DEUX COUCHES DE SOMMET DE TRAVATU

[0001] La présente invention concerne un pneumatique, à armature de carcasse radiale et plus particulièrement un pneumatique destiné à équiper des véhicules portant de lourdes charges, 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 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, formée 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] 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%.

[0004] 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.

[0005] Des éléments de renforcement circonférentiels sont des éléments de renforcement qui font avec la direction circonférentielle des angles compris dans l'intervalle + 2,5°, - 2,5° autour de 0°. [0006] 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.

[0007] La direction transversale ou axiale du pneumatique est parallèle à Taxe de rotation du pneumatique.

[0008] La direction radiale est une direction coupant Taxe de rotation du pneumatique et perpendiculaire à celui-ci.

[0009] L’axe de rotation du pneumatique est l’axe autour duquel il tourne en utilisation normale.

[0010] Un plan radial ou méridien est un plan qui contient l’axe de rotation du pneumatique.

[0011] 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.

[0012] En ce qui concerne les fils ou câbles métalliques, les mesures de force à la rupture (charge maximale en N), de résistance à la rupture (en MPa), d'allongement à la rupture (allongement total en %) et de module (en GPa) sont effectuées en traction selon la norme ISO 6892 de 1984.

[0013] Certains pneumatiques actuels, dits "routiers", sont destinés à rouler à des vitesses moyennes élevées 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. Cette augmentation de la durée de vie en termes kilométriques, conjuguée au fait que de telles conditions d’usage sont susceptibles de se traduire, sous forte charge, par des températures sommet relativement élevées, nécessite une augmentation au moins proportionnelle du potentiel d’endurance de l’armature sommet des pneumatiques.

[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 qui, dans le cas d’une trop forte élévation de la température de fonctionnement au niveau des extrémités de la couche de sommet axialement la plus courte, ont pour conséquence l'apparition et la propagation de fissures dans la gomme au niveau desdites extrémités. Le même problème existe dans le cas de bords de deux couches d’éléments de renforcement, ladite autre couche n'étant pas obligatoirement radial ement adjacente à la première.

[0015] Dans le but d’améliorer l’endurance de l’armature sommet des pneumatiques, la demande française FR 2 728 510 propose de disposer, d'une part entre l'armature de carcasse et la nappe de travail d'armature de sommet, radialement la plus proche de l'axe de rotation, une nappe axialement continue, formée de câbles métalliques inextensibles faisant avec la direction circonférentielle un angle au moins égal à 60°, et dont la largeur axiale est au moins égale à la largeur axiale de la nappe de sommet de travail la plus courte, et d'autre part entre les deux nappes de sommet de travail une nappe additionnelle formée d'éléments métalliques, orientés sensiblement parallèlement à la direction circonférentielle.

[0016] En complément, la demande française WO 99/24269 propose notamment, de part et d'autre du plan équatorial et dans le prolongement axial immédiat de la nappe additionnelle d'éléments de renforcement sensiblement parallèles à la direction circonférentielle, de coupler, sur une certaine distance axiale, les deux nappes de sommet de travail formées d'éléments de renforcement croisés d'une nappe à la suivante pour ensuite les découpler par des profilés de mélange de caoutchouc au moins sur le restant de la largeur commune aux dites deux nappes de travail.

[0017] Par ailleurs, l’usage de pneumatiques sur des véhicules pour poids-lourds de type « approche chantier » conduit les pneumatiques à subir des chocs lors de roulages sur des sols caillouteux. Ces chocs sont bien entendu néfastes quant aux performances en termes d’endurance.

[0018] Il est encore connu de l’homme du métier d’augmenter le nombre de nappes constituant l’armature sommet pour améliorer l’endurance du pneumatique à l’égard de tels chocs.

[0019] Quelles que soient l’une de ces solutions telles que présentées précédemment, la présence d’une ou plusieurs couches d’éléments de renforcement supplémentaire conduit à une masse plus importante du pneumatique et à des coûts de fabrication des pneumatiques plus importants.

[0020] Il est encore connu du document WO 2017/149222 un pneumatique dont l’armature sommet est allégée en améliorant les propriétés d’endurance du pneumatique à l’égard de tels chocs. Les inventeurs ont toutefois mis en évidence que lors de roulage sur des sols extrêmement sollicitant pour les pneumatiques, les performances en termes d’endurance de tels pneumatiques pouvaient être dégradées, par exemple dans des conditions de roulage, combinant la vitesse du véhicule, la charge portée par le pneumatique et la nature du sol, particulièrement agressives. Il est en effet possible d’observer une dégradation des performances en termes d’endurance par exemple lors de roulage à vitesse relativement élevée sur des sols de type approche chantier très agressifs pour le pneumatique. Un ralentissement du véhicule pourrait limiter les risques de dégradation des performances d’endurance mais reste à l’appréciation du conducteur et au détriment de la productivité du véhicule.

[0021] Un but de l’invention est de fournir des pneumatiques pour véhicules "Poids-

Lourds", par exemple de type « approche chantier », dont les performances d’endurance sont encore améliorées au regard des chocs subis sur la bande de roulement et dont la masse globale est limitée quelle que soit la nature du sol et les conditions de roulage.

