Domaine de l’invention

[OOOlJLa présente invention concerne un pneumatique dont l’armature de sommet est simplifiée par rapport à des conceptions usuelles. Bien que non limitée à ce type d’application, l’invention est plus particulièrement décrite en référence à un pneumatique radial destiné à être monté sur véhicule tourisme ou camionnette.

Définitions

[0002]Par convention, on considère un repère (O, OX, OY, OZ), dont le centre O coïncide avec le centre géométrique du pneumatique, les directions circonférentielles OX, axiale OY, et radiale OZ désignent respectivement une direction tangente à la surface de roulement du pneumatique selon le sens de rotation, une direction parallèle à l’axe de rotation du pneumatique, et une direction orthogonale à l’axe de rotation du pneumatique.

[0003]Par radialement intérieur, respectivement radialement extérieur, on entend plus proche, respectivement plus éloigné de l’axe de rotation du pneumatique.

[0004]Par axialement intérieur, respectivement axialement extérieur, on entend plus proche, respectivement plus éloigné du plan équatorial du pneumatique, le plan équatorial du pneumatique étant le plan passant par le milieu de la bande de roulement du pneumatique et perpendiculaire à l’axe de rotation du pneumatique.

[0005]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. Un tel choix est motivé par en première approximation, l’axisymétrie de la géométrique du pneumatique autour de son axe de rotation.

[0006]Un pneumatique comprend un sommet, destiné à venir en contact avec un sol par l’intermédiaire d’une bande de roulement, dont les deux extrémités axiales sont reliées par l’intermédiaire de deux flancs à deux bourrelets assurant la liaison mécanique entre le pneumatique et la jante sur laquelle il est destiné à être monté.

[0007]Un pneumatique radial comprend en outre une armature de renforcement, constituée d’une armature de sommet, radialement intérieure à la bande de roulement, et d’une armature de carcasse, radialement intérieure à l’armature de sommet. [0008JL’ armature de sommet d’un pneumatique radial comprend une superposition de couches de sommet s’étendant circonférentiellement, radial ement à l’extérieur de l’armature de carcasse. Chaque couche de sommet est constituée de renforts parallèles entre eux et enrobés par un matériau polymérique de type élastomère ou mélange élastomérique. L’ensemble constitué par l’armature de sommet et la bande de roulement est appelé sommet.

[0009JL’ armature de carcasse d’un pneumatique radial concerné par l’invention comprend habituellement au moins une couche de carcasse constituée d’éléments de renforcement métalliques ou textiles enrobés chacune dans un mélange élastomérique d’enrobage. Dans au moins une couche de carcasse, les éléments de renforcement sont sensiblement parallèles entre eux et font, avec la direction circonférentielle, un angle compris entre 85° et 95°. Ladite au moins une couche de carcasse comprend une partie principale, reliant les deux bourrelets entre eux et s’enroule, dans chaque bourrelet, autour d’une structure annulaire de renforcement, qui est le plus souvent une tringle.

[OOlOJPar mélange élastomérique, on entend un matériau élastomérique obtenu par mélangeage de ses divers constituants. Un mélange élastomérique comprend classiquement une matrice élastomérique avec au moins un élastomère diénique de type caoutchouc naturel ou synthétique, au moins une charge renforçante de type noir de carbone et/ou de type silice, un système de réticulation le plus souvent à base de soufre, et des agents de protection. Pour certaines applications, les élastomères considérés peuvent également comprendre des thermoplastiques (TPE).

[OOllJPar f expression composition "à base de", il faut entendre une composition comportant le mélange et/ou le produit de réaction des différents constituants utilisés, certains de ces constituants de base étant susceptibles de, ou destinés à, réagir entre eux, au moins en partie, lors des différentes phases de fabrication de la composition, en particulier au cours de sa réticulation ou vulcanisation.

[0012]Par 1’ expression « partie en poids pour cent parties en poids d’ élastomère » (ou pce), il faut entendre au sens de la présente invention, la part, en masse pour cent parties d’ élastomère présent dans la composition de caoutchouc considérée.

[0013]Un mélange élastomérique peut être caractérisé mécaniquement, en particulier après cuisson, par ses propriétés dynamiques, telles qu’un module de cisaillement dynamique G*= (G’2+G”2)l/2, où G’ est le module élastique de rigidité de cisaillement et G” le module de cisaillement visqueux, et une perte dynamique Tanô=G”/G’. Le module de cisaillement dynamique G* et la perte dynamique Tanô sont mesurés sur un viscoanalyseur de type Metravib VA4000, selon la norme ASTM D 5992-96. On enregistre la réponse d’un échantillon de mélange élastomérique vulcanisé ayant la forme d’une sollicitation sinusoïdale en cisaillement simple alterné, à la fréquene de 10Hz, à une température de 100°C. On effectue avec un balayage en amplitude de déformation de 0,1% à 50% (cycle aller), puis de 50% à 0,1% (cycle retour). Pour le cycle aller, on indique la valeur maximale de tan(ô) observée, noté Tan(ô) max-

[0014]Un mélange élastomérique peut également être caractérisé par des propriétés mécaniques statiques. Les essais de traction permettent de déterminer les contraintes d'élasticité et les propriétés à la rupture. Sauf indication différente, ils sont effectués conformément à la norme française N F T 46-002 de septembre 1988. On mesure en seconde élongation (i.e. après un cycle d'accommodation) les modules sécants dits "nominaux" (ou contraintes apparentes, en MPa) à 10% d'allongement (noté "MA10") et 100% d'allongement ("MA100"). Toutes ces mesures de traction sont effectuées dans les conditions normales de température (23±2°C) et d'hygrométrie (50±5% d'humidité relative), selon la norme française NF T 40-101 (décembre 1979). On mesure également les contraintes à la rupture (en MPa) et les allongements à la rupture (en %), à une température de 23°C.

