EP4087970B1

EP4087970B1 - Câble multi-torons à une couche à énergie à rupture améliorée et à allongement total amélioré

Info

Publication number: EP4087970B1
Application number: EP20845790.3A
Authority: EP
Inventors: Gaël PATAUT; Henri Barguet; Lucas LAUBY; Olivier REIX
Original assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 2020-01-07
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2024-08-28
Anticipated expiration: 2040-12-18
Also published as: CN114929963A; KR20220116335A; JP2023509076A; WO2021140287A1; CN114929963B; US20230349097A1; EP4087970A1

Description

L'invention concerne des câbles, un produit renforcé et un pneumatique comprenant ces câbles.
On connait de l'état de la technique, notamment du document WO2016/131862 un pneumatique pour véhicule de génie civil à armature de carcasse radiale comprenant une bande de roulement, deux bourrelets inextensibles, deux flancs reliant les bourrelets à la bande de roulement et une armature de sommet, disposée circonférentiellement entre l'armature de carcasse et la bande de roulement. Cette armature de sommet comprend plusieurs nappes renforcées par des éléments de renforts tels que des câbles métalliques, les câbles d'une nappe étant noyés dans une matrice élastomérique de la nappe.
On connait également de l'état de la technique le document EP0376272 portant sur des câbles présentant une structure 1 × N.
L'armature de sommet comprend une armature de travail, une armature de protection et éventuellement d'autres armatures, par exemple une armature de frettage.
L'armature de protection comprend une ou plusieurs nappes de protection comprenant plusieurs éléments filaires de renfort de protection. Chaque élément filaire de renfort de protection est un câble présentant une structure 1xN. Le câble comprend une unique couche de N=4 torons enroulés en hélice à un pas p3=20 mm. Chaque toron comprend, d'une part, une couche interne de M=3 fils internes enroulés en hélice à un pas p1=6,7 mm et une couche externe de V=8 fils externes enroulés en hélice autour de la couche interne à un pas p2=10 mm. Chaque fils interne et externe présente un diamètre égal à 0,35 mm et l'allongement total du câble est de 6%.
D'une part, lors du passage du pneumatique sur des obstacles, par exemple sous la forme de cailloux, ces obstacles risquent de perforer le pneumatique jusqu'à atteindre l'armature de sommet. Ces perforations permettent l'entrée d'agents corrosifs dans l'armature de sommet du pneumatique et en réduisent la durée de vie.
D'autre part, on a observé que les câbles des nappes de protection peuvent présenter des ruptures consécutives à des déformations et des efforts relativement importants exercés sur le câble, notamment lors du passage du pneumatique sur des obstacles.
L'invention a pour but un câble permettant de réduire, voire de supprimer, le nombre de rupture et le nombre de perforation.
A cet effet l'invention a pour objet un câble multi-torons présentant une structure 1xN comprenant une unique couche de N torons enroulés en hélice autour d'un axe principal (A), chaque toron étant à une couche de fils métalliques et comprenant M>1 fils métalliques enroulés en hélice autour d'un axe (B), dans lequel :

le câble présente un allongement total At >8,10 % déterminé par la norme ASTM D2969-04 de 2014 ; et
l'indicateur d'énergie à rupture Er du câble défini par $Er = \int_{0}^{At} σ (Ai) \times dAi$
avec σ(Ai) étant la contrainte de traction en MPa mesurée à l'allongement Ai et dAi étant l'allongement tel que Er est strictement supérieur à 52 MJ/m³.