[0022] Ce but est atteint selon l’invention par un pneumatique pour véhicule de type poids lourd, destiné à être monté sur une jante creuse de type 15° drop centre, à armature de carcasse radiale, constituée d’au moins une couche d'éléments de renforcement, ledit pneumatique comprenant une armature de sommet comprenant deux couches de sommet de travail d'éléments de renforcement croisés d'une couche à l'autre en faisant avec la direction circonférentielle des angles (al, a2) compris entre 8° et 45°, lesdits angles al et a2 étant orientés de part et d’autre de la direction circonférentielle, l’armature de sommet étant coiffée radial ement d’une bande de roulement, ladite bande de roulement étant réunie à deux bourrelets par l’intermédiaire de deux flancs, lesdites deux couches de sommet de travail étant seules présentes pour constituer l’armature de sommet sur au moins 40% de la largeur axiale de l’armature sommet, les éléments de renforcement de la couche de travail radialement la plus extérieure formant un angle a2 avec la direction circonférentielle supérieur en valeur absolue à l’angle al formé par les éléments de renforcement de la couche de travail radialement la plus intérieure avec la direction circonférentielle, la valeur absolue de la différence entre les valeurs absolues des angles a2 et al étant supérieure à 4°, l’angle moyen a satisfaisant la relation :

20+164* exp(-L/ 100) < a < 23+164*exp(-L/100), a étant défini par la relation Arctan((tan(|al |)*tan(|a2|)) ), L étant la largeur maximum du pneumatique mesurée selon la direction axiale et exprimée en mm, et les éléments de renforcement métalliques de ladite au moins une couche d’armature de carcasse étant des câbles, de préférence non frettés, présentant au test dit de perméabilité un débit inférieur à 20 cm’/min, un mélange caoutchouteux étant présent au moins localement au sein de la structure du desdits câbles.

[0023] Au sens de l’invention, une jante creuse, de type 15° drop center, ou jante à seat coincé est une jante monobloc, telle que définie dans l’ETRTO, dont les sièges destinés à recevoir les bourrelets du pneumatique présentent une forme tronconique, l’angle formé avec la direction axiale étant sensiblement équivalant à 15°. Ces sièges sont par ailleurs prolongés par des crochets de jante de hauteur réduite par rapport à des crochets de jantes à bases plates dont les sièges de jante présentent des formes sensiblement cylindriques.

[0024] La largeur L est mesurée sur un pneumatique monté sur sa jante nominale et gonflé à sa pression nominale, et est exprimée en millimètres.

[0025] Les angles al et a2, exprimés en degré, sont mesurés sur une coupe du pneumatique. Les mesures d’angles sont selon l’invention réalisées au niveau du plan médian circonférentiel.

[0026] Le test dit de perméabilité permet de déterminer la perméabilité longitudinale à l'air des câbles testés, par mesure du volume d'air traversant une éprouvette sous pression constante pendant un temps donné. Le principe d'un tel test, bien connu de l'homme du métier, est de démontrer l'efficacité du traitement d'un câble pour le rendre imperméable à l'air ; il a été décrit par exemple dans la norme ASTM D2692-98.

[0027] Le test est réalisé sur des câbles extraits directement, par décorticage, des nappes de caoutchouc vulcanisées qu'ils renforcent, donc pénétrés par le caoutchouc cuit. Selon l’invention, la partie du câble testée est située dans la zone du sommet du pneumatique, c’est-à-dire la partie du câble de l’armature carcasse qui se situe proche de la bande de roulement.

[0028] Le test est réalisé sur 2 cm de longueur de câble, enrobé donc par sa composition de caoutchouc (ou gomme d'enrobage) environnante à l'état cuit, de la manière suivante : on envoie de l'air à l'entrée du câble, sous une pression de 1 bar, et on mesure le volume d'air à la sortie, à l'aide d'un débitmètre (calibré par exemple de 0 à 500 cmVmin). Pendant la mesure, l'échantillon de câble est bloqué dans un joint étanche comprimé (par exemple un joint en mousse dense ou en caoutchouc) de telle manière que seule la quantité d'air traversant le câble d'une extrémité à l'autre, selon son axe longitudinal, est prise en compte par la mesure ; l'étanchéité du joint étanche lui-même est contrôlée préalablement à l'aide d'une éprouvette de caoutchouc pleine, c’est-à-dire sans câble.

[0029] Le débit d'air moyen mesuré (moyenne sur 10 éprouvettes) est d'autant plus faible que l'imperméabilité longitudinale du câble est élevée. La mesure étant faite avec une précision de ± 0,2 cmVmin, les valeurs mesurées inférieures ou égales à 0,2 cmVmin sont considérées comme nulles ; elles correspondent à un câble qui peut être qualifié d'étanche (totalement étanche) à l'air selon son axe (i.e., dans sa direction longitudinale).

[0030] Ce test de perméabilité constitue en outre un moyen simple de mesure indirecte du taux de pénétration du câble par une composition de caoutchouc. Le débit mesuré est d'autant plus faible que le taux de pénétration du câble par le caoutchouc est élevé.

[0031] Le taux de pénétration d’un câble peut encore être estimé selon la méthode décrite ci-après. Dans le cas d’un câble à couches, la méthode consiste dans un premier temps à éliminer la couche extérieure sur un échantillon d’une longueur comprise entre 2 et 4 cm pour ensuite mesurer selon une direction longitudinale et selon un axe donné la somme des longueurs de mélange caoutchouteux rapporté sur la longueur de l’échantillon. Ces mesures de longueurs de mélange caoutchouteux excluent les espaces non pénétrés sur cet axe longitudinal. Ces mesures sont répétées sur trois axes longitudinaux répartis sur la périphérie de l’échantillon et répétées sur cinq échantillons de câbles.

[0032] Lorsque le câble comporte plusieurs couches, la première étape d’élimination est répétée avec la couche nouvellement extérieure et les mesures de longueurs de mélange caoutchouteux selon des axes longitudinaux.

