ET UNE BANDE DE ROULEMENT A FORTE ADHERENCE

Domaine de l'invention

[0001] La présente invention est relative aux pneumatiques, et plus particulièrement à un pneumatique dont les performances d'adhérence sont améliorées.

[0002] De façon générale, un pneumatique est un objet ayant une géométrie de révolution par rapport à un axe de rotation. Un pneumatique comprend deux bourrelets destinés à être montés sur une jante ; il comprend également deux flancs reliés aux bourrelets, un sommet comportant une bande de roulement destinée à entrer en contact avec le sol, le sommet ayant un premier côté relié à l'extrémité radialement extérieure de l'un des deux flancs et ayant un deuxième côté relié à l'extrémité radialement extérieure de l'autre des deux flancs.

[0003] La constitution du pneumatique est usuellement décrite par une représentation de ses constituants dans un plan méridien, c'est-à-dire un plan contenant l'axe de rotation du pneumatique. Les directions radiale, axiale et circonférentielle désignent respectivement les directions perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique, parallèle à l'axe de rotation du pneumatique et perpendiculaire à tout plan méridien. Dans ce qui suit, les expressions « radialement », « axialement » et « circonférentiellement » signifient respectivement « selon une direction radiale », « selon la direction axiale » et « selon une direction circonférentielle » du pneumatique. Les expressions « radialement intérieur, respectivement radialement extérieur » signifient « plus proche, respectivement plus éloigné, de l'axe de rotation du pneumatique, selon une direction radiale ». Le plan équatorial est un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique, positionné axialement de façon à couper la surface de la bande de roulement sensiblement à mi-distance des bourrelets. Les expressions « axialement intérieur, respectivement axialement extérieur » signifient « plus proche, respectivement plus éloigné, du plan médian du pneumatique, selon la direction axiale ».

État de la technique

[0004] Pour améliorer la performance d'adhérence transversale de pneumatiques dont la bande de roulement comprend une pluralité de rainures circonférentielles, le document WO201 1/073022 A1 propose de disposer, sous la nappe carcasse et même sous la couche intérieure d'étanchéité, une nappe de renfort comportant des éléments de type câble, orientés sensiblement axialement. Cependant, l'effet de renforcement d'une telle structure reste limité et une telle structure peut s'avérer insuffisamment endurante. L'état de la technique connaît aussi le

2017PAT00155WO document WO2012/048930 A1 qui donne un exemple de nappe de frettage, située radialement à l'extérieur de deux nappes composées de renforts monofilamentaires en acier, formant avec la nappe carcasse la triangulation typique des pneumatiques à carcasse radiale, et dans lequel les renforts de la nappe de frettage forment un angle compris entre 50 ⁰ et 90 ⁰ avec la direction circonférentielle du pneumatique.

[0005] Par les documents FR 1 187 336 A, US 5 052 458 A et FR 2 098 334, L'état de la technique connaît aussi des pneumatiques comportant des couches pourvues d'éléments fractionnés.

[0006] Pour améliorer l'adhérence d'un pneumatique, il a aussi été proposé dans le document WO2016/202702 d'utiliser en combinaison un matériau élastomérique constitutif de la bande de roulement de faible module dynamique de cisaillement G* et une nappe de rigidification constituée d'éléments filaires de renfort rigides en compression, lesdits éléments filaires de renfort formant, avec la direction circonférentielle, un angle compris entre 50° et 90°. Ainsi, l'objectif est de combiner une très bonne adhérence de la bande de roulement sur le sol qui est l'apanage des mélanges de caoutchouteux communément qualifiés de mélanges mou, avec une faible flexion de la bande de roulement du pneu vu en coupe méridienne, c'est-à-dire avec un faible basculement des blocs de sculpture, pour conserver une importante surface de contact avec le sol.

[0007] Si un tel choix s'avère très performant notamment pour des pneumatiques dont la sculpture comporte des rainures orientées plutôt circonférentiellement, cependant, on observe une dégradation des performances acoustiques du pneumatique, celui-ci s'avérant plutôt bruyant. Il semble que la cause soit précisément liée à la rigidification recherché.