Technique antérieure

[0015]L’homme du métier, concepteur de pneumatique, sait que les fonctions attendues d’un pneumatique sont au moins au nombre de trois. Il s’agit dans un premier temps de porter la charge, résultant de la masse du véhicule et de toutes les surcharges liées aux mouvements dynamiques du véhicule ainsi que les surcharges aérodynamiques éventuelles à haute vitesse. Dans un deuxième temps il faut pouvoir guider le véhicule sur les trajectoires décidées par le conducteur, et enfin il faut transmettre au sol les efforts d'accélération ou de freinage décidés par le conducteur.

[0016JL’ armature de sommet est un élément essentiel qui contribue de manière décisive aux trois fonctions de porter, guider, et transmettre. En conception usuelle, Ladite armature de sommet avec au moins deux couches métalliques croisées ceinture l’armature de carcasse pour doter le pneumatique de la solidité nécessaire pour assumer sa fonction de porter.

[0017]La fonction Guider est aussi connue sous l’appellation "comportement routier". Il s’agit des réponses d’un ensemble véhicule/pneumatiques à des sollicitations multiples du conducteur (braquage, accélération, freinage...). Le comportement est à la fois essentiel en termes de sécurité pour la stabilité du véhicule mais également pour l’agrément de conduite.

[0018]Le pneu joue un rôle clé dans le comportement routier car il assure, en bout de chaîne, la transmission des efforts entre le véhicule et le sol afin de maintenir la trajectoire définie par le conducteur.

[0019]En virage, pour que le véhicule reste sur une trajectoire, il faut générer une force équivalente (mais de sens opposé) à la force centrifuge qui tend à éjecter le véhicule de la trajectoire. Cette force latérale doit être générée par les 4 pneus du véhicule pour vaincre la force centrifuge.

[0020]La déformation des pains de gomme en contact avec le sol génère un effort latéral. Le mécanisme qui permet au pneu de déformer les pains de gomme en virage est la mise en dérive. La dérive est l’angle entre la direction de la roue et la trajectoire suivie par le véhicule. En virage, cet angle n’est pas nul afin de permettre au pneumatique de déformer les pains de gomme de la bande de roulement et ainsi de générer les efforts latéraux nécessaires.

[0021]On appelle rigidité de dérive transversale la variation des efforts transversaux générés dans l’aire de contact du pneumatique en mouvement écrasé par la charge portée, en fonction de l’angle de dérive appliqué au pneumatique. La rigidité de dérive transversale s’exprime en Newton par degré (N/°).

[0022]Pour de faibles angles de dérive, c’est-à-dire des angles inférieurs à 10°, l’effort transversal, de direction parallèle à l’axe de rotation du pneumatique est proportionnel à l’angle de dérive. La rigidité de dérive transversale est égale à ce coefficient de proportionnalité.

[0023]La rigidité de dérive transversale est une propriété mécanique essentielle qui relie le pneumatique au véhicule et qui détermine la qualité du comportement du véhicule sur route.

[0024]L’ armature de sommet comprenant deux couches de renforts croisées contribue au développement des contraintes de cisaillements des mélanges de la bande de roulement dans l’aire de contact du pneumatique avec le sol de roulage, et donc de la rigidité de dérive.

[0025] Souvent, les pneumatiques de conception usuelle comprennent en plus des deux couches de sommet croisées, une couche supplémentaire de frettage comportant des renforts en textile, le plus souvent en polyamide (nylon) qui firette les deux couches de travail métalliques. Les renforts de la couche de frettage font un angle avec la direction circonférentielle comprise dans l’intervalle [-2.5° ; 2.5°]. Ce frettage de l’armature de travail apporte de la rigidité circonférentielle pour s’opposer aux efforts de centrifugation et pour permettre au pneumatique d’atteindre des vitesses de rotation élevées sans dommages.

[0026]Il s’ ensuit que l’armature de sommet d’un pneumatique radial de conception usuelle comprend en général au moins trois couches de sommet. D’une façon générale, plus de 200 matériaux entrent dans la composition d’un pneumatique tourisme.

[0027]Il existe donc un besoin de simplifier la conception des pneumatiques, c’est-à-dire concevoir des pneumatiques plus légers qui nécessitent moins de matières premières et d’énergie pour les transformer, qui durent plus longtemps pour en tirer le meilleur parti ; concevoir des pneus à faible résistance au roulement qui permettent une économie de carburant tout en continuant d’améliorer leur adhérence et leur comportement routier.

[0028]Dans le document EP2331350B1, une approche de la conception du sommet d’un pneumatique est présentée où le nombre de couches du sommet est réduit, limité au frettage de l’armature de carcasse par une seule bande complexe composite.

[0029]Dans les documents JPH10226204A, US5837077A, EP2334500B1, on trouve également des architectures simplifiées de sommets de pneumatiques qui utilisent le principe du frettage de l’armature de carcasse par une bande complexe. Les documents FR2981299A1, et WO02/085646A1 proposent aussi des améliorations en endurance avec des sommets comprenant des couches textiles ou métalliques.

[0030]Le principe de la bande complexe composite selon le document EP2331350B1 est de remplacer les deux couches de sommet croisées en enroulant circonférentiellement une bande complexe composite autour de l’armature de carcasse. Ladite bande complexe composite est formée de deux couches de renforts enrobés dans un mélange élastomérique.