Grâce à l'allongement total relativement élevé et à l'énergie à rupture du câble relativement élevée, le câble selon l'invention permet de réduire les perforations et donc d'allonger la durée de vie du pneumatique. En effet, les inventeurs à l'origine de l'invention ont découvert qu'un câble moins rigide que celui de l'état de la technique est plus performant à l'encontre des obstacles. Les inventeurs ont trouvé qu'il était plus efficace d'épouser l'obstacle grâce à un câble présentant une rigidité moindre plutôt que de tenter de rigidifier et de renforcer autant que possible les câbles pour s'opposer aux déformations imposées par les obstacles comme cela est enseigné d'une manière générale dans l'état de la technique. En épousant les obstacles, on diminue l'effort s'opposant aux obstacles et donc le risque de perforer le pneumatique. Cet effet de diminution de la rigidité est illustré sur la figure 7 où sous la contrainte le câble selon l'invention présente une bonne déformabilité sous faible charge grâce au jeu radial des fils.
Grâce à l'allongement total relativement élevé, à l'énergie à rupture du câble relativement élevée, le câble selon l'invention permet également de réduire le nombre de rupture. En effet, les inventeurs à l'origine de l'invention ont découvert que le critère déterminant pour réduire les ruptures du câbles n'était pas uniquement la force à rupture comme cela est largement enseigné dans l'état de la technique mais l'indicateur d'énergie à rupture représenté dans la présente demande par l'aire sous la courbe de contrainte en fonction de l'allongement comme illustré en partie sur la figure 4. En effet, les câbles de l'état de la technique présentent soit une force à rupture relativement élevée mais un allongement à rupture relativement faible, soit un allongement à rupture relativement élevé mais une force à rupture relativement faible. Dans les deux cas, les câbles de l'état de la technique rompent sous un indicateur d'énergie à rupture relativement faible. Le câble selon l'invention, du fait de son allongement total relativement élevé présente un allongement à rupture nécessairement relativement élevé. De façon synergique, le module relativement faible permet de repousser l'allongement à rupture du fait d'une pente de la courbe contrainte-allongement dans le domaine élastique relativement faible. Enfin et surtout, les inventeurs ont découvert que l'augmentation de l'allongement total permettait, comme cela est démontré par les tests comparatifs ci-après, d'une part, de repousser l'allongement à rupture et donc d'augmenter la contrainte, ce qui permet d'augmenter l'énergie à rupture.
Tout intervalle de valeurs désigné par l'expression « entre a et b » représente le domaine de valeurs allant de plus de a à moins de b (c'est-à-dire bornes a et b exclues) tandis que tout intervalle de valeurs désigné par l'expression « de a à b » signifie le domaine de valeurs allant de la borne « a » jusqu'à la borne « b » c'est-à-dire incluant les bornes strictes « a » et « b ».
L'allongement total At, grandeur bien connue de l'homme du métier, est déterminé par exemple en appliquant la norme ASTM D2969-04 de 2014 à un câble testé de façon à obtenir une courbe contrainte-allongement. On déduit l'At sur la courbe obtenue comme l'allongement, en %, correspondant à la projection sur l'axe des allongements du point de rupture du câble sur la courbe contrainte -allongement, c'est-à-dire le point auquel la charge croît jusqu'à une valeur maximale de contrainte puis décroît brusquement après la rupture. Lorsque la décroissance par rapport à la contrainte dépasse un certain seuil cela signifie que la rupture du câble a eu lieu.
L'indicateur d'énergie à rupture Er du câble est déterminé en calculant l'aire sous la courbe de traction contrainte en fonction de l'allongement par la relation $Er = \int_{0}^{At} σ (Ai) \times dAi$
. Cet indicateur d'énergie à rupture représente une densité volumique d'énergie en MJ/m³. La méthode des rectangles est classiquement employée pour atteindre cette aire : la contrainte de traction sigma(Ai) étant exprimée en MPa mesurée à l'allongement Ai exprimé en % sans unité ; pour i=0 : Ai=0 = A0 = 0% d'allongement et pour i=t : Ai=t = At : allongement à rupture totale du câble. L'indicateur d'énergie à rupture Er est ainsi la somme de (1/2( σ(Ai) + σ(Ai+1)) x (Ai+1 - Ai) pour i allant de 0 à t. Pour cette intégration, l'échantillonnage des rectangles est défini de telle sorte que les largeurs définies par (Ai+1 - Ai) sont sensiblement égales à 0.025% soit 4 rectangles pour 0.1% d'allongement tel que représenté sur la figure 4.
Dans l'invention, le câble comprend une unique couche de N torons, c'est-à-dire qu'il comprend un assemblage constitué d'une couche de torons, ni plus ni moins, c'est-à-dire que l'assemblage a une couche de torons, pas zéro, pas deux, mais uniquement une.
De façon avantageuse, le sens d'enroulement de chaque toron est opposé au sens d'enroulement du câble.
Par sens d'enroulement d'une couche de torons, on entend le sens formé par les torons par rapport à l'axe du câble. Le sens d'enroulement est communément désigné par la lettre soit Z, soit S.
Les sens d'enroulement des torons sont déterminés conformément à la norme ASTM D2969-04 de 2014.
Le câble selon l'invention est à simple hélice. Par définition, un câble à simple hélice est un câble dans lequel l'axe de chaque toron de la couche décrit une unique hélice autour d'un axe principal, contrairement à un câble à double hélice dans lequel l'axe de chaque toron décrit une première hélice autour de l'axe du câble et une deuxième hélice autour d'une hélice décrite par l'axe du câble. En d'autres termes, lorsque le câble s'étend selon une direction sensiblement rectiligne, le câble comprend une unique couche de torons enroulés ensemble en hélice, chaque toron de la couche décrivant une trajectoire en forme d'hélice autour d'un axe principal sensiblement parallèle à la direction sensiblement rectiligne de sorte que, dans un plan de coupe sensiblement perpendiculaire à l'axe principal, la distance entre le centre de chaque toron de la couche et l'axe principal soit sensiblement constante et égale pour tous les torons de la couche. Au contraire, lorsqu'un câble à double hélice s'étend selon une direction sensiblement rectiligne, la distance entre le centre de chaque toron de la couche et la direction sensiblement rectiligne est différente pour tous les torons de la couche.