[0008] L'objectif de la présente invention est de proposer un perfectionnement à la proposition du document permettant d'atteindre un niveau de rigidité suffisant pour contenir ou empêcher tout basculement de bloc de sculpture préjudiciable au maintien d'une importante surface de contact du pneu sur le sol, sans que le pneu devienne trop bruyant.

Brève description de l'invention

[0009] L'invention concerne notamment un pneumatique comportant deux bourrelets, deux flancs reliés aux bourrelets, et un sommet.

[0010] L'invention a pour objet un pneumatique comportant un sommet comportant une armature de ceinture ayant une largeur axiale W, l'armature de ceinture comportant un empilage d'au moins deux nappes couplées avec une nappe de carcasse, lesdites au moins deux nappes étant constituées par des câbles métalliques, lesdits câbles métalliques formant un angle avec la

2017PAT00155WO direction circonférentielle compris entre + 10° et +40° pour l'une de ces nappes et compris entre - 10° et -40° pour l'autre de ces nappes, le pneumatique comportant :

• une bande de roulement en matériau élastomérique, la bande de roulement comprenant une pluralité de blocs de sculpture, deux blocs de sculpture axialement adjacents étant séparés par une rainure s'étendant au moins en partie circonférentiellement, le matériau constitutif de la bande de roulement (5) ayant un module dynamique de cisaillement G*, à 60°C et sous une contrainte alternée à 10 Hz de 0,7 MPa, inférieur à 1 , 1 MPa.

• une couche de rigidification constituée d'éléments filaires de renfort rigides en compression, lesdits éléments filaires de renfort étant orientés selon une direction moyenne formant un angle compris entre 50° et 90° avec la direction circonférentielle C,

caractérisé en ce que lesdits éléments filaires de renfort sont fractionnés en se déplaçant le long de leur direction moyenne, formant des fragments avec recouvrement d'amplitude « R » entre fragments adjacents circonférentiellement.

[0011] On entend par « rigides en compression » des éléments dont le module de Young en compression selon la direction d'élancement des éléments filaires est typiquement supérieur à 1 GPa, et préférentiellement 10 GPa. A titre d'exemple, les éléments filaires de renfort sont constitués par des câbles métalliques. Les éléments filaires de renfort peuvent aussi être des monofilaments. Ils peuvent aussi être formés par assemblage rigides en compression de fibres organiques, ou encore des fibres inorganiques comme des fibres de verre, carbone, des fibres de type aramide, noyés dans une matrice suffisamment rigide. La section des monofilaments peut être circulaire ou aplatie, par exemple de section elliptique ou rectangulaire.

[0012] On a indiqué que, selon l'invention, les éléments filaires de renfort de ladite couche de rigidification sont fractionnés. La compression est transmise de câble en câble par cisaillement du caoutchouc présent entre câbles. Idéalement, le nombre de câble interrompus en même temps doit être le plus petit possible pour optimiser les déformations dans la gomme inter-câble. En pratique, afin de rendre plus robuste la fabrication, couper deux câbles à la fois permet de garantir qu'il y en aura toujours au moins un d'interrompu.

[0013] Ainsi, outre le choix de l'élément filaire de renfort en lui-même, l'homme du métier dispose de paramètres additionnels lui permettant de régler finement l'effet de renforcement, à savoir le pas de pose « P » de la couche de fractionnement (distance mesurée perpendiculairement à leur grande dimension entre 2 fragments adjacents, voir figure 3), l'amplitude « R » du recouvrement entre fragments adjacents. On entend par « fragments adjacents » des morceaux d'éléments filaires parallèles entre eux, situés au même niveau radial, et disposés circonférentiellement l'un à côté de l'autre. Les éléments filaires de renforcement sont donc interrompus régulièrement dans leur longueur. Les caractéristiques de cette interruption sont adaptées au pas « P » et peuvent

2017PAT00155WO l'être aussi à la rigidité du mélange de caoutchouc enrobant lesdits éléments filaires de renfort, afin d'atteindre les propriétés mécaniques visées pour la couche de rigidification.

[0014] De préférence, tous les fragments adjacents circonférentiellement présentent un recouvrement. De façon avantageuse, les fragments adjacents circonférentiellement présentent un recouvrement au moins une fois sur quatre. L'amplitude « R » peut être variable au sein de la couche de rigidification, notamment lorsque deux ou plus de deux câbles sont coupés à la fois. Le recouvrement « R » est avantageusement de longueur comprise entre 2 et 40 mm.