[0031]Les inventeurs se sont donnés pour objectif d’apporter des évolutions à cette solution de sommet simplifié pour améliorer l’endurance d’un pneumatique tourisme quand il est gonflé, monté sur une jante, chargé par la masse portée et centrifugé à des vitesses supérieures à 180 km/h.

Exposé de l’invention

[0032]Ce but a été atteint par la conception d’un pneumatique pour véhicule automobile comprenant : deux bourrelets destinés à être montés sur une jante, deux couches de flancs reliées aux bourrelets, un sommet comportant une bande de roulement destinée à entrer en contact avec un sol, le sommet ayant un premier côté relié à l’extrémité radialement extérieure de l’une des deux couches de flancs et ayant un deuxième côté relié à l’extrémité radialement extérieure de l’autre des deux couches de flancs ; une armature de carcasse comprenant au moins une couche de carcasse s'étendant depuis les deux bourrelets à travers les couches de flancs jusqu'au sommet; ladite couche de carcasse comportant une pluralité d'éléments de renforcement de carcasse et étant ancrée dans les deux bourrelets par un retournement autour d’une tringle de renforcement, de manière à former dans chaque bourrelet une partie principale et un retournement; le sommet comprenant une armature de travail constituée par au moins un enroulement circonférentiel en spirale d’une bande complexe radialement extérieurement autour de l’armature de carcasse, ladite bande complexe étant composée de deux couches constituées de renforts en textile continus passant d’une couche à l’autre, lesdits renforts étant parallèles dans une couche, et croisés d’une couche à l’autre, avec des angles par rapport à la direction circonférentielle identiques en valeur absolue, lesdits renforts étant enrobés dans un mélange élastomérique ; ladite bande complexe ayant une largeur axiale Lband comprise entre [25 mm ; 40mm], et la distance radiale entre les centres de deux renforts adjacents d’une première couche radialement intérieure et d’une deuxième couche radialement extérieure de la bande complexe est inférieure à une fois et demi le diamètre d’un renfort desdites couches, ledit pneumatique étant caractérisé en ce que les renforts en textile des couches de la bande complexe ont un module d’extension mesuré à 2% de déformation compris entre [10 GPa ; 100 Gpa], et en ce que la rigidité axiale Ra de chaque couche de ladite bande complexe est comprise dans l’intervalle [3500 N/mm ; 16500 N/mm], la rigidité axiale étant calculée à partir de la section S d’un renfort en mm ² , de son module d’extension E2, à 2% de déformation en MPa, et de la densité de renforts, De, dans la couche selon la formule Ra = E2 x S x De.

[0033]Un pneumatique de l’invention se distingue des conceptions usuelles, par la présence d’une armature de sommet résultant de l’enroulement circonférentiel en spirale d’une bande complexe autour de l’armature de carcasse. L’invention répond à l’objectif de simplification des inventeurs par le remplacement des deux nappes de sommet, et de la couche de frettage additionnelle des solutions pneumatiques usuelles, par une bande complexe enroulée autour de l’armature de carcasse.

[0034]La largeur de la bande complexe et les renforts la composant doivent vérifier des conditions mécaniques et géométriques bien définies pour que l’invention fonctionne.

[0035] Selon les inventeurs, les propriétés mécaniques des renforts de chaque couche de la bande complexe doivent être définies de manière à permettre l’atteinte d’un état mécaniquement couplé dans chaque bande complexe.

[0036]Dans le cadre de l’invention, un état mécaniquement couplé dans une bande complexe d’au moins deux couches comprenant chacune des renforts enrobés dans un mélange élastomérique est défini sur un pneumatique gonflé, monté sur une jante, en étant soumis à une pression de gonflage de 250kPa. Dans ces conditions de sollicitations, l’état mécaniquement couplé dans une bande complexe est atteint quand les déformations de cisaillements dans les directions axiales et radiales dans le mélange élastomérique situé radial ement entre les renforts sont constantes sur toute la largeur axiale de l’empilement. Dans ces conditions, la rigidité d’extension dans les renforts est maximale, et la bande complexe contribue au maximum de son potentiel au fonctionnement du sommet.

[0037]Une première condition pour atteindre le couplage mécanique dans la bande complexe est d’avoir la distance radiale entre les centres de deux renforts adjacents d’une première et d’une deuxième couches de la bande complexe, inférieure à une fois et demi le diamètre d’un renfort desdites couches. Une deuxième condition est d’avoir une largeur axiale suffisante de la bande complexe pour permettre l’atteinte du couplage. Selon les inventeurs, dans le cadre des pneumatiques tourisme et camionnette une largeur de la bande complexe comprise entre [25mm ; 40mm] est suffisante.

[0038]Le critère de couplage mécanique des couches d’une bande complexe s’exprime en fonction du diamètre des renforts desdites couches. Pour déterminer le diamètre d’un renfort textile, on utilise un appareil qui, à l’aide d'un récepteur composé d'un système optique collecteur, d'une photodiode et d'un amplificateur, permet de mesurer l’ombre du renfort éclairé par un faisceau LASER de lumière parallèle avec une précision de 0.1 micromètre. Un tel appareil est commercialisé par exemple par la société Z-Mike, sous la référence « 1210 ». La méthode consiste à fixer sur une table mobile motorisée, sous une prétension standard de 0,5 centinewton par tex (cN/tex), un échantillon du renfort dont on souhaite mesurer le diamètre, ayant subi un conditionnement préalable. Solidaire de la table mobile, le renfort est déplacé perpendiculairement au système de mesure d’ombre portée à une vitesse de 25 mm/s et coupe orthogonal ement le faisceau LASER. Au moins 200 mesures d’ombres portées sont effectuées sur une longueur de 420 mm de câblé ; la moyenne de ces mesures d’ombre portée représente le diamètre du renfort.