[0033] Une moyenne de tous les rapports de longueurs de mélange caoutchouteux sur les longueurs des échantillons ainsi déterminés est ensuite effectuée pour définir le taux de pénétration du câble.

[0034] Avantageusement encore, le pneumatique selon l’invention est destiné à être gonflé à une pression de gonflage P supérieure ou égale à 6.5 bar.

[0035] De préférence selon l’invention, les éléments de renforcement desdites deux couches de sommet de travail sont métalliques. [0036] Les résultats obtenus avec des pneumatiques conformes à l’invention ont effectivement mis en évidence que les performances en termes d’endurance peuvent être améliorées notamment lors de roulage sur sol caillouteux, l’armature sommet du pneumatique étant allégée. L’allègement de l’armature sommet du pneumatique s’accompagne d’une simplification de fabrication et d’une diminution des coûts de fabrication.

[0037] Contre toute attente, les résultats ont effectivement mis en évidence que les pneumatiques selon l’invention peuvent être allégés en diminuant le nombre de couches constitutives de l’armature sommet tout en conservant voire améliorant les propriétés d’endurance du sommet du pneumatique notamment à l’égard de chocs apparaissant sur la bande de roulement quelle que soit la nature du sol et les conditions de roulage.

[0038] Il est en effet connu de l’homme du métier que pour améliorer les performances d’endurance de l’armature sommet d’un pneumatique à l’égard de ce type de chocs, il est usuel d’augmenter le nombre de couches d’éléments de renforcement.

[0039] Les inventeurs pensent interpréter ces résultats du fait de l’angle formé avec la direction circonférentielle par les éléments de renforcement de la couche de sommet de travail radialement la plus intérieure qui est plus petit en valeur absolue que celui formé par les éléments de renforcement de la couche de sommet de travail radialement la plus extérieure. Ils ont constaté que cet angle plus petit semble entraîner un retard dans la prise de tension par les éléments de renforcement lors d’un tel choc. Usuellement, lors de chocs comparables à ceux observés lors d’un roulage sur sol caillouteux la rupture d’éléments de renforcement si elle intervient s’observe sur la couche radialement la plus intérieure. Ces constats semblent indiquer que face à ce type d’agressions, la différence d’angles des éléments de renforcement entre les deux couches de sommet de travail permet d’améliorer les performances d’endurance du pneumatique tout en diminuant le nombre de couches de l’armature de sommet.

[0040] La valeur de l’angle moyen a augmentée par rapport à des valeurs plus usuelles connues de pneumatiques usuels pour ce type d’application améliore encore les propriétés d’endurance du sommet du pneumatique à l’égard de chocs apparaissant sur la bande de roulement. De telles valeurs de l’angle moyen a ne sont habituellement pas utilisées pour ce type d’applications au risque de nuire aux propriétés d’endurance de la couche d’ armature de carcasse dont les éléments de renforcement seraient soumis à des contraintes de compression trop importantes.

[0041] Les inventeurs ont toutefois su mettre en évidence que les éléments de renforcement de la couche d’armature de carcasse selon l’invention, qui présentent au test dit de perméabilité un débit inférieur à 20 cm’/min, confèrent du fait de la présence du mélange caoutchouteux au sein des éléments de renforcement un comportement en compression qui autorise un angle moyen a conforme à l’invention.

[0042] Avantageusement selon l’invention, le ratio d’utilisation du potentiel de rupture F2/FR2 de la couche de travail radialement la plus extérieure étant inférieur à 1/6, dans lequel :

FR2 est la force rupture en extension uniaxiale des câbles de la couche de travail radialement la plus extérieure,

F2 = p ₂ * Te * [(tan(|al|)/(tan(|al|)+tan(|a2|))) / cos ² (|a2|) + C _F ], avec

Te = 0.092 * P * Rs* ( 1 -(RS ² -RL ² )/ (2 *Rt*Rs)),

P : la pression de gonflage du pneumatique,

C _F = 0.00035 *(min((L-80) / sin(|od|), (L-80) / sin(|a2|), 480)-480),

P2 : le pas de pose des éléments de renforcement de la couche de sommet de travail radialement la plus extérieure, mesuré perpendiculairement aux éléments de renforcement au niveau du plan médian circonférentiel,

Rs = Re - Es,

Re : rayon extérieur du pneumatique mesuré au point radialement le plus extérieur sur la surface de la bande de roulement du pneumatique, ladite surface étant extrapolée pour combler les éventuels creux,

Es : distance radiale entre le point radialement le plus à l’extérieur du pneumatique et sa projection orthogonale sur la face radialement extérieure d’un élément de renforcement de la couche de sommet de travail radialement la plus intérieure,

RL : moyenne des rayons des points axialement les plus à l’extérieur de la partie principale de la couche d’armature de carcasse de chaque côté du pneumatique, Rt : le rayon du cercle passant par trois points situés sur la surface extérieure de la bande de roulement en dehors des creux, définis à partir d’une extrémité d’épaulement à des distances axiales respectives égales à ¼, ½ et ¾ de la largeur axiale de la bande de roulement. [0043] L’épaisseur Es et le pas p2 sont mesurés sur une coupe du pneumatique et sont exprimés en millimètres.

