymérique d'enrobage.

[0029] On appelle épaisseur de l'élément de transition, l'épaisseur constante de l'élément de transition mesurée en dehors des zones d'effïlement aux extrémités de Γ élément de transition.

[0030] On appelle épaisseur du matériau polymérique d'enrobage, l'épaisseur du matériau polymérique d'enrobage mesurée, sur la face axialement extérieure du retournement d'armature de carcasse, à partir de et perpendiculairement à la génératrice axialement extérieure d'un élément cylindrique de renforcement métallique du retournement d'armature de carcasse.

[0031] Cette épaisseur minimale de l'élément de transition permet d'établir un gradient de rigidités minimum, permettant de diminuer la vitesse de propagation des fissures.

[0032] L'épaisseur de l'élément de transition est avantageusement au plus égale à 5 fois l'épaisseur du matériau polymérique d'enrobage. En effet, la dissipation thermique du matériau polymérique de transition est supérieure à celle du matériau polymérique de bourrage, du fait de son module d'élasticité à 10% d'allongement plus élevé. Par conséquent, un volume de matériau polymérique de transition trop élevé entraîne une élévation de température du bourrelet dommageable à sa durée de vie, d'où l'importance de limiter l'épaisseur de l'élément de transition à une valeur maximale.

[0033] Un mode de réalisation avantageux de l'invention est d'avoir le module d'élasticité à 10% d'allongement du matériau polymérique de transition au moins égal à 0.9 fois et au plus égal 1.1 fois la moyenne arithmétique des modules d'élasticité à 10%> d'allongement respectifs du matériau polymérique d'enrobage et du matériau polymérique de bourrage. Cet intervalle de valeurs pour le module d'élasticité à 10% d'allongement du matériau polymérique de transition garantit un gradient de rigidités minimum, quand on passe successivement du matériau polymérique d'enrobage, au matériau polymérique de transition puis au matériau polymérique de bourrage, donc une diminution significative de la vitesse de propagation des fissures.

[0034] Les caractéristiques de l'invention seront mieux comprises à l'aide de la description des figures annexées 1 et 2 :

-la figure 1 présente une vue en coupe dans un plan méridien du bourrelet d'un pneumatique pour véhicule lourd de type génie civil de l'état de la technique.

-la figure 2 présente une vue en coupe dans un plan méridien du bourrelet d'un pneumatique pour véhicule lourd de type génie civil, selon l'invention.

[0035] Les figures 1 et 2 ne sont pas représentées à l'échelle pour en faciliter la compréhension.

[0036] Sur la figure 1, est représenté un bourrelet de pneumatique pour véhicule lourd de type génie civil de l'état de la technique, comprenant :

-une armature de carcasse, comprenant une seule couche d'armature de carcasse 1 constituée d'éléments de renforcement métalliques enrobés par un matériau polymérique d'enrobage, avec une partie principale d'armature de carcasse la s'enroulant , de l'intérieur vers l'extérieur du pneumatique, autour d'un noyau tringle 2 pour former un retournement d'armature de carcasse lb,

-un élément de remplissage 3 prolongeant radialement vers l'extérieur le noyau tringle 2, ayant, dans tout plan méridien, une section sensiblement triangulaire et étant constitué de deux matériaux polymériques de remplissage, -un premier matériau polymérique de remplissage 3 a étant radialement extérieur et en contact avec le noyau tringle 2,

-un deuxième matériau polymérique de remplissage 3b étant radialement extérieur et en contact avec le premier matériau polymérique de remplissage 3 a,

-un élément de protection 4 prolongeant radialement vers l'intérieur un flanc 5 et constitué d'au moins un matériau polymérique de protection,

-un élément de bourrage 6 axialement intérieur à l'élément de protection 4 et au flanc 5 et axialement extérieur au retournement d'armature de carcasse lb, et constitué d'un matériau polymérique de bourrage. [0037] La figure 2 présente un bourrelet de pneumatique pour véhicule lourd de type génie civil, selon l'invention, comprenant :

-une armature de carcasse, comprenant une seule couche d'armature de carcasse 21 constituée d'éléments de renforcement métalliques enrobés par un matériau polymérique d'enrobage, avec une partie principale d'armature de carcasse 21a s'enroulant , de l'intérieur vers l'extérieur du pneumatique, autour d'un noyau tringle 22 pour former un retournement d'armature de carcasse 21b,

-un élément de remplissage 23 prolongeant radialement vers l'extérieur le noyau tringle 22, ayant, dans tout plan méridien, une section sensiblement triangulaire et étant constitué de deux matériaux polymériques de remplissage,

-un premier matériau polymérique de remplissage 23 a étant radialement extérieur et en contact avec le noyau tringle 22,

-un deuxième matériau polymérique de remplissage 23b étant radialement extérieur et en contact avec le premier matériau polymérique de remplissage 23 a,

-un élément de protection 24 prolongeant radialement vers l'intérieur un flanc 25 et constitué d'au moins un matériau polymérique de protection,

-un élément de bourrage 26 axialement intérieur à l'élément de protection 24 et au flanc 25 et axialement extérieur au retournement d'armature de carcasse 21b, et constitué d'un matériau polymérique de bourrage.