[0015] Un autre paramètre important est donc la distance de séparation axiale entre les câbles. En effet, en compression, les câbles tendent à se rapprocher axialement les uns des autres, ce qui peut conduire à l'arc-boutement et donc à une sur-rigidification, néfaste aux performances du pneu . Il est important que l'espace entre deux fragments adjacents d'élément filaire soit suffisant pour ne pas se refermer lors d'une déformation de compression sous sollicitation d'usage du pneumatique. Convenons que « Le » est la distance de séparation axiale entre les câbles et «Le » est la longueur d'un fragment. En particulier, il s'avère intéressant de viser des valeurs telles que le rapport ^ est supérieur à 5%.

[0016] De préférence, ladite couche de rigidification est disposée radialement à l'extérieur de l'armature de ceinture et axialement sous au moins une rainure de la bande de roulement ; de façon avantageuse, ladite couche de rigidification s'étend axialement au moins sur une largeur WR valant au minimum 50% de la largeur axiale W de l'armature de ceinture.

[0017] Ainsi, la couche de rigidification permet d'utiliser pour la bande de roulement des mélanges considérablement plus tendres que dans les pneumatiques pour véhicules de tourisme et ceci sans préjudice significatif ni pour leur longévité kilométrique ni pour leur performance acoustique. Le matériau constitutif de la bande de roulement selon l'un des objets de l'invention est ainsi un matériau dont l'usage est habituellement limité à des applications en compétition seulement.

Brève description des figures

[0018] Les objets de l'invention sont maintenant décrits à l'aide du dessin annexé, dans lequel :

- la figure 1 représente de manière très schématique (sans respect d'une échelle spécifique), une coupe radiale d'un pneumatique conforme à un mode de réalisation de l'invention ;

- la figure 2a représente de manière schématique une vue partielle dans la direction radiale, avec écorchés, du sommet du pneumatique représenté à la figure 1 dans laquelle la nappe de renforcement fractionnée est positionnée radialement immédiatement au-dessus des nappes de ceinture sommet ;

2017PAT00155WO - la figure 2b représente une autre configuration où la nappe de renforcement fractionnée est positionnée radialement au-dessus d'une nappe de frettage contenant des câbles d'orientation proche de 0° ;

- la figure 3 est un schéma illustrant les paramètres principaux du fractionnement des éléments de renforcement visé par la présente invention ;

- les figures 4a et 4b illustrent deux variantes de réalisation de l'invention.

Description détaillée de l'invention

[0019] On voit à la figure 1 un pneumatique 1 comprenant un sommet 2, deux flancs 3 reliés chacun à un bourrelet 4. Le sommet 2 est relié de chaque côté à l'extrémité radialement extérieure de chacun des deux flancs. Le sommet 2 comporte une bande de roulement 5. La figure 1 indique un plan équatorial EP, plan perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique, situé à mi-distance des deux bourrelets 4 et passant par le milieu de l'armature de ceinture ; la figure 1 indique aussi, par des flèches disposées juste au-dessus de la bande de roulement 2, sur le plan équatorial EP, les directions axiale X, circonférentielle C et radiale Z.

[0020] Chaque bourrelet comporte une tringle 40 ; une nappe de carcasse 41 (également visible à la figure 2) est enroulée autour de chaque tringle 40. La nappe de carcasse 41 est radiale et est de manière connue en soi constituée par des câbles (dans ce cas de mise en œuvre, des câbles textiles) disposés sensiblement parallèlement les uns aux autres et s'étendant d'un bourrelet à l'autre de façon telle qu'ils forment un angle compris entre 80° et 90° avec le plan équatorial EP.