[0044] Les inventeurs font encore le constat que le choix de la valeur absolue de la différence entre les valeurs absolues des angles précités al et a2 associé à l’angle moyen a et au ratio d’utilisation du potentiel de rupture F2/FR2 tels que définis selon cette réalisation avantageuse de l’invention peuvent permettre d’éliminer la couche de protection usuellement mise en place radialement à l’extérieur des autres couches de l’armature de sommet. Une telle couche est habituellement présente pour être sacrifiée en cas d’agressions du pneumatique de type coupures pouvant venir altérer l’intégrité d’éléments de renforcement métalliques par des phénomènes de corrosion associés à la fatigue desdits éléments de renforcement. Les inventeurs font effectivement le constat que les éléments de renforcement de la couche de sommet de travail radialement la plus extérieure, d’un pneumatique selon l’invention, sont moins sollicités lors du gonflage du pneumatique ou bien lors de son utilisation en roulage normal que les éléments de renforcement d’une couche de sommet de travail radialement la plus extérieure d’un pneumatique plus usuel ; un tel pneumatique plus usuel présente des différences d’angles en valeur absolue entre les éléments de renforcement des différentes couches de travail plus petites, un angle des éléments de renforcement de la couche de travail radialement la plus intérieure supérieur ou égal en valeur absolue à celui des éléments de renforcement de la couche de travail radialement la plus extérieure et un ratio d’utilisation du potentiel de rupture F2/FR2 plus important. Les éléments de renforcement de la couche de sommet de travail radialement la plus extérieure d’un pneumatique selon l’invention présentent ainsi des propriétés d’endurance bien supérieures à ceux d’un pneumatique plus usuel ; les inventeurs font ainsi le constat que la suppression de la couche de protection est rendue possible et permet de contribuer à l’allègement du pneumatique.

[0045] Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, la valeur absolue de la différence entre les valeurs absolues des angles a2 et al est supérieure ou égale à 6° et de préférence supérieure à 9°. Selon ce mode de réalisation, et conformément aux interprétations données ci-dessus, il va être possible d’améliorer encore les performances d’endurance des éléments de renforcement de la couche de travail radialement la plus extérieure et/ou améliorer encore les performances du pneumatique à l’égard de chocs tels que ceux subis lors de roulage sur des sols caillouteux.

[0046] Avantageusement encore selon l’invention, le ratio d’utilisation du potentiel de rupture F2/FR2 de la couche de travail radialement la plus extérieure est inférieur à 1/8. Un tel ratio d’utilisation du potentiel de rupture F2/FR2 contribue encore à améliorer les performances d’endurance des éléments de renforcement de la couche de travail radialement la plus extérieure lors de l’utilisation du pneumatique.

[0047] De préférence selon l’invention, le ratio d’utilisation du potentiel de rupture

F1/FR1 de la couche de travail radialement la plus intérieure est inférieur à 1/3, dans lequel :

FRI est la force rupture en extension uniaxiale des câbles de la couche de travail radialement la plus intérieure, Fl = pi * Te * [(tan(|a2|)/(tan(|al|)+tan(|a2|))) / cos ² (|al|) + C _F ], avec pi : le pas de pose des éléments de renforcement de la couche de sommet de travail radialement la plus intérieure, mesuré perpendiculairement aux éléments de renforcement au niveau du plan médian circonférentiel.

[0048] De préférence encore, le ratio d’utilisation du potentiel de rupture Fl /FRI de la couche de travail radialement la plus intérieure est au moins 30 % supérieur au ratio d’utilisation du potentiel de rupture F2/FR2 de la couche de travail radialement la plus extérieure.

[0049] Selon un mode de réalisation de l’invention, les éléments de renforcement des couches de sommet de travail sont des câbles métalliques inextensibles.

[0050] Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, les deux couches de sommet de travail sont seules présentes pour constituer l’armature de sommet sur au moins 60% de la largeur axiale de l’armature sommet et avantageusement encore sur au moins 80% de la largeur axiale de l’armature sommet. Ces modes de réalisations avantageux de l’invention vont dans le sens d’un allègement encore plus important du pneumatique. [0051] Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, optimisant l’amincissement du sommet du pneumatique, les deux couches de sommet de travail sont seules présentes pour constituer l’armature de sommet sur la totalité de la largeur axiale de l’armature sommet.

[0052] Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, les câbles de l’armature de carcasse présentent au test dit de perméabilité un débit inférieur à 10 cm 7m in et de préférence encore inférieur à 2 cm’/min.

[0053] Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, les éléments de renforcement métalliques d’au moins une couche de l’armature de carcasse sont des câbles, de préférence non fretté, à au moins deux couches, au moins une couche interne étant gainée d’une couche constituée d'une composition de caoutchouc non réticulable, réticulable ou réticulée, de préférence à base d’au moins un élastomère diénique.

[0054] L’invention propose encore un pneumatique pour véhicule de type poids lourd, destiné à être monté sur une jante creuse de type 15° drop centre, à armature de carcasse radiale, constituée d’au moins une couche d'éléments de renforcement, ledit pneumatique comprenant une armature de sommet comprenant deux couches de sommet de travail d'éléments de renforcement croisés d'une couche à l'autre en faisant avec la direction circonférentielle des angles (al, a2) compris entre 8° et 45°, lesdits angles al et a2 étant orientés de part et d’autre de la direction circonférentielle, l’armature de sommet étant coiffée radial ement d’une bande de roulement, ladite bande de roulement étant réunie à deux bourrelets par l’intermédiaire de deux flancs, lesdites deux couches de sommet de travail étant seules présentes pour constituer l’armature de sommet sur au moins 40% de la largeur axiale de l’armature sommet, les éléments de renforcement de la couche de travail radialement la plus extérieure formant un angle a2 avec la direction circonférentielle supérieur en valeur absolue à l’angle al formé par les éléments de renforcement de la couche de travail radialement la plus intérieure avec la direction circonférentielle, la valeur absolue de la différence entre les valeurs absolues des angles a2 et al étant supérieure à 4°, l’angle moyen a satisfaisant la relation :

20+164* exp(-L/ 100) < a < 23+164*exp(-L/100), a étant défini par la relation Arctan((tan(|al |)*tan(|a2|)) ), L étant la largeur maximum du pneumatique mesurée selon la direction axiale et exprimée en mm, et les éléments de renforcement métalliques d’au moins une couche de l’armature de carcasse étant des câbles, de préférence non fretté, à au moins deux couches, au moins une couche interne étant gainée d’une couche constituée d'une composition de caoutchouc non réticulable, réticulable ou réticulée, de préférence à base d’au moins un élastomère diénique.