[0039]En complément des critères géométriques précédents, les propriétés mécaniques du textile doivent être prises en compte pour parvenir au pneumatique de l’invention. A partir de la courbe contraintes/déformations d’un matériau textile choisi, on détermine son module d’extension pour une déformation de 2%. Ledit module d’extension, selon les inventeurs, doit être compris dans l’intervalle [10 GPa ; 100 Gpa], Cette première caractéristique permet une première sélection des textiles candidats.

[0040]Une deuxième caractéristique est liée à la capacité du sommet d’un pneumatique de l’invention à résister aux efforts de traction. En tenant compte de la diversité dimensionnelle des pneumatiques tourisme, la rigidité axiale d’une couche d’une bande complexe est comprise dans l’intervalle [3500 N/mm ; 16500 N/mm], Une telle plage de variation de la rigidité axiale permet de couvrir aussi bien des petites dimensions en 13 pouces, que des dimensions les plus grosses au-delà de 18 pouces.

[0041]Il est connu qu’un pneumatique tourisme, monté sur une jante et gonflé à une pression de gonflage de 250 kPa, est soumis à des tensions réparties au sommet qui dépendent de la dimension du pneumatique. Alors que l’état de l’art préconise en règle générale d’utiliser des renforts métalliques en acier pour concevoir le sommet du pneumatique, les inventeurs ont constaté qu’un sommet avec des renforts en textile est également une solution viable quand les renforts en textile sont choisis de façon appropriée pour résister aux efforts de traction.

[0042]En ce qui concerne la fourniture de la bande complexe, elle peut être préalablement obtenue selon un procédé consistant à écraser un tube, lui-même formé par l’enroulement en spires jointives selon un angle donné par rapport à la direction longitudinale du tube, d’une bandelette dans laquelle des éléments de renforcements sont parallèles entre eux et à la direction longitudinale de ladite bandelette et enrobés dans un mélange polymérique. La largeur de la bandelette est ajustée en fonction de l’angle avec lequel les spires sont enroulées, de manière à rendre les spires jointives.

[0043]Lors de l’écrasement dudit tube, les spires étant parfaitement jointives, la bande complexe obtenue est constituée de deux couches d’éléments de renforcement continus passant d’une couche à l’autre, lesdits éléments de renforcement étant parallèles dans une couche et croisés d’une couche à l’autre avec des angles par rapport à la direction circonférentielle identiques en valeur absolue. La réalisation d’un tube avec des spires jointives permet d’obtenir des éléments de renforcement linéaires dans chacune des couches, exception faite des extrémités axiales de chacune des couches, au niveau desquelles les éléments de renforcement forment des boucles pour assurer la continuité d’une couche à l’autre.

[0044]Dans les pneumatiques de conception classique, l’armature de sommet est obtenue par la pose successive de deux couches croisées de renforts sur un tambour de finition. La condition aux limites de contrainte nulle à l’extrémité des renforts sectionnés des couches est à l’origine de cisaillements élevés en bords de couches, qui peuvent entraîner des fissurations dans le mélange d’enrobage des renforts. Ces fissurations se propagent selon la direction axiale et peuvent aller jusqu’à créer un clivage du sommet du pneumatique. La direction circonférentielle est une autre direction de propagation possible générant un déchaussement mécanique du mélange d’enrobage autour du renfort.

[0045]La réalisation de l’armature de travail selon la solution de l’invention permet d’éviter ces endommagements du pneumatique. L’absence de renforts à bord libre protège l’armature de travail des cisaillements excessifs de bords de couches connus avec les sommets classiques. Les mélanges de bordure utilisés dans les conceptions classiques de sommet pour bloquer les cisaillements excessifs de bords de couches ne sont plus nécessaires avec la technologie d’enroulement d’une bande complexe, ce qui conduit à une simplification de l’armature de travail et une diminution concomitante de son coût d’obtention.

[0046]La combinaison des caractéristiques principales de l’invention à savoir le choix approprié en termes de module d’extension des renforts textiles, et de rigidité axiale d’une bande complexe, et le choix d’une largeur suffisante pour permettre le couplage mécanique des deux couches de la bande complexe, conduisent au pneumatique de l’invention. Ce pneumatique est caractérisé en ce que son armature de travail est formée d’un enroulement circonférentiel en spirale d’une bande renforcée par des renforts textiles qui frette l’armature de carcasse. D’autres caractéristiques, ou d’autres modes de réalisation de l’invention concourent à améliorer la robustesse du pneumatique de l’invention.

[0047]Préférentiellement, les renforts des couches d’une bande complexe sont des câbles textiles, chaque câble étant obtenu par un retordage d’une torsion T2 de N brins d’un matériau textile dans une direction donnée DI (respectivement sens S ou Z), avec N>1, chaque brin résultant d’un surtordage d’une torsion Tl d’un filé dudit matériau textile, dans une direction opposée D2 (respectivement Z ou S).

[0048]La matière première entrant dans la fabrication d’un câble textile est le filé stocké par enroulement sur des bobines de 4 à 12 kg. C’est une mèche plate composée de filaments élémentaires continus, identiques tant par l’aspect que par les propriétés mécaniques, ladite mèche est issue directement des installations de filage. Un filé est défini généralement par la nature du matériau qui constitue les filaments (PET, Nylon, Rayonne, Aramide) ; sa masse linéique qui est exprimée en tex et qui représente la masse en gramme de 1000 m de filé ; du nombre de filaments élémentaires constituant le filé (200 à 1500), et du degré d’entremêlage des filaments élémentaires.