[0021] Le sommet 2 comporte (voir figures 1 et 2) une armature de ceinture comportant ladite nappe de carcasse 41 et deux nappes de ceinture 62, 63. De façon très classique, les nappes de ceinture 62, 63 sont formés par des câbles métalliques arrangés parallèlement entre eux. De façon bien connue, les éléments de renforcement que forment les câbles de la nappe de carcasse 41 et les câbles des nappes de ceinture 62, 63 sont orientés selon au moins trois directions différentes de façon à former une triangulation. L'armature de ceinture est de largeur axiale W, celle-ci étant mesurée d'une extrémité axiale à l'autre de la plus large (62) des nappes de ceinture, c'est-à-dire la plus large des nappes formant une triangulation avec la ou les nappes de carcasse.

[0022] La bande de roulement 5 comprend une pluralité de blocs de sculpture 50. Deux blocs de sculpture 50 axialement adjacents sont séparés par une rainure 7 s'étendant au moins en partie circonférentiellement ; chacune rainure 7 est délimitée radialement vers l'intérieur par un fond 70 de rainure.

[0023] L'armature de ceinture du pneumatique 1 comporte une nappe de frettage 64 constituée de renforts de frettage formés par des fibres organiques ou polyamide aromatique ou en aramide ou sont formés de câbles hybrides contenant des fibres d'aramide, lesdits renforts de frettage

2017PAT00155WO formant, avec la direction circonférentielle un angle au plus égal à 5°. Cette couche est disposée indifféremment radialement à l'intérieur ou à l'extérieur de la couche de rigidification 8. La nappe de frettage 64 comporte une seule couche de renforts de frettage. En variante d'exécution, la nappe de frettage est constituée de plusieurs couches de renforts de frettage.

[0024] Selon l'invention, le pneumatique 1 comporte une couche de rigidification 8 que l'on aperçoit aux figures 1 , 2a et 2b ; celle-ci est formée, selon un mode particulier de réalisation de l'invention, par des câbles en acier. Les câbles en acier sont des câbles 4.26, arrangés selon un angle de 90° avec un pas de 1 ,25 mm. La nappe de frettage 64 est disposée radialement à l'extérieur des nappes de ceinture 62, 63, et est disposée radialement intérieurement à la couche de rigidification 8. La couche de rigidification 8 est donc, dans cette variante, disposée radialement juste à l'extérieur de la nappe de frettage 64. La couche de rigidification 8 est disposée radialement et axialement sous la (ou, selon les modes de réalisation, sous au moins une) rainure 7 de la bande de roulement 5, donc sous le fond 70 de rainure 7.

[0025] Les éléments filaires de renfort de ladite couche de rigidification 8 (ici, les câbles) sont orientés essentiellement dans la direction méridienne : les expérimentations du déposant montrent que l'effet de rigidification selon l'invention est sensiblement obtenu avec un angle compris entre 50° et 90°, et de préférence un angle supérieur à 85°. La couche de rigidification telle que proposée par l'invention a en effet deux fonctions principales :

- réaliser une poutre de flexion de type « poutre sandwich composite » en travaillant avec la nappe carcasse ; la couche doit donc avoir un angle proche de la nappe carcasse pour renforcer la rigidité de flexion méridienne du sommet ;

- augmenter la rigidité de flexion sur chant de l'armature sommet, en augmentant la rigidité de cisaillement de la couche dans son plan ; celle-ci est maximale pour un angle de couche à 45°.

[0026] La plage d'angle indiquée ci-dessus permet ainsi de limiter les flexions dans le plan et hors plan du sommet du pneu sous un effort transversal en augmentant d'une part la rigidité de flexion méridienne du sommet (hors plan), ce qui limite le basculement des blocs de sculptures par flexion, et en augmentant d'autre part la rigidité de flexion sur chant du sommet (dans le plan radial).

[0027] A la figure 3, on voit le pas de fractionnement P, l'amplitude de recouvrement R, l'écart « Le » entre fractions et la longueur de fraction « Le ». A titre d'exemple, pour un pneumatique de dimension 225/45 R 17, pour un câble métallique comprenant 4 filaments de 0,26mm , des valeurs donnant de bonnes performances sont P = 1 ,25mm, R = 19,5mm, Le = 6mm ; on en déduit Le = 45mm. A la figure 3 ainsi qu'à la figure 4a, on voit qu'est interrompu un seul élément de renforcement à la fois circonférentiellement, tandis qu'à la figure 4b, on voit que sont interrompus

2017PAT00155WO deux éléments de renforcement à la fois circonférentiellement. Dans les deux variantes, la compression est transmise de câble en câble par cisaillement du caoutchouc présent entre câbles.