[0055] Au sens de l’invention, des câbles métalliques à au moins deux couches, au moins une couche interne étant gainée d’une couche constituée d'une composition de caoutchouc non réticulable, réticulable ou réticulée présentent au test dit de perméabilité un débit quasi nul et donc inférieur à 20 cm3/min.

[0056] Par l’expression "composition à base d’au moins un élastomère diénique", on entend de manière connue que la composition comprend à titre majoritaire (i.e. selon une fraction massique supérieure à 50%) ce ou ces élastomères diéniques.

[0057] On notera que la gaine selon l’invention s’étend d’une manière continue autour de la couche qu’elle recouvre (c’est-à-dire que cette gaine est continue dans la direction "orthoradiale" du câble qui est perpendiculaire à son rayon), de manière à former un manchon continu de section transversale qui est avantageusement pratiquement circulaire.

[0058] On notera également que lorsque la composition de caoutchouc de cette gaine est réticulable ou réticulée, elle comprend par définition un système de réticulation adapté pour permettre la réticulation de la composition lors de sa cuisson (i.e., son durcissement et non sa fusion) ; ainsi, cette composition de caoutchouc peut alors être qualifiée d’infusible, du fait qu’elle ne peut pas être fondue par chauffage à quelque température que ce soit.

[0059] A titre préférentiel, la composition de cette gaine est choisie identique à la composition utilisée pour la matrice de caoutchouc que les câbles selon l’invention sont destinés à renforcer. Ainsi, il n’y a aucun problème d'incompatibilité éventuelle entre les matériaux respectifs de la gaine et de la matrice de caoutchouc.

[0060] Selon une variante de l’invention, les éléments de renforcement d’au moins une couche de l’armature de carcasse sont des câbles métalliques à couches de construction [L+M] ou [L+M+N], comportant une première couche Cl à L fils de diamètre di avec L allant de 1 à 4, entourée d'au moins une couche intermédiaire C2 à M fils de diamètre d2 enroulés ensemble en hélice selon un pas p2 avec M allant de 3 à 12, ladite couche C2 étant éventuellement entourée d'une couche externe C3 de N fils de diamètre d3 enroulés ensemble en hélice selon un pas p3 avec N allant de 8 à 20, une gaine constituée d'une composition de caoutchouc non réticulable, réticulable ou réticulée à base d’au moins un élastomère diénique, recouvrant, dans la construction [L+M], ladite première couche Cl et, dans la construction [L+M+N], au moins ladite couche Cl et/ou au moins ladite couche C2.

[0061] De préférence, le diamètre des fils de la première couche de la couche interne (Cl) est compris entre 0.10 et 0.5 mm et le diamètre des fils des couches externes (C2, C3) est compris entre 0.10 et 0.5 mm.

[0062] De préférence encore, le pas d’hélice d’enroulement desdits fils de la couche externe (C3) est compris entre 8 et 25 mm.

[0063] Au sens de l’invention, le pas représente la longueur, mesurée parallèlement à l'axe du câble, au bout de laquelle un fil ayant ce pas effectue un tour complet autour de l'axe du câble ; ainsi, si l'on sectionne l'axe par deux plans perpendiculaires audit axe et séparés par une longueur égale au pas d'un fil d’une couche constitutive du câble, l'axe de ce fil a dans ces deux plans la même position sur les deux cercles correspondant à la couche du fil considéré.

[0064] D’une manière générale, lesdits câbles métalliques d’au moins une couche de l’armature de carcasse selon l'invention peuvent être réalisés avec tout type de fils métalliques, notamment en acier, par exemple des fils en acier au carbone et/ou des fils en acier inoxydable. On utilise de préférence un acier au carbone, mais il est bien entendu possible d'utiliser d'autres aciers ou d'autres alliages.

[0065] Lesdits câbles métalliques d’au moins une couche de l’armature de carcasse selon l’invention pourront être obtenus selon différentes techniques connues de l'homme du métier, par exemple en deux étapes, tout d’abord par gainage via une tête d'extrusion de la couche Cl ou de l'âme ou structure intermédiaire L+M (couches C1+C2), étape suivie dans un deuxième temps d'une opération finale de câblage ou retordage des M+N fils des couches C2 et C3 autour de la couche Cl préalablement gainée ou des N fils de la couche C3 autour de la couche C2 préalablement gainée.

[0066] Selon d’autres variantes de réalisation de l’invention décalant le compromis de performance du pneumatique de façon moins favorable pour ce qui concerne l’allègement, l’armature de sommet comporte une couche supplémentaire, dite de protection, radial ement extérieure aux couches de sommet de travail, de préférence centrée sur le plan médian circonférentiel. Les éléments de renforcements d’un telle couche de protection sont de préférence des éléments de renforcement dits élastiques, orientés par rapport à la direction circonférentielle avec un angle compris entre 8° et 45° et de même sens que l'angle formé par les éléments de renforcement de la couche de travail qui lui est radialement adjacente. De préférence encore, les éléments de renforcements d’une telle couche de protection sont parallèles aux éléments de renforcement de la couche de travail qui lui est radialement adjacente.