De la même façon que décrit plus haut pour le câble, chaque toron selon l'invention est à simple hélice. Par définition, un toron à simple hélice est un toron dans lequel l'axe de chaque élément filaire métallique de la couche décrit une unique hélice, contrairement à un toron à double hélice dans lequel l'axe de chaque élément filaire métallique décrit une première hélice autour de l'axe du toron et une deuxième hélice autour d'une hélice décrite par l'axe du toron. En d'autres termes, lorsque le toron s'étend selon une direction sensiblement rectiligne, le toron comprend une unique couche d'éléments filaires métallique enroulés ensemble en hélice, chaque élément filaire métallique de la couche décrivant une trajectoire en forme d'hélice autour d'un axe principal sensiblement parallèle à la direction sensiblement rectiligne de sorte que, dans un plan de coupe sensiblement perpendiculaire à l'axe principal, la distance entre le centre de chaque élément filaire métallique de la couche et l'axe principal soit sensiblement constante et égale pour tous les éléments filaires métalliques de la couche. Au contraire, lorsqu'un toron à double hélice s'étend selon une direction sensiblement rectiligne, la distance entre le centre de chaque élément filaire métallique de la couche et la direction sensiblement rectiligne est différente pour tous les éléments filaires métalliques de la couche.
Le câble selon l'invention est dépourvu d'âme centrale métallique. On parle également de câble de structure 1xN dans laquelle N est le nombre de torons ou bien encore de câble à structure ouverte (« open-cord » en anglais). Dans le câble selon l'invention défini ci-dessus, la voûte interne est vide et donc dépourvue de tout matériau de remplissage, notamment dépourvue de toute composition élastomérique. On parle alors d'un câble dépourvu de matériau de remplissage.
Par élément filaire, on entend un élément s'étendant longitudinalement selon un axe principal et présentant une section perpendiculaire à l'axe principal dont la plus grande dimension G est relativement faible par rapport à la dimension L selon l'axe principal. Par relativement faible, on entend que L/G est supérieur ou égal à 100, de préférence supérieur ou égal à 1000. Cette définition couvre aussi bien les éléments filaires de section circulaire que les éléments filaires de section non circulaire, par exemple de section polygonale ou oblongue. De façon très préférée, chaque élément filaire métallique présente une section circulaire.
Par métallique, on entend par définition un élément filaire constitué majoritairement (c'est-à-dire pour plus de 50% de sa masse) ou intégralement (pour 100% de sa masse) d'un matériau métallique. Chaque élément filaire métallique est préférentiellement en acier, plus préférentiellement en acier perlitique ou ferrito-perlitique au carbone, appelé couramment par l'homme du métier acier au carbone, ou encore en acier inoxydable (par définition, acier comportant au moins 10,5% de chrome).
De préférence, les fils métalliques et les torons ne subissent pas de préformation. En d'autres termes, le câble est obtenu par un procédé dépourvu d'étapes de préformation individuelle de chacun des éléments filaires métalliques et de chacun des torons.
Avantageusement, l'allongement total At ≥ 8,30 % et de préférence At ≥ 8,50%.
Avantageusement, l'allongement total At ≤ 20,00 % et de préférence At ≤ 16, 00%.
Avantageusement, l'indicateur d'énergie à rupture Er du câble (50) est supérieur ou égal à 55 MJ/m³.
De préférence, l'indicateur d'énergie à rupture Er du câble (50) est inférieur ou égale à 200 MJ/m³et de préférence inférieur ou égal à 150 MJ/m³.
De préférence, le câble présente un allongement structural As déterminé par la norme ASTM D2969-04 de 2014 tel que As> 4,30%, de préférence As ≥ 4,50% et plus préférentiellement As ≥ 4,60%.
De préférence, le câble présente un allongement structural As déterminé par la norme ASTM D2969-04 de 2014 tel que As ≤ 10,0 % et de préférence As ≤ 9,50%.
L'allongement structural As, grandeur bien connue de l'homme du métier, est déterminé par exemple en appliquant la norme ASTM D2969-04 de 2014 à un câble testé de façon à obtenir une courbe force-allongement. On déduit l'As sur la courbe obtenue comme l'allongement, en %, correspondant à la projection sur l'axe des allongement de l'intersection entre la tangente à la partie structurale de la courbe force-allongement et la tangente à la partie élastique de la courbe force-allongement. Pour rappel, une courbe force-allongement comprend, en se déplaçant vers les allongements croissants, une partie structurale, une partie élastique et une partie plastique. La partie structurale correspond à l'allongement structural As résultant de l'aération du câble, c'est-à-dire l'espace vacant entre les différents torons métalliques constituants le câble. La partie élastique correspond à un allongement élastique résultant de la construction du câble, notamment des angles des différentes couches et des diamètres des torons. La partie plastique correspond à l'allongement plastique résultant de la plasticité (déformation irréversible au-delà de la limite d'élasticité) d'un ou plusieurs éléments filaires métalliques des torons.
De préférence, le câble présente un module sécant E1 allant de 3,0 à 10,0 GPa et de préférence allant de 3,5 à 8,5 GPa.
Le câble selon l'invention peut ainsi avoir une déformation importante à faible effort et une première rigidité basse.
Le module sécant E1 est la pente de la droite reliant l'origine de la courbe contrainte-allongement obtenue dans les conditions de la norme ASTM D 885/D 885M - 10a de 2014 au point d'abscisse 1% de cette même courbe.
De préférence, le câble présente un module tangent E2 allant de 50 à 180 GPa et de préférence de 55 à 150 GPa.
Ainsi le câble selon l'invention présente une rigidité minimum pour permettre la reprise ou la transmission d'effort.
Le module tangent E2 est calculé comme suit sur la courbe contrainte-allongement obtenue dans les conditions de la norme ASTM D 885/D 885M - 10a de 2014: E2 correspond au module tangent maximum du câble sur la courbe force-allongement.
L'invention a également pour objet un câble extrait d'une matrice polymérique, le câble extrait présentant structure 1xN comprenant une unique couche de N torons enroulés en hélice autour d'un axe principal (A), chaque toron étant à une couche de fils métalliques et comprenant M>1 fils métalliques enroulés en hélice autour d'un axe (B), dans lequel :

le câble extrait (50') présente un allongement total At' ≥ 5,00 % déterminé par la norme ASTM D2969-04 de 2014,
l'indicateur d'énergie à rupture Er' du câble extrait (50') défini par $Er' = \int_{0}^{At'} σ (Ai) \times dAi$
avec σ(Ai) étant la contrainte de traction en MPa mesurée à l'allongement Ai et dAi étant l'allongement tel que Er' est strictement supérieur à 35 MJ/m³.