[0028] Le diamètre des éléments de renforcement (0 _fl |) visé par la présente invention est préférentiellement supérieur à 0,2 mm. Cette borne inférieure vise à éviter le flambement en compression lors des sollicitations de la nappe en usage.

[0029] De manière à ne pas augmenter le volume du pneumatique, la couche de rigidification selon l'invention peut se substituer avantageusement aux matériaux présents en général à la base de la bande de roulement. On trouve en général sous le fond de rainure une couche d'un matériau élastomérique de l'ordre de 2 mm qui amène une protection de l'armature de ceinture aux agressions que subit le pneumatique en usage. La couche de rigidification de la présente invention peut apporter une protection suffisante contre ces agressions, ce qui permet, sinon de la supprimer, au moins de diminuer l'épaisseur de ladite couche de matériau élastomérique dont on a parlé ci-dessus, par exemple réduire à au plus 1 ,5 mm au lieu de 2 mm, voire aller jusqu'à une épaisseur d'au moins 0,5 mm. Cette réduction d'épaisseur permet par ailleurs d'augmenter la rigidité de cisaillement de la bande de roulement et ainsi de contribuer à améliorer la tenue de route en transversal du véhicule.

[0030] Il est à noter que la couche de rigidification est en général un semi-fini comportant non seulement les câbles en acier mais aussi une gomme dite de calandrage. C'est en général le cas de toutes les nappes, que ce soit la ou les nappes de carcasse, les nappes de ceinture, la nappe de frettage : elles sont constituées par des éléments de renforcement filaires, monofilamentaires ou câblés, enrobés de gomme de calandrage les liant entre eux pour former un semi-fini de fabrication ; la gomme de calandrage est de composition choisie en général pour répondre à la fois aux impératifs de procédé de fabrication et aussi pour conférer au pneumatique en tant que produit fini des caractéristiques appropriées. Rappelons au passage qu'il existe des procédés de fabrication où la dépose de câbles de nappe de ceinture est faite fil par fil sur une ébauche de pneumatique en cours de construction, sans passer par l'étape de fabrication d'un semi-fini comme une nappe calandrée ; l'invention est compatible avec un tel procédé. Toutes ces considérations ne sont qu'un rappel de données techniques bien connues de l'homme du métier et ne font pas en soi partie de l'invention.

[0031] La couche de rigidification 8 s'étend axialement sur une largeur WR. A titre d'exemple, la largeur WR vaut 140 mm pour un pneumatique de dimension 225/45 R 17, soit 70% de la largeur W de l'armature sommet. De façon avantageuse, la couche de rigidification 8 est proche de la fibre neutre mécanique de l'ensemble structurel formé par le sommet 2 du pneumatique. Dans un autre mode de réalisation, au moins 70% de ladite largeur WR de la couche de rigidification est disposée d'un côté du plan médian EP, à savoir le côté destiné à être monté à l'extérieur du véhicule, c'est

2017PAT00155WO dire celui le plus sollicité dans des virages pris à vitesse soutenue. Dans certaines mises en œuvre de l'invention, le pneumatique est alors asymétrique. Cependant, ceci n'a aucun caractère impératif, le pneumatique selon l'invention pouvant très bien être symétrique axialement. De préférence, la couche de rigidification s'étend sur une largeur WR valant au minimum 50% de la largeur axiale W de l'armature de ceinture et de préférence au moins 70%. Avantageusement, la couche de rigidification s'étend sur une largeur WR valant au maximum 100% de la largeur axiale W de l'armature de ceinture.