[0067] D’autres variantes peuvent encore prévoir que l’armature de sommet peut être complétée entre l'armature de carcasse et la couche de travail radialement intérieure la plus proche de ladite armature de carcasse, par une couche de triangulation d'éléments de renforcement inextensibles métalliques en acier faisant, avec la direction circonférentielle, un angle supérieur à 45° et de même sens que celui de l'angle formé par les éléments de renforcement de la couche radialement la plus proche de l'armature de carcasse. Avantageusement, ladite couche de triangulation est constituée de deux demi-couches positionnées axialement de part et d’autre du plan médian circonférentiel.

[0068] D’autres détails et caractéristiques avantageux de l’invention ressortiront ci- après de la description d’un exemple de réalisation de l’invention en référence à la figure qui représente une vue méridienne d’un schéma d’un pneumatique selon un mode de réalisation de l’invention.

[0069] La figure n’est pas représentée à l’échelle pour en simplifier la compréhension.

[0070] La figure ne représente qu’une demi-vue d’un pneumatique qui se prolonge de manière symétrique par rapport à l’axe XX’ qui représente le plan médian circonférentiel, ou plan équatorial, d’un pneumatique.

[0071] Sur la figure, le pneumatique 1, de dimension 385/65 R 22.5, comprend une armature de carcasse radiale 2 ancrée dans deux bourrelets, non représentés sur la figure. L’armature de carcasse 2 est formée d'une seule couche de câbles métalliques. Il comporte encore une bande de roulement 5.

[0072] Les éléments de renforcement de la couche d’armature de carcasse 2 sont des câbles à couche de structure 1+6+12, non fretté, constitué d’un noyau central formé d’un fil, d’une couche intermédiaire formée de six fils et d’une couche externe formée de douze fils. [0073] Ils présentent les caractéristiques suivantes (d et p en mm) : structure 1+6+12 ;

di = 0.20 (mm);

d ₂ = 0.18 (mm);

- p ₂ = 10 (mm)

d ₃ = 0.18 (mm);

p ₃ = 10 (mm),

(d ₂ / d ₃ ) = l ;

avec d ₂ , p ₂ , respectivement le diamètre et le pas d’hélice de la couche intermédiaire et d ₃ et p ₃ , respectivement le diamètre et le pas d’hélice des fils de la couche externe.

[0074] L’âme du câble constitué du noyau central formé d’un fil et de la couche intermédiaire formée de six fils est gainée par une composition de caoutchouc à base d'élastomère diénique non vulcanisé (à l'état cru). Le gainage est obtenu via une tête d'extrusion de l’âme, suivi d'une opération finale de retordage ou câblage des 12 fils formant la couche externe autour de l’âme ainsi gainée.

[0075] Le câble présente au test dit de perméabilité, tel que décrit précédemment un débit égal à 0 cmVmin et donc inférieur à 2 cmVmin. Sa pénétration par la composition de caoutchouc est supérieure à 98 %.

[0076] Le câble présente un diamètre égal à 0.95 mm.

[0077] La composition élastomérique constituant la gaine de caoutchouc est réalisée à partir d’une composition telle que décrite précédemment.

[0078] Sur la figure, l’armature de carcasse 2 est frettée conformément à l’invention par une armature de sommet 4, formée radialement de l'intérieur à l'extérieur :

d'une première couche de travail 41 formée de câbles métalliques orientés d'un angle égal à 12°,

d'une deuxième couche de travail 42 formée de câbles métalliques orientés d'un angle égal à 43° et croisés avec les câbles métalliques de la première couche de travail 41, les câbles de chacune des couches de travail 41, 42 étant orientés de part et d’autre de la direction circonférentielle.

[0079] Les câbles métalliques constituant les éléments de renforcement des deux couches de travail sont des câbles de formule 9.35. Ils sont répartis dans chacune des couches de travail avec une distance entre les éléments de renforcement, mesurée selon la normale à la direction de la ligne moyenne du câble égale à 2 mm.

[0080] Le pneumatique est gonflé à une pression de 9 bars.

[0081] La largeur axiale L de la première couche de travail 41 est égale à 280 mm.

[0082] La largeur axiale L ₄₂ de la deuxième couche de travail 42 est égale à 260 mm.

[0083] La largeur axiale de la bande de roulement L ₅ est égale à 303 mm.

[0084] La largeur axiale L est égale à 377 mm.

[0085] La masse cumulée des deux couches de travail 41, 42, comprenant la masse des câbles métalliques et des mélanges de calandrage, se monte ainsi à 9.1 Kg.

[0086] La différence entre les angles formés par les câbles de la première couche de sommet de travail avec la direction circonférentielle et ceux des câbles de la deuxième couche de sommet de travail est égale à 31°.

[0087] L’angle moyen est égal à 24° et est bien compris entre 23.8° et 26.8°.

[0088] La valeur mesurée de Re est égale à 536.9 mm.

[0089] La valeur mesurée de Es est égale à 24.9 mm.

[0090] La valeur moyenne RL des rayons mesurés est égale à 409 mm.

[0091] La valeur Rt déterminée sur le pneumatique est égale à 1400 mm.

[0092] La valeur calculée de Te est égale à 359.9 N/mm.

[0093] La valeur calculée de C _F est égale à 0.

[0094] La valeur de Fl est égale à 673.9 N.

[0095] La valeur de F2 est égale à 274.8 N.

[0096] Les forces ruptures des éléments de renforcement des couches de sommet de travail FRI et FR2 sont égales à 2600 N.

[0097] Le ratio d’utilisation du potentiel de rupture F2/FR2 est égal à 10.6 %.

[0098] Le ratio d’utilisation du potentiel de rupture F1/FR1 est égal à 25.9 %.