De préférence, la matrice polymérique est une matrice élastomérique.
La matrice polymérique, de préférence élastomérique, est à base d'une composition polymérique, de préférence élastomérique.
Par matrice polymérique, on entend une matrice comprenant au moins un polymère. La matrice polymérique est ainsi à base d'une composition polymérique.
Par matrice élastomérique, on entend une matrice comprenant au moins un élastomère. La matrice élastomérique préférentielle est ainsi à base de la composition élastomérique.
Par l'expression "à base de", il faut entendre que la composition comporte le mélange et/ou le produit de réaction in situ des différents constituants utilisés, certains de ces constituants pouvant réagir et/ou étant destinés à réagir entre eux, au moins partiellement, lors des différentes phases de fabrication de la composition ; la composition pouvant ainsi être à l'état totalement ou partiellement réticulé ou à l'état non-réticulé.
Par composition polymérique, on entend que la composition comprend au moins un polymère. De préférence, un tel polymère peut être un thermoplastique, par exemple un polyester ou un polyamide, un polymère thermodurcissable, un élastomère, par exemple du caoutchouc naturel, un élastomère thermoplastique ou un mélange de ces polymères
Par composition élastomérique, on entend que la composition comprend au moins un élastomère et au moins un autre composant. De préférence, la composition comprenant au moins un élastomère et au moins un autre composant comprend un élastomère, un système de réticulation et une charge. Les compositions utilisables pour ces nappes sont des compositions conventionnelles pour calandrage d'éléments filaires de renfort et comprennent un élastomère diénique, par exemple du caoutchouc naturel, une charge renforçante, par exemple du noir de carbone et/ou de la silice, un système de réticulation, par exemple un système de vulcanisation, de préférence comprenant du soufre, de l'acide stéarique et de l'oxyde de zinc, et éventuellement un accélérateur et/ou retardateur de vulcanisation et/ou divers additifs. L'adhésion entre les fils métalliques et la matrice dans laquelle ils sont noyés est assurée par exemple par un revêtement métallique, par exemple une couche de laiton.
Les valeurs des caractéristiques décrites dans la présente demande pour le câble extrait sont mesurées sur ou déterminées à partir de câbles extrait d'une matrice polymérique, notamment élastomérique, par exemple d'un pneumatique. Ainsi, par exemple sur un pneumatique, on retire la bande de matière radialement à l'extérieur du câble à extraire de façon à apercevoir le câble à extraire affleurer radialement de la matrice polymérique. Ce retrait peu se faire par décorticage au moyens de pinces et de couteaux ou bien par rabotage. Puis, on dégage l'extrémité du câble à extraire au moyen d'un couteau. Puis, on tire sur le câble de façon à l'extraire de la matrice en appliquant un angle relativement faible de façon à ne pas plastifier le câble à extraire. Les câbles extraits sont alors nettoyés soigneusement, par exemple au moyen d'un couteau, de façon à détacher les restes de matrice polymérique accrochés localement au câble et en prenant soin de ne pas dégrader la surface des fils métalliques.
De préférence, l'allongement total At' est tel que At' ≥ 5,20%.
De préférence, l'indicateur d'énergie à rupture Er' du câble (50) est supérieur ou égal à 40 MJ/m³.
Les caractéristiques avantageuses décrites ci-dessous s'appliquent indifféremment au câble tel que défini ci-dessus et au câble extrait.
Avantageusement, le câble est tel que les torons définissent une voûte interne du câble de diamètre Dv, chaque toron présentant un diamètre Dt et un rayon de courbure d'hélice Rt défini par Rt=Pe/(π x Sin(2αe)) avec Pe le pas de chaque toron exprimé en millimètres et αe l'angle d'hélice de chaque toron (54), dans lequel Dv, Dt et Rt étant exprimés en millimètres :25 ≤ Rt / Dt ≤ 180 et 0,10 ≤ Dv / Dt ≤ 0,50.
Le câble selon l'invention présente une excellente compressibilité longitudinale et, toutes choses étant égales par ailleurs, un diamètre relativement faible.
D'une part, les inventeurs à l'origine de l'invention émettent l'hypothèse que, du fait d'un rayon de courbure Rt suffisamment élevé par rapport au diamètre Dt de chaque toron, le câble est suffisamment aéré, réduisant ainsi le risque de flambement, du fait de l'éloignement relativement important de chaque toron de l'axe longitudinal du câble, éloignement permettant aux torons une accommodation, de par leur hélice, des déformations de compression longitudinale relativement élevées. Au contraire, le rayon de courbure Rt de chaque toron du câble de l'état de la technique étant relativement faible par rapport au diamètre Dt, les éléments filaires métalliques sont plus proches de l'axe longitudinal du câble et peuvent accommoder, de par leur hélice, des déformations de compression longitudinale bien moindres que le câble selon l'invention.
D'autre part, pour un rayon de courbure Rt de chaque toron trop élevé, le câble selon l'invention présenterait une rigidité longitudinale en compression insuffisante pour assurer un rôle de renforcement, par exemple de pneumatiques.
De plus, pour un diamètre Dv de voûte interne trop élevé, le câble présenterait, relativement au diamètre des torons, un diamètre trop élevé.
Les valeurs des caractéristiques Dt, Dv et Rt ainsi que des autres caractéristiques décrites ci-dessous sont mesurées sur ou déterminées à partir des câbles soit directement après fabrication, c'est-à-dire avant toute étape de noyage dans une matrice élastomérique, soit extrait d'une matrice élastomérique, par exemple d'un pneumatique, et ayant alors subit une étape de nettoyage durant laquelle on retire du câble toute matrice élastomérique, notamment tout matériau présent à l'intérieur du câble. Pour garantir un état d'origine, l'interface adhésive entre chaque élément filaire métallique et la matrice élastomérique doit être supprimée, par exemple par procédé électro-chimique dans un bain de carbonate de sodium. Les effets associés à l'étape de conformation du procédé de fabrication du pneumatique décrits ci-dessous, notamment l'allongement des câbles, sont annulés par l'extraction de la nappe et du câble qui reprennent, lors de l'extraction, sensiblement leurs caractéristiques d'avant l'étape de conformation.
La voûte du câble selon l'invention est délimitée par les torons et correspond au volume délimité par un cercle théorique, d'une part, radialement intérieur à chaque toron et, d'autre part, tangent à chaque toron. Le diamètre de ce cercle théorique est égal au diamètre de voûte Dv.
L'angle d'hélice de chaque toron αe est une grandeur bien connue de l'homme du métier et peut être déterminé par le calcul suivant : tan αe = 2xπ x Re/Pe, formule dans laquelle Pe est le pas exprimé en millimètres dans lequel chaque toron est enroulé, Re est le rayon d'hélice de chaque toron exprimé en millimètres, et tan désigne la fonction tangente. αe est exprimé en degrés.
Le diamètre d'hélice De, exprimé en millimètres, est calculé selon la relation De=Pe x Tan(αe) / π dans laquelle Pe est le pas exprimé en millimètres auquel chaque toron est enroulé, αe est l'angle d'hélice de chaque toron déterminé ci-dessus et Tan la fonction tangente. Le diamètre d'hélice De correspond au diamètre du cercle théorique passant par les centres des torons de la couche dans un plan perpendiculaire à l'axe principal du câble.
Le diamètre de voûte Dv, exprimé en millimètres, est calculé selon la relation Dv=De-Dt dans laquelle Dt est le diamètre de chaque toron et De le diamètre d'hélice, tous deux exprimés en millimètres.
Le rayon de courbure Rt, exprimé en millimètres, est calculé selon la relation Rt=Pe/(π x Sin(2αe)) dans laquelle Pe est le pas exprimé en millimètres de chaque toron, αe est l'angle d'hélice de chaque toron et Sin la fonction sinus.
On rappelle que le pas auquel chaque toron est enroulé est la longueur parcourue par cet élément filaire, mesurée parallèlement à l'axe du câble dans lequel il se trouve, au bout de laquelle toron ayant ce pas effectue un tour complet autour dudit axe du câble.
Avantageusement, le câble est tel que les éléments filaires métalliques définissent une voûte interne du toron de diamètre Dvt, chaque élément filaire métallique présentant un diamètre Df et un rayon de courbure d'hélice Rf défini par Rf=P/(π x Sin(2α)) avec P le pas de chaque élément filaire métallique exprimé en millimètres et α l'angle d'hélice de chaque élément filaire métallique (F1), Dvt, Df et Rf étant exprimés en millimètres, le câble satisfaisant les relations suivantes : 9 ≤ Rf / Df ≤ 30, et 1,30 ≤ Dvt / Df ≤ 4,50.
La voûte de chaque toron est délimitée par les fils métalliques et correspond au volume délimité par un cercle théorique, d'une part, radialement intérieur à chaque élément filaire métallique et, d'autre part, tangent à chaque élément filaire métallique. Le diamètre de ce cercle théorique est égal au diamètre de voûte Dvt.
L'angle d'hélice de chaque élément filaire métallique α est une grandeur bien connue de l'homme du métier et peut être déterminé par le calcul suivant : tan α = 2xπ x R/P, formule dans laquelle P est le pas exprimé en millimètres dans lequel chaque toron est enroulé, R est le rayon d'hélice de chaque toron exprimé en millimètres, et tan désigne la fonction tangente. α est exprimé en degrés.
Le diamètre d'hélice Dh, exprimé en millimètres, est calculé selon la relation Dh=P x Tan(α) / π dans laquelle P est le pas exprimé en millimètres auquel chaque élément filaire métallique est enroulé, α est l'angle d'hélice de chaque élément filaire métallique déterminé ci-dessus et Tan la fonction tangente. Le diamètre d'hélice Dh correspond au diamètre du cercle théorique passant par les centres des éléments filaires métalliques de la couche dans un plan perpendiculaire à l'axe principal du câble.
Le diamètre de voûte du toron Dvt, exprimé en millimètres, est calculé selon la relation Dvt=Dh-Df dans laquelle Df est le diamètre de chaque élément filaire métallique et Dh le diamètre d'hélice, tous deux exprimés en millimètres.
Le rayon de courbure Rf, exprimé en millimètres, est calculé selon la relation Rf=P/(π x Sin(2α)) dans laquelle P est le pas exprimé en millimètres de chaque élément filaire métallique, α est l'angle d'hélice de chaque élément filaire métallique et Sin la fonction sinus.
On rappelle que le pas auquel chaque élément filaire métallique est enroulé est la longueur parcourue par cet élément filaire, mesurée parallèlement à l'axe du câble dans lequel il se trouve, au bout de laquelle l'élément filaire ayant ce pas effectue un tour complet autour dudit axe du câble.
Les caractéristiques optionnelles décrites ci-dessous pourront être combinées les unes avec les autres dans la mesure où de telles combinaisons sont techniquement compatibles.
Dans un mode de réalisation avantageux, tous les éléments filaires métalliques présentent le même diamètre Df.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un câble comprenant :