-un élément de transition 28 en contact, par sa face axialement intérieure, avec le matériau polymérique d'enrobage de la face axialement extérieure du retournement d'armature de carcasse et, par sa face axialement extérieure, avec le matériau polymérique de bourrage.

[0038] L'élément de transition 28 a une épaisseur e, représentée

schématiquement constante, mais qui, en réalité, présente le plus souvent des effïlements à ses extrémités respectivement radialement extérieure E et radialement intérieure I.

[0039] Le positionnement géométrique respectif des extrémités radialement extérieure E et radialement intérieure I de l'élément de transition 28 est défini par rapport au repère local dont l'origine est le centre O du cercle du rebord dé jante 27 et dont les axes YY' et ZZ' sont deux droites passant par le centre O du cercle du rebord dé jante et respectivement orientée axialement vers l'intérieur du pneumatique et radialement vers l'extérieur du pneumatique. L'angle d'une droite passant par le centre O du cercle du rebord de jante est alors positif si on passe de l'axe YY' à la droite par une rotation de sens trigonométrique. [0040] Les extrémités radialement extérieure E et radialement intérieure I de l'élément de transition 28 sont situées respectivement sur les droites D et d, faisant les angles A et a avec l'axe YY'.

[0041] Les extrémités radialement extérieure E et radialement intérieure I de l'élément de transition 28 sont respectivement radialement extérieure à la droite Dmin, faisant un angle par rapport à l'axe YY' égal à +70°, et radialement intérieure à la droite d _max , faisant un angle par rapport à l'axe YY' égal à +40°.

[0042] L'invention a été plus particulièrement étudiée dans le cas d'un pneumatique pour véhicule lourd de type dumper de dimension 59/80R63. Selon la norme ETRTO, les conditions nominales d'utilisation d'un tel pneumatique sont une pression de gonflage égale à 6 bars, une charge statique égale à 99 tonnes et une distance parcourue en une heure comprise entre 16 km et 32km.

[0043] Le pneumatique 59/80R63 a été conçu conformément à l'invention, telle que représentée sur la figure 2. [0044] L'angle A de la droite D passant par l'extrémité radialement extérieure E de l'élément de transition 28 est égale à +80°, donc supérieur à +70°.

[0045] L'angle a de la droite d passant par l'extrémité radialement intérieure I de l'élément de transition 28 est égale à +35°, donc inférieur à +40°. [0046] L'épaisseur e de l'élément de transition 28 est égale à 1.5 mm, donc est comprise entre l'épaisseur du matériau polymérique d'enrobage égale à 1 mm et 5 fois l'épaisseur du matériau polymérique d'enrobage.

[0047] Les modules d'élasticité à 10% d'allongement des matériaux

polymériques d'enrobage, de transition et de bourrage sont respectivement égaux à 6 MPa, 4.8 MPa et 3.5 MPa. Par conséquent, le module d'élasticité à 10% d'allongement du matériau polymérique de transition est égal à la moyenne arithmétique des modules d'élasticité à 10% d'allongement respectifs des matériaux polymériques d'enrobage et de bourrage.

[0048] Des simulations de calculs par éléments finis ont été réalisées

respectivement sur un pneumatique de référence, tel que représenté sur la figure 1, et sur un pneumatique selon l'invention, tel que représenté sur la figure 2. Pour le pneumatique de référence, l'allongement du matériau polymérique de bourrage 6, dans la zone de sensibilité à la fissuration sur la face axialement extérieure du retournement d'armature de carcasse lb, est égal à 1.3 fois l'allongement du matériau polymérique d'enrobage en contact, ces allongements étant parallèles au retournement d'armature de carcasse. Pour le pneumatique selon l'invention, l'allongement du matériau polymérique de transition 28, dans la zone de sensibilité à la fissuration sur la face axialement extérieure du retournement d'armature de carcasse 21b, est égal à 1.1 fois l'allongement du matériau polymérique d'enrobage. Par conséquent, la vitesse de propagation d'une fissure du matériau polymérique d'enrobage vers le matériau polymérique de transition 28, dans le cas de l'invention, est plus faible que la vitesse de propagation d'une fissure du matériau polymérique d'enrobage vers le matériau polymérique de bourrage 6, dans le cas du pneumatique de référence, car le ratio de l'allongement du matériau polymérique de transition 28 par rapport à l'allongement du matériau polymérique d'enrobage, égal à 1.1, est inférieur au ratio de l'allongement du matériau polymérique de bourrage 6 par rapport à l'allongement du matériau polymérique d'enrobage, égal à 1.3.

[0049] L'invention ne doit pas être interprétée comme étant limitée à l'exemple illustré sur la figure 2 mais peut être étendue à d'autres variantes de réalisation, telles que, par exemple et de manière non exhaustive, relatives au nombre de matériaux polymériques de transition compris entre le matériau polymérique d'enrobage et le matériau polymérique de bourrage.