[0099] Le ratio d’utilisation du potentiel de rupture F1/FR1 est 145 % supérieur au ratio d’utilisation du potentiel de rupture F2/FR2. [00100] Un pneumatique I selon l’invention est comparé à un premier pneumatique de référence RI de même dimension qui diffère du pneumatique selon l’invention I d’une part par la nature des éléments de renforcement de la couche d’armature de carcasse. Les éléments de renforcement de la couche d’armature de carcasse de ce premier pneumatique de référence RI sont des câbles à couche de structure 1+6+12, non fretté, identiques à ceux du pneumatique I selon l’invention, l’âme de ceux-ci n’étant pas gainée par une composition de caoutchouc.

[00101] De tels câbles présentent au test dit de perméabilité, tel que décrit précédemment un débit égal à 40 cm’/min. Sa pénétration par la composition de caoutchouc est égale à 66 %.

[00102] Le premier pneumatique de référence RI diffère d’autre part du pneumatique selon l’invention I par son armature de sommet formée radialement de l'intérieur à l'extérieur : d'une première couche de travail 41 formée de câbles métalliques orientés d'un angle égal à 12°,

d'une deuxième couche de travail 42 formée de câbles métalliques orientés d'un angle égal à 40° et croisés avec les câbles métalliques de la première couche de travail 41, les câbles de chacune des couches de travail 41, 42 étant orientés de part et d’autre de la direction circonférentielle.

[00103] Les câbles métalliques constituant les éléments de renforcement des deux couches de travail sont des câbles de formule 9.35. Ils sont répartis dans chacune des couches de travail avec une distance entre les éléments de renforcement, mesurée selon la normale à la direction de la ligne moyenne du câble égale à 2 mm.

[00104] Le pneumatique est gonflé à une pression de 9 bars.

[00105] La largeur axiale L de la première couche de travail 41 est égale à 280 mm.

[00106] La largeur axiale L ₄₂ de la deuxième couche de travail 42 est égale à 260 mm.

[00107] La largeur axiale de la bande de roulement L ₅ est égale à 303 mm.

[00108] La largeur axiale L est égale à 377 mm.

[00109] La masse cumulée des deux couches de travail 41, 42, comprenant la masse des câbles métalliques et des mélanges de calandrage, se monte ainsi à 9.1 Kg. [00110] La différence entre les angles formés par les câbles de la première couche de sommet de travail avec la direction circonférentielle et ceux des câbles de la deuxième couche de sommet de travail est égale à 28°.

[00111] L’angle moyen est égal à 22.9°.

[00112] La valeur mesurée de Re est égale à 536.9 mm.

[00113] La valeur mesurée de Es est égale à 24.9 mm.

[00114] La valeur moyenne RL des rayons mesurés est égale à 409 mm.

[00115] La valeur Rt déterminée sur le pneumatique est égale à 1400 mm.

[00116] La valeur calculée de Te est égale à 395.9 N/mm.

[00117] La valeur calculée de C _F est égale à -0.01.

[00118] La valeur de Fl est égale à 655.3 N.

[00119] La valeur de F2 est égale à 267.7 N.

[00120] Les forces ruptures des éléments de renforcement des couches de sommet de travail FRI et FR2 sont égales à 2600 N.

[00121] Le ratio d’utilisation du potentiel de rupture F2/FR2 est égal à 10.3 %.

[00122] Le ratio d’utilisation du potentiel de rupture F 1/FR1 est égal à 25.2 %.

[00123] Le ratio d’utilisation du potentiel de rupture F1/FR1 est 145 % supérieur au ratio d’utilisation du potentiel de rupture F2/FR2.

[00124] Le pneumatique I selon l’invention est encore comparé à un deuxième pneumatique de référence R2 de même dimension qui diffère du premier pneumatique de référence RI par son armature de sommet formée radialement de l'intérieur à l'extérieur : d’une couche de triangulation formée de câbles métalliques orientés d'un angle égal à 50°,

d'une première couche de travail formée de câbles métalliques orientés d'un angle égal à 18°, du même côté que les câbles de la couche de triangulation par rapport à la direction circonférentielle,

d’une seconde couche de travail formée de câbles métalliques orientés d'un angle égal à 18° et croisés avec les câbles métalliques de la première couche de travail, les câbles de chacune des couches de travail étant orientés de part et d’autre de la direction circonférentielle,

d’une couche de protection formées de câbles métalliques élastiques 6.35, dont la distance entre les éléments de renforcement, mesurée selon la normale à la direction de la ligne moyenne du câble est égal à 2.5 mm, orientés d’un angle égal à 18°, du même côté que les câbles de la seconde couche de travail.

[00125] Les câbles métalliques des deux couches de travail et de la couche de triangulation sont des câbles de formule 9.35. Ils sont répartis dans chacune des couches de travail avec une distance entre les éléments de renforcement, mesurée selon la normale à la direction de la ligne moyenne du câble égale à 2.5 mm.

[00126] Le pneumatique de référence est gonflé à une pression de 9 bars.

[00127] La largeur axiale de la couche triangulation est égale à 260 mm.

[00128] La largeur axiale de la première couche de travail est égale à 280 mm.

[00129] La largeur axiale de la deuxième couche de travail est égale à 260 mm.

[00130] La largeur axiale de la couche de protection est égale à 200 mm.

[00131] La masse cumulée des couches de travail, de la couche de protection et de la couche de triangulation du pneumatique de référence, comprenant la masse des câbles métalliques et des mélanges de calandrage, se monte à 14.1 Kg.