une étape de fabrication de N torons par :
- une étape de fourniture d'un assemblage transitoire comprenant une couche constituée de M'>1 fils métalliques enroulés en hélice autour d'un noyau transitoire ;
- une étape de séparation de l'assemblage transitoire entre :
  - un premier assemblage fractionné comprenant une couche constituée de M1'≥1 fil(s) métallique(s) enroulé(s) en hélice, le ou les M1' fil(s) métallique(s) étant issu(s) de la couche constituée de M'>1 fils métalliques de l'assemblage transitoire ,
  - un deuxième assemblage fractionné comprenant une couche constituée de M2'>1 fils métalliques enroulés en hélice, les M2' fils métalliques étant issus de la couche constituée de M'>1 fils métalliques de l'assemblage transitoire ,
  - le noyau transitoire ou un ou plusieurs ensembles comprenant le noyau transitoire ,
  - une étape de réassemblage du premier assemblage fractionné avec le deuxième assemblage fractionné pour former un toron à une couche de fils métalliques et comprenant M>1 fils métalliques ;
  - une étape d'assemblage des N torons par câblage pour former le câble.

Chaque toron est fabriqué conformément à un procédé et en mettant en oeuvre une installation décrits dans les documents WO2016083265 et WO2016083267 . Un tel procédé mettant en oeuvre une étape de fractionnement est à distinguer d'un procédé de câblage classique comprenant une unique étape d'assemblage dans lequel les éléments filaires métalliques sont enroulés en hélice, l'étape d'assemblage étant précédée d'une étape de préformation individuelle de chaque élément filaire métallique afin notamment d'augmenter la valeur de l'allongement structural. De tels procédés et installations sont décrits dans les documents EP0548539 , EP1000194 , EP0622489 , WO2012055677 , JP2007092259 , WO2007128335 , JPH06346386 ou encore EP0143767 . Lors de ces procédés, afin d'obtenir l'allongement structural le plus élevé possible, on préforme individuellement les monofilaments métalliques. Toutefois, cette étape de préformation individuelle des monofilaments métalliques, qui nécessite une installation particulière, d'une part, rend le procédé relativement peu productif par rapport à un procédé dépourvu d'étape de préformation individuelle sans pour autant permettre d'atteindre des allongements structuraux élevés et, d'autre part, altère les monofilaments métalliques ainsi préformés en raison des frottements avec les outils de préformation. Une telle altération crée des amorces de ruptures en surface des monofilaments métalliques et est donc néfaste pour l'endurance des monofilaments métalliques, notamment pour leur endurance en compression. L'absence ou la présence de telles marques de préformation est observable au microscope électronique à l'issue du procédé de fabrication, ou bien plus simplement, en connaissant le procédé de fabrication du câble.
En raison du procédé utilisé, chaque élément filaire métallique du câble est dépourvu de marque de préformation. De telles marques de préformation comprennent notamment des méplats. Les marques de préformations comprennent également des fissures s'étendant dans des plans de coupe sensiblement perpendiculaires à l'axe principal selon lequel s'étend chaque élément filaire métallique. De telles fissures s'étendent, dans un plan de coupe sensiblement perpendiculaire à l'axe principal, depuis une surface radialement externe de chaque élément filaire métallique radialement vers l'intérieur de chaque élément filaire métallique. Comme décrits ci-dessus, de telles fissures sont initiées par les outils mécaniques de préformation en raison des efforts en flexion, c'est-à-dire perpendiculairement à l'axe principal de chaque élément filaire métallique, ce qui les rend très néfastes pour l'endurance. A l'inverse, dans le procédé décrit dans WO2016083265 et WO2016083267 dans lequel les éléments filaires métalliques sont préformés collectivement et simultanément sur un noyau transitoire, les efforts de préformations sont exercés en torsion et donc non perpendiculairement à l'axe principal de chaque élément filaire métallique. Les éventuelles fissures créées s'étendent non pas radialement depuis la surface radialement externe de chaque élément filaire métallique radialement vers l'intérieur de chaque élément filaire métallique mais le long de la surface radialement externe de chaque élément filaire métallique ce qui les rend peu néfastes pour l'endurance.
Avantageusement, le câble présente un diamètre D tel que D ≤ 6,00 mm et de préférence D ≤ 5,00 mm.
Le diamètre ou diamètre apparent, noté D, est mesuré en calant le câble entre deux barreaux parfaitement rectilignes de longueur 200 mm et en mesurant l'espacement dans lequel le câble est enchâssé moyennant le comparateur décrit ci- après. on peut citer par exemple le modèle JD50/25 de la marque KAEFER permettant d'atteindre une précision de 1/100 de millimètre, équipé de touche type a, et ayant une pression de contact proche de 0,6N. Le protocole de mesure consiste en trois répétitions d'une série de trois mesures (effectuées perpendiculairement à l'axe du câble et sous tension nulle)
Dans un mode de réalisation, chaque élément filaire métallique comprend un unique monofilament métallique. Ici, chaque élément filaire métallique est avantageusement constitué d'un monofilament métallique. Dans une variante de ce mode de réalisation, le monofilament métallique est directement revêtu d'une couche d'un revêtement métallique comprenant du cuivre, du zinc, de l'étain, du cobalt ou un alliage de ces métaux, par exemple le laiton ou le bronze. Dans cette variante, chaque élément filaire métallique est alors constitué du monofilament métallique, par exemple en acier, formant une âme, directement revêtu de la couche de revêtement métallique.
Dans ce mode de réalisation, chaque monofilament élémentaire métallique est, comme décrit-ci-dessus, de préférence en acier, et présente une résistance mécanique allant de 1000 MPa à 5000 MPa. De telles résistances mécaniques correspondent aux grades d'acier couramment rencontrés dans le domaine du pneumatique, à savoir, les grades NT (Normal Tensile), HT (High Tensile), ST (Super Tensile), SHT (Super High Tensile), UT (Ultra Tensile), UHT (Ultra High Tensile) et MT (Mega Tensile), l'utilisation de résistances mécaniques élevées permettant éventuellement un renforcement amélioré de la matrice dans laquelle le câble est destiné à être noyé et un allègement de la matrice ainsi renforcée.
Avantageusement, la couche est constituée de N torons enroulés en hélice, N va de 2 à 6.
Le procédé d'assemblage des N torons est mis en oeuvre par câblage. Par câblage, on entend que les torons ne subissent pas de torsion autour de leur propre axe, en raison d'une rotation synchrone avant et après le point d'assemblage. Ceci a pour avantage principal d'augmenter la ductilité des câbles mais aussi d'aller chercher une force à rupture plus importante que celles des torons opencord seuls.
Dans un premier mode de réalisation permettant un réassemblage partiel des M' éléments filaires métalliques, l'étape de séparation et l'étape de réassemblage sont réalisées de sorte que M1'+M2'<M'.
Dans un deuxième mode de réalisation permettant un réassemblage total des M' éléments filaires métalliques, l'étape de séparation et l'étape de réassemblage sont réalisées de sorte que M 1'+M2'=M'.
Les caractéristiques avantageuses décrites ci-dessous s'appliquent indifféremment au procédé des premier et deuxième modes tel que défini ci-dessus.
De préférence, M= M1'+M2' va de 3 à 18 et de préférence de 4 à 15.
Avantageusement, afin de faciliter la sortie du noyau transitoire dans les modes de réalisation dans lesquels le noyau transitoire est séparé en deux parties allant chacune avec les premier et deuxième assemblages fractionnés:

M1'=1, 2 ou 3 et M2'=1,2 ou 3 dans les cas où M'=4 ou M'=5 et
M1' ≤ 0,75 x M' dans les cas où M'≥6.
M2' ≤ 0,75 x M' dans les cas où M'≥6.

Afin de faciliter encore davantage la sortie du noyau transitoire dans les modes de réalisation dans lesquels le noyau transitoire est séparé en deux parties allant chacune avec les premier et deuxième assemblages dans les cas où M'≥6, M1' ≤ 0,70 x M' et M2' ≤ 0,70 x M'.
De façon très préférentielle, l'étape de fourniture de l'assemblage transitoire comprend une étape d'assemblage par retordage des M'>1 éléments filaires métalliques enroulés en hélice autour du noyau transitoire.
Avantageusement, l'étape de fourniture de l'assemblage transitoire comprend une étape d'équilibrage de l'assemblage transitoire. Ainsi, l'étape d'équilibrage étant réalisée sur l'assemblage transitoire comprenant les M'éléments filaires métalliques et le noyau transitoire, l'étape d'équilibrage est implicitement réalisée en amont de l'étape de séparation entre les premier et deuxième assemblages fractionnés. On évite d'avoir à gérer la torsion résiduelle imposée lors de l'étape d'assemblage de l'assemblage transitoire lors du trajet des différents assemblages en aval de l'étape d'assemblage, notamment dans les moyens de guidage, par exemple les poulies.
Avantageusement, le procédé comprend une étape d'équilibrage de l'assemblage final en aval de l'étape de réassemblage.
Avantageusement, le procédé comprend une étape d'entretien de la rotation de l'assemblage final autour de sa direction de défilement. On réalise cette étape d'entretien de la rotation en aval de l'étape de séparation de l'assemblage transitoire et en amont de l'étape d'équilibrage de l'assemblage final.
De préférence, le procédé est dépourvu d'étapes de préformation individuelle de chacun des éléments filaires métalliques. Dans les procédés de l'état de la technique utilisant une étape de préformation individuelle de chacun des éléments filaires métalliques, ces derniers se voient imposés une forme par des outils de préformation, par exemple des galets, ces outils créant des défauts à la surface des éléments filaires métalliques. Ces défauts réduisent notablement l'endurance des éléments filaires métalliques et donc de l'assemblage final.
De façon très préférée, le noyau transitoire est un élément filaire métallique. Dans un mode de réalisation préféré, le noyau transitoire est un monofilament métallique. Ainsi, on contrôle très précisément le diamètre de l'espace entre les éléments filaires métalliques et donc les caractéristiques géométriques de l'assemblage final au contraire d'un noyau transitoire réalisé dans un matériau textile, par exemple polymérique, dont la compressibilité peut engendrer des variations des caractéristiques géométriques de l'assemblage final.
Dans d'autres modes de réalisation également avantageux, le noyau transitoire est un élément filaire textile. Un tel élément filaire textile comprend au moins un brin textile multifilamentaires ou, en variante, est constitué d'un monofilament textile. Les filaments textiles pouvant être utilisés sont choisis parmi les polyesters, les polycétones, les polyamides aliphatiques ou aromatiques et les mélanges de filaments textiles de ces matériaux. Ainsi, on réduit les risques de casse du noyau transitoire engendrés par les frottements des éléments filaires métalliques sur le noyau transitoire ainsi que par les torsions imposées au noyau transitoire.