[0049] A partir des filés, on réalise des câbles textiles, à double torsion (Tl, T2), qui sont préparés par un procédé dit de retordage (« twisting ») dans lequel : au cours d'une première étape, le surtordage, chaque filé ou fibre multifilamentaire (en anglais « yarn ») constitutive du câblé final est tout d'abord individuellement tordue sur elle-même (selon une torsion initiale Tl) dans une direction donnée DI (respectivement sens S ou Z), pour former un brin (en anglais « strand ») dans lequel les filaments élémentaires se voient imposés une déformation en hélice autour de l'axe de fibre (ou axe du brin) ; puis, au cours d'une seconde étape, le retordage, plusieurs brins, généralement au nombre de deux, trois ou quatre, de natures identiques ou différentes dans le cas de câblés dits hybrides ou composites, sont ensuite retordus ensemble selon une torsion finale T2 (pouvant être égale à ou différente de Tl) en direction opposée D2 (respectivement sens Z ou S, selon une nomenclature reconnue désignant l'orientation des spires selon la barre transversale d'un S ou d'un Z), pour l'obtention du câblé (en anglais « cord ») ou assemblage final à plusieurs brins.

[0050]Le rôle du retordage est d'adapter les propriétés du matériau afin de créer la cohésion transversale du renfort, d’améliorer l’endurance aux sollicitations en compression et de répartir les contraintes sur tous les filaments. Cette étape du procédé de retorderie s’accompagne d’une baisse de la force de rupture et du module longitudinale et d’une augmentation de l’endurance à la fatigue avec l’augmentation de la torsion. En définitif, le procédé est paramétré de manière à obtenir un compromis entre la résistance à la fatigue et la force de rupture.

[0051]Le procédé d’obtention du câble se poursuit par une phase d’encollage de manière à assurer la liaison entre le câble et le mélange élastomérique qui l’entoure. La qualité de l’interface textile/mélange influence la performance en fatigue du câble encollé.

[0052]Avantageusement, le nombre N de brins d’un câble textile est compris entre 2 et 6, et préférentiellement N = 2. Un exemple d’un tel câble est le A-140/2 250/300, ce qui signifie que le câble est composé de l’assemblage de deux brins en aramide avec un titre 140 tex chacun. La torsion des filés pendant la phase de surtordage est de 250 tours par mètre, et celle des brins pendant la phase de retordage est de 300 tours par mètre.

[0053]Quand N=2, un procédé industriel de câblage direct permet en une seule étape de fabrication de réaliser le surtordage et le retordage ce qui entraîne un gain significatif en productivité. En revanche, quand N=3, le surtordage et le retordage sont faits en deux opérations distinctes pour réaliser des constructions à 3 brins.

[0054] Avantageusement, la torsion de surtordage Tl, et la torsion de retordage T2 sont identiques, et inférieures ou égales à 500 tours par mètre, préférentiellement inférieures ou égales à 350 tours par mètre, et encore plus préférentiellement inférieures ou égales à 150 tours par mètre.

[0055]Préférentiellement, les filés sont constitués d’un assemblage hybride de filaments de matériaux textiles tels qu’un polyamide nylon, un polyester (PET), une rayonne, une aramide, et encore plus préférentiellement, les filés sont constitués d’un assemblage homogène de filaments en aramide.

[0056]Les propriétés mécaniques des filés en aramide, et en particulier, sa tenue à la traction le prédispose pour un usage de renforts dans les couches de sommet d’un pneumatique.

[0057]Avantageusement, le titre des câbles en aramide composant les couches d’une bande complexe est supérieur ou égal à 55 tex, préférentiellement supérieur ou égal à 167 tex, et encore plus préférentiellement supérieur ou égal à 330 tex, le titre étant la masse linéique du câble, c’est-à-dire la masse exprimée en gramme pour mille mètres de câble.

[0058] Avantageusement, le module sécant du mélange élastomérique d’enrobage des renforts d’une couche d’une bande complexe, mesuré à 10% de déformation est compris dans l’intervalle [3 MPa ; 18MPa], Selon les inventeurs, en choisissant un mélange élastomérique d’enrobage des renforts avec un tel module sécant (MA10), le couplage mécanique dans chaque couche est facilité. En cumulant, les épaisseurs des couches de mélange d’enrobage avec le diamètre des renforts, on en déduit que l’épaisseur radiale d’une bande complexe est comprise dans l’intervalle [0.5 mm ; 2 mm], et préférentiellement dans l’intervalle [0.5 mm ; 1.5 mm], et de façon corrélée l’épaisseur radiale d’une couche de la bande complexe est égale à la moitié de l’épaisseur d’une bande complexe.

[0059]Selon un mode de réalisation de l’invention, le pas de pose d’un enroulement circonférentiel en spirale étant la distance axiale parcourue en un tour complet autour de l’armature de carcasse, au moins un enroulement circonférentiel en spirale se fait selon un pas de pose égal à la largeur de la bande complexe.

[0060]Dans ce mode de réalisation, les bandes complexes sont juxtaposées sur toute la largeur axiale de l’armature de carcasse, et l’armature de travail est équivalente mécaniquement à celle d’un pneumatique où les couches de travail sont posées de façon usuelle. C’est le mode de réalisation de l’invention le plus simple et le moins coûteux. Selon un autre mode de réalisation, l’enroulement circonférentiel en spirale se fait selon un pas de pose égal à la moitié de la largeur de la bande complexe, ce qui conduit à des chevauchements de la bande complexe en créant des surépaisseurs quand il y a superposition des bandes complexes dans la direction radiale. L’avantage de ce mode de réalisation est d’assurer un frettage plus important autour de l’armature de carcasse pour améliorer l’endurance du pneumatique, sa solidité pour porter davantage de charges, et sa capacité à créer davantage de rigidité de dérive. Dans cette optique, l’armature de travail peut comprendre, alternativement au choix précédent, un deuxième enroulement circonférentiel en spirale autour du premier enroulement autour de l’armature de carcasse.