[00132] La valeur absolue de la différence entre les valeurs absolues des angles formés par les câbles de la première couche de sommet de travail avec la direction circonférentielle et ceux des câbles de la deuxième couche de sommet de travail est nulle, les angles étant identiques, contrairement à l’invention.

[00133] L’angle moyen est égal à 18°.

[00134] La valeur de F 1 est égale à 600 N.

[00135] La valeur de F2 est égale à 523 N.

[00136] Les valeurs Fl et F2 sont obtenues par une simulation éléments finis, le nombre élevés de nappes de renforcement dans le sommet ne permettant pas l’utilisation d’un modèle analytique simple. [00137] Les forces ruptures des éléments de renforcement des couches de sommet de travail FRI et FR2 sont égales à 2600 N.

[00138] Le ratio d’utilisation du potentiel de rupture F2/FR2 est égal à 20.1 %.

[00139] Le ratio d’utilisation du potentiel de rupture F1/FR1 est égal à 23.1 %.

[00140] Le ratio d’utilisation du potentiel de rupture F 1/FR1 est 15 % supérieur au ratio d’utilisation du potentiel de rupture F2/FR2.

[00141] Des essais ont été réalisés avec des pneumatiques I réalisés selon l’invention et avec les pneumatiques RI et R2 de référence.

[00142] Des premiers essais d’endurance ont été réalisés sur une machine de test imposant à chacun des pneumatiques un roulage ligne droite à une vitesse égale à l’indice de vitesse maximum prescrit pour ledit pneumatique (speed index) sous une charge initiale de 3550 daN progressivement augmentée pour réduire la durée du test.

[00143] D’autres essais d’endurance ont été réalisés sur une machine de tests imposant de façon cyclique un effort transversal et une surcharge dynamique aux pneumatiques. Les essais ont été réalisés pour les pneumatiques selon l’invention avec des conditions identiques à celles appliquées aux pneumatiques de référence.

[00144] Les essais ainsi réalisés ont montré que les distances parcourues lors de chacun de ces tests sont sensiblement identiques pour les pneumatiques selon l’invention et les pneumatiques de référence. Il apparaît donc que les pneumatiques selon l’invention présentent des performances sensiblement équivalentes en termes d’endurance de l’armature sommet à celles des pneumatiques de référence lors de roulage sur des sols bitumineux.

[00145] Des tests visant à caractériser la résistance à la rupture d’une armature de sommet de pneumatique soumise à des chocs ont également été réalisés. Ces tests consistent à faire rouler un pneumatique, gonflé à une pression recommandée et soumis à une charge recommandée, sur un obstacle ou indenteur cylindrique de diamètre égal à 1.5 pouce, soit 38.1 mm, et d’une hauteur déterminée. La résistance à la rupture est caractérisée par la hauteur critique de l’indenteur, c’est-à-dire la hauteur maximale de l’indenteur entraînant une rupture totale de l’armature de sommet, c’est-à-dire de la rupture de toutes les couches de sommet. Les valeurs expriment l’énergie nécessaire pour obtenir la rupture du bloc sommet. Les valeurs sont exprimées à partir d’une base 100 correspondant à la valeur mesurée pour le pneumatique de référence R2.

[00146] Ces résultats montrent que malgré un allégement du pneumatique, notamment par une diminution de la masse de son armature sommet, l’énergie à rupture lors d’un choc sur la surface de la bande de roulement est significativement supérieure à celle du pneumatique de référence R2. La comparaison des résultats entre les pneumatiques selon l’invention et les pneumatiques de référence RI mettent en évidence que l’énergie nécessaire pour obtenir la rupture du bloc sommet a pu être nettement augmentée sans mettre en défaut l’endurance de la couche d’armature de carcasse qui est pourtant plus sollicitée en termes de mise en compression des éléments de renforcement. Ces résultats montrent bien que la présence du mélange caoutchouteux au sein des éléments de renforcement leur confère un comportement en compression qui autorise un angle moyen a conforme à l’invention, qui est favorable aux performances d’endurance de l’armature sommet du pneumatique.

[00147] Un autre pneumatique 12, conforme à l’invention a également été testé. Ce pneumatique 12 diffère du pneumatique I par la nature des éléments de renforcement de la couche d’armature de carcasse. Les éléments de renforcement de la couche d’armature de carcasse de ce pneumatique 12 sont des câbles à couche de structure 1+6+11, non fretté, constitué d’un noyau central formé d’un fil, d’une couche intermédiaire formée de six fils et d’une couche externe formée de onze fils.

[00148] Ils présentent les caractéristiques suivantes (d et p en mm) : structure 1+6+11 ;

di = 0.20 (mm);

d ₂ = 0.175 (mm);

- p ₂ = 7 (mm)

d ₃ = 0.175 (mm);

p ₃ = 10 (mm),

(d ₂ / d ₃ ) = l ; avec d _ï , P2, respectivement le diamètre et le pas d’hélice de la couche intermédiaire et d3 et P3, respectivement le diamètre et le pas d’hélice des fils de la couche externe.

[00149] L’âme du câble constitué du noyau central formé d’un fil et de la couche intermédiaire formée de six fils n’est pas gainée par une composition de caoutchouc.

[00150] De tels câbles présentent au test dit de perméabilité, tel que décrit précédemment un débit égal à 5 cmVmin. Sa pénétration par la composition de caoutchouc est égale à 98 %.

[00151] Lors des tests visant à caractériser la résistance à la rupture de l’armature de sommet de pneumatique, la valeur d’énergie nécessaire pour obtenir la rupture du bloc sommet exprimée à partir d’une base 100 correspondant à la valeur mesurée pour le pneumatique de référence R2 est égale à 114.