PRODUIT RENFORCE SELON L'INVENTION

L'invention a également pour objet un produit renforcé comprenant une matrice polymérique et au moins un câble extrait tel que défini ci-dessus.
Avantageusement, le produit renforcé comprend un ou plusieurs câbles selon l'invention noyés dans la matrice polymérique, et dans le cas de plusieurs câbles, les câbles sont agencés côte à côte selon une direction principale.

PNEUMATIQUE SELON L'INVENTION

L'invention a également pour objet un pneumatique comprenant au moins un câble extrait tel que défini ci-dessus ou un produit renforcé tel que défini ci-dessus.
De préférence, le pneumatique comporte une armature de carcasse ancrée dans deux bourrelets et surmontée radialement par une armature de sommet elle-même surmontée d'une bande de roulement, l'armature de sommet étant réunie auxdits bourrelets par deux flancs et comportant au moins un câble tel que défini ci-dessus.
Dans un mode de réalisation préféré, l'armature de sommet comprend une armature de protection et une armature de travail, l'armature de travail comprenant au moins un câble tel que défini ci-dessus, l'armature de protection étant radialement intercalée entre la bande de roulement et l'armature de travail.
Le câble est tout particulièrement destiné à des véhicules industriels choisis parmi des véhicules lourds tels que "Poids lourd" - i.e., métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), véhicules hors-la-route -, engins agricoles ou de génie civil, autres véhicules de transport ou de manutention.
De manière préférentielle, le pneumatique est pour véhicule de type génie civil. Ainsi, le pneumatique présente une dimension dans laquelle le diamètre, en pouces, du siège de la jante sur laquelle le pneumatique est destiné à être monté est supérieur ou égal à 30 pouces.
L'invention concerne également un article de caoutchouc comprenant un assemblage selon l'invention, ou un assemblage imprégné selon l'invention. Par article de caoutchouc, on entend tout type d'article de caoutchouc tel qu'un ballon, un objet non pneumatique tel qu'un bandage non pneumatique, une bande transporteuse ou une chenille.
L'invention sera mieux comprise à la lecture des exemples qui vont suivre, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs et faite en se référant aux dessins dans lesquels :

la figure 1 est une vue en coupe perpendiculaire à la direction circonférentielle d'un pneumatique selon l'invention ;
la figure 2 est une vue de détails de la zone II de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue en coupe d'un produit renforcé selon l'invention ;
la figure 4 illustre une partie de la courbe contrainte-allongement d'un câble (50) selon l'invention ;
la figure 5 est une vue schématique en coupe perpendiculaire à l'axe du câble (supposé rectiligne et au repos) d'un câble (50) selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
la figure 6 est une vue analogue à celle de la figure 5 d'un câble (60) selon un deuxième mode de réalisation l'invention ;
la figure 7 est une représentation schématique de l'effet de la déformabilité du câble (50) de la figure 5 sous faible charge de traction grâce au jeu radial des fils ;

figures 8

9

figure 5

EXEMPLE DE PNEUMATIQUE SELON L'INVENTION

Dans les figures 1 et 2, on a représenté un repère X, Y, Z correspondant aux orientations habituelles respectivement axiale (X), radiale (Y) et circonférentielle (Z) d'un pneumatique.
Le « plan circonférentiel médian » M du pneumatique est le plan qui est normal à l'axe de rotation du pneumatique et qui se situe à équidistance des structures annulaires de renfort de chaque bourrelet.
On a représenté sur les figures 1 et 2 un pneumatique selon l'invention et désigné par la référence générale P.
Le pneumatique P est pour véhicule lourd de type génie civil, par exemple de type « dumper ». Ainsi, le pneumatique P présente une dimension de type 53/80R63.
Le pneumatique P comporte un sommet 12 renforcé par une armature de sommet 14, deux flancs 16 et deux bourrelets 18, chacun de ces bourrelets 18 étant renforcé avec une structure annulaire, ici une tringle 20. L'armature de sommet 14 est surmontée radialement d'une bande de roulement 22 et réunie aux bourrelets 18 par les flancs 16. Une armature de carcasse 24 est ancrée dans les deux bourrelets 18, et est ici enroulée autour des deux tringles 20 et comprend un retournement 26 disposé vers l'extérieur du pneumatique 20 qui est ici représenté monté sur une jante 28. L'armature de carcasse 24 est surmontée radialement par l'armature de sommet 14.
L'armature de carcasse 24 comprend au moins une nappe de carcasse 30 renforcée par des câbles de carcasse radiaux (non représentés). Les câbles de carcasse sont agencés sensiblement parallèlement les uns aux autres et s'étendent d'un bourrelet 18 à l'autre de manière à former un angle compris entre 80° et 90° avec le plan circonférentiel médian M (plan perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique qui est situé à mi-distance des deux bourrelets 18 et passe par le milieu de l'armature de sommet 14).
Le pneumatique P comprend également une nappe d'étanchéité 32 constituée d'un élastomère (communément appelée gomme intérieure) qui définit la face radialement interne 34 du pneumatique P et qui est destinée à protéger la nappe de carcasse 30 de la diffusion d'air provenant de l'espace intérieur au pneumatique P.
L'armature de sommet 14 comprend, radialement de l'extérieur vers l'intérieur du pneumatique P, une armature de protection 36 agencée radialement à l'intérieur de la bande de roulement 22, une armature de travail 38 agencée radialement à l'intérieur de l'armature de protection 36 et une armature additionnelle 40 agencée radialement à l'intérieur de l'armature de travail 38. L'armature de protection 36 est ainsi radialement intercalée entre la bande de roulement 22 et l'armature de travail 38. L'armature de travail 38 est radialement intercalée entre l'armature de protection 36 et l'armature additionnelle 40.
L'armature de protection 36 comprend des première et deuxième nappes de protection 42, 44 comprenant des câbles métalliques de protection, la première nappe 42 étant agencée radialement à l'intérieur de la deuxième nappe 44. De façon optionnelle, les câbles métalliques de protection font un angle au moins égal à 10°, de préférence allant de 10° à 35° et préférentiellement de 15° à 30° avec la direction circonférentielle Z du pneumatique.
L'armature de travail 38 comprend des première et deuxième nappes de travail 46, 48, la première nappe 46 étant agencée radialement à l'intérieur de la deuxième nappe 48. Chaque nappe 46, 48 comprend au moins un câble 50. De façon optionnelle, les câbles métalliques 50 de travail sont croisés d'une nappe de travail à l'autre et font un angle au plus égal à 60°, de préférence allant de 15° à 40° avec la direction circonférentielle Z du pneumatique.
L'armature additionnelle 40, également appelée bloc limiteur, dont la fonction est de reprendre en partie les sollicitations mécaniques de gonflage, comprend, par exemple et de façon connue en soi, des éléments de renfort métalliques additionnels, par exemple tels que décrits dans FR 2 419 181 ou FR 2 419 182 faisant un angle au plus égal à 10°, de préférence allant de 5° à 10° avec la direction circonférentielle Z du pneumatique P.

EXEMPLE DE PRODUIT RENFORCE SELON L'INVENTION

On a représenté sur la figure 3 un produit renforcé selon l'invention et désigné par la référence générale R. Le produit renforcé R comprend au moins un câble 50', en l'espèce plusieurs câbles 50', noyés dans la matrice polymérique Ma.
Sur la figure 3, on a représenté la matrice polymérique Ma, les câbles 50' dans un repère X, Y, Z dans lequel la direction Y est la direction radiale et les directions X et Z sont les directions axiale et circonférentielle. Sur la figure 3, le produit renforcé R comprend plusieurs câbles 50 agencés côte à côte selon la direction principale X et s'étendant parallèlement les uns aux autres au sein du produit renforcé R et noyés collectivement dans la matrice polymérique Ma.
Ici, la matrice polymérique Ma est une matrice élastomérique à base d'une composition élastomérique.