[0061]Selon un autre mode de réalisation préféré de l’invention, au moins une portion de l’armature de travail comprenant deux bandes complexes superposées radialement, la distance radiale entre les centres de deux renforts d’une couche d’une première bande complexe et d’une deuxième couche d’une deuxième bande complexe en contact l’une de l’autre est inférieure à une fois et demi le diamètre d’un renfort desdites couches.

[0062]Dans cet autre mode de réalisation, on recherche un deuxième couplage mécanique entre les bandes complexes superposées radialement, de manière à utiliser tout le potentiel de rigidité de l’armature de travail. Au couplage à l’intérieur d’une bande complexe vient s’ajouter un deuxième couplage radial entre bandes complexes. [0063JD’ autres modes de réalisation de l’invention sont accessibles grâce à la technologie de réalisation de la bande complexe qui peut présenter des dissymétries matérielles ou géométriques. On peut avoir un mode de réalisation où l’épaisseur radiale du mélange d’enrobage des renforts d’une couche radial ement la plus extérieure d’une bande complexe, est différente de celle de la couche radialement la plus intérieure, ou encore un mode de réalisation tel que le mélange d’enrobage des renforts d’une couche, radialement la plus extérieure, d’une bande complexe comprend une composition à base d’une matrice de polyisoprène de caoutchouc naturel ou de synthèse, d’un système de réticulation, et d’une charge renforçante à un taux global au plus égal à 50 pce, et comprenant majoritairement du noir de carbone à un taux au moins égal à 20 pce, et au plus égal à 50 pce. Dans ce dernier cas, le compromis de performance recherché peut conduire à un mélange d’enrobage principalement chargé en noir de carbone pour par exemple garantir une faible résistivité électrique. Un autre mode de réalisation peut être motivé par la recherche d’une faible hystérèse et conduire à un mélange d’enrobage des renforts d’une couche, radialement la plus extérieure, d’une bande complexe comprend une composition à base d’une matrice de polyisoprène de caoutchouc naturel, ou de synthèse, d’un système de réticulation, et d’une charge renforçante à un taux global au plus égal à 50 pce, et comprenant majoritairement de la silice à un taux au moins égal à 30 pce, et au plus égal à 50 pce.

[0064]Le module de rigidité élastique de cisaillement des mélanges d’enrobage des renforts est aussi un autre levier pour décaler le compromis de performances recherché. Les modes de réalisation suivants peuvent être pertinents quand le contexte s’y prête, où les mélanges d’enrobage des renforts des couches d’une bande complexe ont un module élastique de cisaillement supérieur ou égal à 5MPa, préférentiellement supérieur ou égal à 7 Mpa, et encore plus préférentiellement supérieur ou égal à 12 MPa.

Brève description des dessins

[0065]D’ autres détails et caractéristiques avantageux de l’invention ressortiront ci-après de la description des exemples de réalisation de l’invention en référence aux figures qui représentent des vues méridiennes de schémas d’un pneumatique selon des modes de réalisation de l’invention. Les figures ne sont pas représentées à l’échelle pour en simplifier la compréhension. [0066]La figure 1 comprend une vue 1-A qui montre une section d’un pneumatique de l’invention dans un plan méridien, et une vue 1-B qui représente un pneumatique de conception usuelle.

[0067]Les figures 2-A, 2-B montrent des armatures de travail d’un pneumatique de l’invention. La figure 2-A est un cliché pris sur pneumatique réellement fabriqué, et la figure 2-B, en est un schéma simplifié.

[0068]Les figures 3 -A, et 3 -B illustrent le principe d’obtention des bandes complexes à partir d’un tube hélicoïdal comprimé.

[0069]La figure 4-A est une vue détaillée de la bande complexe, la figure 4-B illustre le surtordage de deux filés en aramide pour former deux brins en illustrant les deux directions possibles « S » ou « Z » de surtordage.

[0070]La figure 4-C montre le retordage des deux brins précédents pour former un câble, utilisé dans les couches d’une bande complexe.

Description détaillée de l’invention

[0071]L’invention a été mise en œuvre sur un pneumatique tourisme de dimension 235/55R19, selon la norme de spécifications de l’ETRTO (Organisation Technique Européenne des jantes et Pneumatiques). Un tel pneumatique avec une indice de charge de 101, peut porter une charge de 825 kilos, gonflé à une pression de 250 kPa. La jante de montage de mesure a une largeur de 7.5 pouces. La largeur boudin du pneumatique, c’est-à- dire la distance axiale entre les deux points du profil extérieur symétriques par rapport à Taxe (OZ), et axialement les plus extérieurs est de 245 mm.

[0072] Sur la figure 1-A, le pneumatique de référence générale 1 comprend une armature de carcasse 40 constituée d’une couche de carcasse 41 qui comporte une partie principale 52, reliant deux bourrelets 50 entre eux et s’enroulant, dans chaque bourrelet 50 autour d’une structure annulaire de renforcement. La structure annulaire de renforcement est une tringle 51 qui comprend un élément rigide circonférentiel le plus souvent métallique entouré d’au moins un matériau, de manière non exhaustive, élastomérique ou textile. L’enroulement de la couche de carcasse 41 autour de la tringle 51 va de l’intérieur vers l’extérieur du pneumatique 1 pour former un retournement 53, comprenant une extrémité radialement extérieure. Le retournement 53, dans chaque bourrelet 50, permet l’ancrage de la couche de carcasse 41 à la tringle 51 du bourrelet 50.