[0032] L'invention trouve une application tout particulièrement intéressante lorsque les rainures 7 ou certaines d'entre elles s'étendent circonférentiellement. Il peut très bien s'agir de rainures qui ne sont pas orientées exactement circonférentiellement mais peuvent être obliques par rapport au plan équatorial EP ; comme les moyens de l'invention permettent de combattre efficacement la tendance au basculement de blocs de sculpture et la tendance à la flexion du sommet lorsque la bande de roulement est en gomme molle de façon à favoriser l'adhérence, et que la flexion du sommet et le basculement de la sculpture est particulièrement préjudiciable sur sollicitations du pneumatique dans le sens transversal, l'invention trouve un terrain d'application tout particulièrement intéressant en présence de rainures au moins en partie orientées circonférentiellement. Bien entendu , il peut en outre y avoir des rainures orientées principalement axialement, et dans ce cas l'invention permet de combattre le basculement des blocs de sculpture 50 en cas de sollicitation longitudinale, provenant d'un couple important, par exemple en freinage d'urgence. La couche de rigidification 8 fait partie de l'armature de ceinture du pneumatique 1 ; la couche de rigidification 8 est en liaison directe avec les nappes de ceinture 62, 63 et avec la nappe de frettage 64. Cela permet de rigidifier le sommet 2 et limite efficacement, voire empêche le basculement des blocs de sculpture 50 de la bande de roulement 5.

[0033] L'ajout de la couche de rigidification 8 contribue à un fort couplage mécanique avec les nappes de ceinture 62 et 63 en formant un triangle indéformable, et ce particulièrement au centre du pneu, lorsque le couplage est bien établi. Ainsi lorsque le pneumatique est centrifugé, le centre du pneumatique au voisinage du plan équateur EP ne se déforme pas alors que les épaules subissent une déformation (ou extension radiale) sous l'effet des forces d'inertie. Cette différence d'extension radiale sous l'effet de la centrifugation cause alors une certaine fragilité du pneumatique à hautes vitesses et peut causer une avarie prématurée du pneumatique. En conséquence, dans une mise en œuvre tout particulièrement avantageuse, l'invention comporte une frette particulièrement adaptée pour empêcher toute extension radiale significative selon le niveau de vitesse maximale que l'on se fixe pour le pneumatique.

[0034] Un moyen d'ajuster concrètement la conception d'un pneumatique en fonction d'un cahier des charges de performance donné consiste en ce que la nappe de frettage dépasse axialement d'au moins 3 mm et préférentiellement d'au moins 5 mm le bord de la plus large (62) des nappes

2017PAT00155WO de ceinture, pour renforcer la rigidité d'extension relative du pneu aux épaules. On reviendra sur cet aspect avec la description de la cinquième variante de réalisation ci-dessous. Un autre moyen consiste à utiliser des matériaux constitutifs de la nappe de frettage beaucoup plus rigide en extension, comme l'aramide ou des câbles hybrides contenant de l'aramide. Un autre moyen encore consiste à ce que cette nappe de frettage soit constituée de plusieurs couches de renforts à l'épaule, plus nombreuses qu'au centre du pneumatique, là où le couplage avec la couche de rigidification 8 joue déjà ce rôle. Enfin, citons encore un autre moyen qui consiste à ce que la nappe de frettage aux épaules soit précontrainte, soit parce qu'elle a été posée sur un tambour de fabrication à un rayon plus faible aux épaules qu'au centre, avant conformation du pneumatique dans la presse de vulcanisation, soit parce qu'elle a été posée sur un tambour de fabrication en tension avec une tension supérieure aux épaules qu'au centre.

Tests

[0035] L'invention a été testée en réalisant des pneumatiques dans la dimension 225/45 R 17. Le pneumatique de référence est un pneumatique MICHELIN Pilot Sport 3. Les pneumatiques de test sont tous dérivés du pneumatique MICHELIN Pilot Sport 3 pour les éléments non spécifiques de la présente invention et pour lesquels on ne trouve pas d'indication ci-dessous. Le véhicule utilisé est une Renault ® Clio RS™. Les résultats chronométriques indiqués concernent le temps nécessaire pour faire le tour du circuit indiqué, départ pneu froids, moyenne sur 3 tours. La couche de rigidification fractionnée utilisée ici est composée de câbles 4.26 au pas de 1 ,25mm, fractionnés en morceaux de 45mm espacés de 6mm le long de leur alignement.

[0036] Le tableau ci-dessus présente dans chaque cas le chrono avec et sans la couche de rigidification fractionnée. Le pneumatique de référence réalise un chrono en 2 minutes 21 ,8 secondes. La différence est jugée significative sur ce test lorsque l'on atteint un gain de 0,3 seconde.

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