CABLE SELON UN PREMIER MODE DE REALISATION DE L'INVENTION

On a représenté sur la figure 5 le câble 50 selon un premier mode de réalisation de l'invention.
Chaque élément de renfort de protection 43, 45 et chaque élément de renfort de frettage 53, 55 est formé, après extraction du pneumatique 10, par un câble extrait 50' tel que décrit ci-dessous. Le câble 50 est obtenu par noyage dans une matrice polymérique, en l'espèce dans une matrice polymérique formant respectivement chaque matrice polymérique de chaque nappe de protection 42, 44 et de chaque couche de frettage 52, 54 dans laquelle sont noyés respectivement les éléments de renfort de protection 43, 45 et de frettage 53, 55.
Le câble 50 et le câble extrait 50' sont métalliques à une seule couche.
Le câble 50 ou le câble 50' comprend une couche de structure 1xN comprenant une unique couche 52 de N = 3 torons 54 enroulés en hélice autour d'un axe principal (A), chaque toron 54 étant à une couche 56 de fils métalliques F1 et comprenant M>1 fils métalliques enroulés en hélice autour d'un axe (B), avec ici M=5.
Comme décrit précédemment, on détermine la valeur At en traçant une courbe contrainte-allongement du câble 50 en appliquant la norme ASTM D2969-04 de 2014.
Le câble 50 présente un allongement total At > 8,10 %, de préférence At ≥ 8,30 % et plus préférentiellement At ≥ 8,50% et l'allongement total At ≤ 20,00 % et de préférence At ≤ 16, 00%.ici At=13,4%.
Comme décrit précédemment, de cette courbe contrainte allongement, on en déduit l'aire sous cette courbe. On a représenté sur la figure 4 la méthode des rectangles pour déterminer l'indicateur d'énergie à rupture du câble 50.
L'indicateur d'énergie à rupture Er du câble 50 est tel que $= Er = \int_{0}^{At} σ (Ai) \times dAi$
qui est sensiblement égal à $\sum_{0 %}^{13,4 %} 1 / 2 (σ (Ai) + σ (Ai + 1)) \times 0,025 % = 89 MJ / m^{3}$
qui est strictement supérieur à 52 MJ/m³, de préférence supérieur ou égal à 55 MJ/m³et inférieur ou égal à 200 MJ/m³et de préférence inférieur ou égal à 150 MJ/m³.
Le câble 50 présente un allongement structural As tel que As > 4,30%, de préférence As ≥ 4,50% et plus préférentiellement As ≥ 4,60% et tel que As ≤ 10,0 % et de préférence As ≤ 9,50%. Ici As=9,3%.
Le câble 50 présente un module sécant E1 allant de 3,0 à 10,0 GPa et de préférence allant de 3,5 à 8,5 GPa. Ici E1=4,0 GPa
Le câble 50 présente un module tangent E2 allant de 50 à 180 GPa et de préférence de 55 à 150 GPa. Ici E2=73 GPa.
Le câble extrait 50' présente un allongement total At' > 5,00 % et de préférence At' ≥ 5,20 %. Ici At'=10,0%.
L'indicateur d'énergie à rupture Er' du câble extrait 50' est tel que Er' = $\int_{0}^{At'} σ (Ai) \times dAi$
qui est sensiblement égal à $\sum_{0 %}^{10,0 %} 1 / 2 (σ (Ai) + σ (Ai + 1)) \times 0,025 % = 82$
MJ/m³ qui est strictement supérieur à 35 MJ/m³, de préférence supérieur ou égal à 40 MJ/m³.
Les torons 54 définissent une voûte interne 59 des câbles 50 ; 50' de diamètre Dv, chaque toron 54 présentant un diamètre Dt et un rayon de courbure d'hélice Rt défini par Rt=Pe/(π x Sin(2αe))= 80/( π x sin(2 x 5,3 x π /180)= 138 mm. $Rt / Dt = 138 / 2,03 = 68 \leq 180 et 68 \geq 25 .$
$Dv / Dt = 0,32 / 2,03 = 0,16 \leq 0,50 et 0,16 \geq 0,10 .$
Les éléments filaires métalliques F1 de chaque toron 52 définissent une voûte interne 58 du toron 52 de diamètre Dvt, chaque élément filaire métallique F1 présente un diamètre Df et un rayon de courbure d'hélice Rf défini par Rf=P/(π x Sin(2α))= 10,4/( π x sin(2 x 25,8 x π /180)= 4,2 mm. $Rf / Df = 4,2 / 0,46 = 9 \leq 30 .$
$Dvt / Df = 1,12 / 0,46 = 2,46 \leq 4,50 et 2,46 \geq 1,30 .$

PROCEDE DE FABRICATION DU CABLE SELON L'INVENTION

Nous allons maintenant décrire un exemple de procédé de fabrication du câble multi-torons 50 tel que représenté sur les figures 8 et 9.
Tout d'abord, on déroule les éléments filaires F1 et le noyau transitoire 16 depuis les moyens d'alimentation.
Puis, le procédé comprend une étape 100 de fourniture de l'assemblage transitoire 22 comprenant d'une part une étape d'assemblage par retordage des M' éléments filaires métalliques F1 en une unique couche de M' éléments filaires métalliques F1 autour du noyau transitoire 16 et d'autre part, une étape d'équilibrage de l'assemblage transitoire 22 réalisée grâce à un finiister.
Le procédé comprend une étape 110 de séparation de l'assemblage transitoire 22 entre le premier assemblage fractionné 25, le deuxième assemblage fractionné 27 et le noyau transitoire 16 ou un ou plusieurs ensembles comprenant le noyau transitoire 16, ici le noyau transitoire 16.
En aval des moyens de fourniture 11, l'étape de séparation 110 de l'assemblage transitoire 22 entre le premier assemblage fractionné 25, le deuxième assemblage fractionné 27 et le noyau transitoire 16 comprend une étape 120 de séparation de l'assemblage transitoire 22 entre l'ensemble précurseur, le deuxième assemblage fractionné 27 et enfin le noyau transitoire 16.
En aval de l'étape de séparation 122, l'étape de séparation 120 de l'assemblage transitoire entre l'ensemble précurseur et l'ensemble fractionné comprend une étape 124 de séparation de l'ensemble fractionné entre le deuxième assemblage fractionné 27 et le noyau transitoire 16. Ici, l'étape de séparation 124 comprend une étape de fractionnement de l'ensemble fractionné en le deuxième assemblage fractionné 27, le noyau transitoire 16 et l'ensemble complémentaire.
En aval de l'étape de fourniture 100, l'étape de séparation 110 de l'assemblage transitoire entre le premier assemblage fractionné 25, le deuxième assemblage fractionné 27 et le noyau transitoire 16 comprend une étape 130 de séparation de l'ensemble précurseur entre le premier assemblage fractionné 25 et l'ensemble complémentaire.
En aval des étapes de séparation 110, 120, 124 et 130, le procédé comprend une étape 140 de réassemblage du premier assemblage fractionné 25 avec le deuxième assemblage fractionné 27 pour former le toron 54. Dans ce mode de réalisation, l'étape de réassemblage 140 est une étape de réassemblage du premier assemblage fractionné 25 avec le deuxième assemblage fractionné 27 pour former le toron 54 et comprenant M>1 fils métalliques F1, avec M va de 3 à 18 et de préférence de 4 à 15, ici M=5.
Dans ce mode de réalisation, l'étape de fourniture 100, l'étape de séparation 110 et l'étape de réassemblage 140 sont réalisées de sorte que tous les M' éléments filaires métalliques F1 présentent le même diamètre Df, sont enroulés en hélice selon le même pas P et présentent le même rayon de courbure d'hélice Rf décrits précédemment.
Dans ce mode de réalisation permettant un réassemblage partiel des M' éléments filaires métalliques, l'étape de séparation 110 et l'étape réassemblage 140 sont réalisées de sorte que M1'+M2'<M'. Ici M1' =1 et M2'=4, M1'+M2'=5<8. On notera enfin que M1' ≤ 0,70 x M' =0,70 x 8= 5,6 et M2' ≤ 0,70 x M' =0,70 x 8= 5,6.
On réalise une étape d'équilibrage final.
Enfin, on stocke le toron 54 sur une bobine de stockage. On fabrique de la même façon N torons 54.
Concernant le noyau transitoire 16, le procédé comprend une étape de recyclage du noyau transitoire 16. Durant cette étape de recyclage, on récupère le noyau transitoire 16 en aval de l'étape de séparation 110, ici en aval de l'étape de séparation 124, et on introduit le noyau transitoire 16 récupéré précédemment en amont de l'étape d'assemblage. Cette étape de recyclage est continue.
On notera que le procédé ainsi décrit est dépourvu d'étapes de préformation individuelle de chacun des éléments filaires métalliques F1.
On réalise une étape 300 d'assemblage des N torons 54 par câblage pour former le câble 50. Ici N=3.
On notera que le procédé ainsi décrit est dépourvu d'étapes de préformation individuelle de chacun des torons 54.