[0073]Les éléments de renforcement de la couche de carcasse 41 sont sensiblement parallèles entre eux et font, avec la direction circonférentielle, un angle compris entre 85° et 95°.

[0074]Chaque bourrelet 50 comprend une couche de bourrage 55 prolongeant radialement vers l’extérieur la tringle 51. La couche de bourrage 55 est constituée d’au moins un mélange élastomérique de bourrage. La couche de bourrage sépare axialement la partie principale 52 et le retournement 53 de l’armature de carcasse 4L

[0075]Chaque bourrelet 50 comprend également une couche de protection 54 prolongeant radialement vers l’intérieur le flanc 30 et axialement extérieur au retournement 53. La couche de protection 54 est également au moins en partie en contact par sa face axialement extérieure avec un crochet d’une jante 100. La couche de protection 54 est constituée d’au moins un mélange élastomérique de protection.

[0076]Le pneumatique 1 comporte en outre une armature de sommet 20 comprenant une armature de travail 22, formée par l’enroulement circonférentiel en spirale d’une bande complexe 21, d’une largeur axiale de 34 mm, autour de l’armature de carcasse 40. Ladite bande complexe 21 comprend deux couches constituées chacune, de câbles en textile aramide, enrobés dans un mélange élastomérique. Chaque câble en aramide est obtenu par le retordage de deux brins sous une torsion de 315 tours/mètre, chacun desdits deux brins étant issus d’un surtordage d’un filé composé d’un ensemble homogène de filaments d’ aramide. La torsion de surtordage est également de 315 tours par mètre. Le câble résultant a un diamètre de 0.64 mm, et l’épaisseur radiale de la couche de mélange d’enrobage autour des câbles, mesurée dans un plan méridien, est de 0.4 mm. Le pas des câbles qui représente la distance axiale entre les centres de deux câbles successifs d’une couche est de 1 mm. L’angle moyen des câbles au centre de la bande complexe avec la direction circonférentielle est de 20° dans une première couche, et de -20° dans une deuxième couche. L’enroulement circonférentiel en spirale autour de l’armature de carcasse 40 commence à partir d’un premier point PI, et se poursuit dans la direction axiale jusqu’à un deuxième point P2, de manière à ce que la distance axiale (Pl, P2) soit comprise entre 75% et 90% de la largeur boudin du pneumatique 1. Comme il a été dit précédemment, la largeur boudin du pneumatique étudié est de 245 mm.

[0077]0n appelle, pas de pose de la bande complexe, la distance axiale parcourue par un point de la bande complexe 21 après un tour complet autour de l’armature de carcasse 40. Sur la figure 1-A, le pas de pose est égal à la largeur de la bande complexe de manière à obtenir un enroulement circonférentiel en spirale jointif.

[0078]Une sous couche 23 constitué d’un mélange élastomérique est disposée radialement à l’extérieur de l’armature de sommet 20. Une bande de roulement 10 est posée radialement sur la sous couche 23 ; c’est cette bande de roulement 10 qui assure le contact du pneumatique 1 avec un sol. Le pneumatique 1 représenté est un pneu « tubeless » : il comprend une « gomme intérieure » 80 en composition caoutchouteuse imperméable au gaz de gonflage, recouvrant la surface intérieure du pneumatique.

[0079]La figure 1-B est un pneumatique de conception usuelle. Il diffère du pneumatique de l’invention par son armature de travail qui est composée de deux couches en forme de nappes (24,25), chacune composée de renforts métalliques enrobés dans un mélange élastomérique, et croisés d’une couche à l’autre. Les deux nappes (24, 25) sont posées radialement extérieurement à l’armature de carcasse 40 entre les points PI et P2. Radialement extérieurement à l’armature de travail est posée la sous couche 23.

[0080]La figure 2-A est un cliché d’une vue partielle grossie de l’armature de travail. La bande complexe 21 comprend deux couches (211, 212) formés de câbles en aramide enrobés d’un mélange élastomérique. L’armature de travail est obtenue après deux d’enroulements circonférentiel en spirale de la bande complexe 21 autour de l’armature de carcasse 40. Le deuxième enroulement radialement extérieurement est posé en décalé par rapport au premier enroulement, de manière à créer localement des superpositions radiales de bandes complexes. Le décalage est obtenu en démarrant le deuxième enroulement en un point diamétralement opposé à PL

[0081]La figure 2-B est une représentation schématique de la figure 2-A, où la largeur Lband de la bande complexe est représentée.

[0082]Les figures 3-A, 3-B illustrent le principe de réalisation des bandes complexes 21. La bande complexe 21 est obtenue selon un procédé qui consiste à écraser un tube formé par l’enroulement en spires jointives selon un angle donné par rapport à la direction longitudinale du tube, d’une bandelette dans laquelle des éléments de renforcements sont parallèles entre eux et à la direction longitudinale de ladite bandelette et enrobés dans un mélange polymérique. Lors de l’écrasement du tube, les spires étant parfaitement jointives, la bande complexe 21 obtenue est constituée de deux couches d’éléments de renforcement (211, 212) continus passant d’une couche à l’autre. [0083]La réalisation d’un tube avec des spires jointives permet d’obtenir des éléments de renforcement linéaires dans chacune des couches, exception faite des extrémités axiales de chacune des couches, au niveau desquelles les éléments de renforcement forment des boucles pour assurer la continuité d’une couche à l’autre.

[0084]L’ angle alpha entre les spires et la direction circonférentielle est comprise entre 10° et 45°. Dans la bande complexe, les deux couches la constituant sont croisées : les angles des renforts avec la direction circonférentielle sont opposés d’une couche à l’autre, et identiques en valeur absolue. Leur valeur moyenne mesurée au centre de la bande complexe varie entre 10° et 45°.

[0085]La figure 4-A est une représentation détaillée d’une bande complexe de référence générale 21 comprenant une première et une deuxième couches (211, 212). Chaque couche (211, 212) comprend des renforts 220 enrobés dans un mélange élastomérique. Les renforts sont des câbles résultant de l’assemblage des fils unitaires 221.

[0086]la figure 4-B montre deux brins 221 obtenus l’un par un surtordage en S, et l’autre par un surtordage en Z de filés composés de faisceaux de filaments d’aramide.

[0087]La figure 4-C illustre le principe de fabrication du câble textile, avec par exemple, le surtordage de deux filés en Z, qui sont ensuite retordus dans le sens contraire en S pour obtenir un câble.

[0088]Pour la dimension du pneumatique étudiée, la force de rupture du câble 220 en aramide d’assemblage A-167/2 315/315 est 480 N, et le pas entre deux renforts successifs est de 1 mm. La distance entre les centres des câbles d’un première couche 211 et d’une deuxième couche 212 est inférieure ou égale à 3 fois le rayon d’un câble d’une des couches de la bande complexe 21 (le schéma n’est pas à l’échelle).

[0089]Des configurations de pneumatiques de l’invention ont été testées pour bien mettre en exergue les performances apportées par l’invention. Les résultats de ces tests sont comparés à ceux obtenus pour un pneumatique témoin. La dimension retenue est la même à savoir la 235/55R19 pour le témoin et les pneus de l’invention fabriqués.

[0090]Le témoin Tl est conforme au schéma de la figure 1-B, correspond à un pneumatique de conception usuelle qui comprend une première et une deuxième nappes de sommet croisées avec un angle des câbles avec la direction circonférentielle de 27°. Le câble est obtenu par assemblage de 3 fils unitaires en acier de 18/100 de millimètre. La couche de mélange élastomérique d’enrobage est dotée d’une épaisseur de 0.18 mm, et a un module élastique de cisaillement de 7.6 MPa. Classiquement, les deux nappes sont posées successivement autour de l’armature de carcasse sur toute la largeur du sommet.

[0091]Le premier pneumatique PI, conforme à l’invention (figure 2-B) comprend une armature de sommet qui est constituée de deux enroulements circonférentiels en spirale d’une bande complexe 21 autour de l’armature de carcasse. Le premier enroulement commence à partir d’un premier point PI, et se poursuit dans la direction axiale jusqu’à un deuxième point P2, de manière à ce que la distance axiale (Pl, P2) soit comprise entre 75% et 90% de la largeur boudin du pneumatique.

[0092]Le point de départ du deuxième enroulement circonférentiel en spirale est diamétralement opposé au point de départ du premier enroulement. Le pas de pose de chaque enroulement circonférentiel en spirale est égal à la largeur axiale de la bande complexe. La largeur de la bande complexe est de 34 mm, les angles des renforts des couches avec la direction circonférentielle est 20° en valeur absolue en moyenne, mesurés au centre de la bande complexe. Le pas entre deux câbles consécutifs d’une couche de la bande complexe est de 1 mm.

[0093]Enfin le deuxième pneumatique P2 conforme à l’invention (non représenté) comprend une armature de sommet qui est constituée d’un seul enroulement circonférentiel en spirale d’une bande complexe 21. Le pas de pose de la bande complexe est égal à la moitié de sa largeur axiale, si bien que les bandes complexes se chevauchent radialement le long du sommet dans la direction axiale, créant local des surépaisseurs de deux bandes complexes radialement superposées. Le pas de pose est donc égal à 17 mm.

[0094JD’ abord un test d’endurance a été effectué sur chacun des pneumatiques. Ce test consiste à mesurer la résistance à la déchéance d’un pneumatique en contact avec un volant en rotation et soumis à des cycles de sollicitations en charges, pression et vitesse.

[0095]Des tests de résistance au roulement ont été opérés selon la norme ISO 28580. Pour un pneumatique testé, le résultat est le coefficient de résistance au roulement qui représente le rapport de la force de résistance à l’avancée du véhicule par hystérèse des pneumatiques divisé par la charge portée.

[0096]Les mesures de rigidités de dérive transversale ont été mesurées sur des machines de mesures dédiées comme par exemple celles commercialisées par la société MTS.

[0097]Le bruit de roulement a été mesuré conformément au règlement UNECE/R117, du conseil économique de l’Organisation des Nations unies pour l’Europe. [0098]Un résultat supérieur (respectivement inférieur) à 100% signifie une amélioration (respectivement une dégradation) de la performance considérée.

[0099]Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau qui suit :

[00100] [Tableau 1]

[OOlOlJLes pneumatiques de l’invention sont à un niveau de performances supérieur à celui des témoins en endurance. Selon les inventeurs, le frettage de l’armature de carcasse pour un enroulement d’une bande complexe permet de mieux résister aux efforts de centrifugation lors du roulage des pneumatiques de l’invention. [00102]Le bruit de roulement est nettement amélioré par rapport au témoin bien que le sommet des pneumatiques de l’invention ait été significativement modifié.

[00103]La rigidité de dérive des pneumatiques de l’invention est à la baisse en comparaison du témoin.

[00104]0n observe un gain sur les masses des pneumatiques de l’invention concomitant de la simplification de la fabrication de l’armature de sommet.