CABLE SELON UN DEUXIEME MODE DE REALISATION DE L'INVENTION

On a représenté sur la figure 6 le câble 60 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
A la différence du premier mode de réalisation décrit précédemment, le câble 60 selon le deuxième mode de réalisation est tel que N =4.
On a résumé dans les tableaux 1, 2 et 3 ci-dessous les caractéristiques pour les différents câbles 50, 50', 60, 60', 51, 52, 53, 53', 54 selon l'invention et pour les câbles de l'état de la technique EDT1, EDT1', EDT2 et EDT2'.

TESTS COMPARATIFS

Evaluation de l'allongement total et de l'indicateur d'énergie à rupture des câbles

On a tracé les courbes contrainte-allongement des câbles en appliquant la norme ASTM D2969-04 de 2014 et on a déterminé l'allongement total et l'indicateur d'énergie à rupture pour les différents câbles 50, 50', 60, 60', 51, 52, 53, 53', 54 selon l'invention et pour les câbles de l'état de la technique EDT1, EDT1', EDT2 et EDT2'.

Dans le tableau 3, la mention « NA » signifie que la grandeur n'a pas été mesurée.

[Tableau 1]

Câbles	50	50'	60	60'
N/ sens câble	3/S	3/S	4/Z	4/Z
sens toron 54	S	S	S	S
M'	8	8	8	8
M	5	5	5	5
Rf(mm)	4,2	4,2	4,2	4,2
P (mm)	10,4	10,4	10,4	10,4
α (°)	25,8	25,8	25,8	25,8
Df(mm)	0,46	0,46	0,46	0,46
Dvt(mm)	1,12	1,12	1,12	1,12
Rf/Df	9	9	9	9
Dvt/Df	2,46	2,46	2,46	2,46
Rt(mm)	138	138	113	113
Pe (mm)	80	80	80	80
αe (°)	5,3	5,3	6,5	6,5
Dt(mm)	2,03	2,03	2,03	2,03
Dv(mm)	0,32	0,32	0,86	0,86
Rt/Dt	68	68	56	56
Dv/Dt	0,16	0,16	0,42	0,42
E1 (GPa)	4,0	-	3,8	-
ML (g/m)	21,3	21,3	28,5	28,5
E2 (GPa)	73	39	59	33
At %	13,4	-	13,8	-
At' %	-	10,0	-	10,1
Er (MJ/m³)	89	-	88	-
Er' (MJ/m³)	-	82	-	83
As %	9,3	-	9,4	-
D (mm)	4,38	4,38	4,92	4,92

[Tableau 2]

Câbles	51	52	53	53'	54
N/sens câble	3/Z	3/Z	3/Z	3/Z	3/Z
sens toron 54	S	S	S	S	S
M'	8	8	8	8	7
M	6	7	8	8	5
Rf(mm)	4,2	4,2	4,2	4,2	4,8
P (mm)	10,4	10,4	10,4	10,4	10,4
α (°)	25,8	25,8	25,8	25,8	21,8
Df(mm)	0,46	0,46	0,46	0,46	0,46
Dvt(mm)	1,12	1,12	1,12	1,12	0,84
Rf/Df	9	9	9	9	10
Dvt/Df	2,46	2,46	2,46	2,46	1,85
Rt(mm)	138	138	138	138	159
Pe (mm)	80	80	80	80	80
αe (°)	5,3	5,3	5,3	5,3	4,6
Dt(mm)	2,03	2,03	2,03	2,03	1,75
Dv(mm)	0,32	0,32	0,32	0,32	0,28
Rt/Dt	68	68	68	68	91
Dv/Dt	0,16	0,16	0,16	0,16	0,16
E1 (GPa)	3,9	4,3	8,0	-	7,1
ML (g/m)	25,5	29,4	33,4	33,4	20,4
E2 (GPa)	85	94	106	53	95
At %	11,9	8,9	8,5	-	9,0
At' %	-	-	-	5,9	-
Er (MJ/m³)	82	63	56	-	72
Er' (MJ/m³)	-	-	-	48	-
As %	7,8	6,0	4,6	-	5,6
D (mm)	4,38	4,38	4,38	4,38	3,78

[Tableau 3]

Câbles	EDT1	EDT1'	EDT2	EDT2'
N/sens câble	4/S	4/S	4/S	4/S
sens torons	S	S	S	S
M'	-	-	-	-
M	3	3	4	4
V	8	8	9	9
Rf(mm)	NA	NA	NA	NA
P1 (mm)	6,7	6,7	5,1	5,1
P2 (mm)	10	10	7,5	7,5
α (°)	NA	NA	NA	NA
Df(mm)	0,35	0,35	0,26	0,26
Dvt(mm)	NA	NA	NA	NA
Rf/Df	NA	NA	NA	NA
Dvt/Df	NA	NA	NA	NA
Rt(mm)	9	9	6,3	6,3
Pe (mm)	20	20	15	15
αe (°)	22,5	22,5	24,8	24,8
Dt(mm)	1,48	1,48	1,15	1,15
Dv(mm)	0,84	0,84	0,80	0,80
Rt/Dt	6,1	6,1	5,4	5,4
Dv/Dt	0,57	0,57	0,70	0,70
E1 (GPa)	1,0	-	1,0	-
ML (g/m)	35.8	35.8	23,1	23,1
E2 (GPa)	104	81	81	68
At %	6,0	-	8,1	-
At' %	-	3,4	-	4,7
Er (MJ/m3)	44	-	52	-
Er' (MJ/m3)	-	30	-	31
As %	2,8	-	4,3	-
D (mm)	3,80	3,80	3,10	3,10

Les tableaux 1, 2 et 3 montrent que, les câbles 50, 50', 60, 60', 51, 52, 53, 53', 54 selon l'invention présentent à la fois un indicateur d'énergie à rupture amélioré et présentent une meilleure déformabilité par rapport aux câbles de l'état de la technique EDT1, EDT1', EDT2 et EDT2'.
Ainsi, les câbles selon l'invention permettent de résoudre les problèmes évoqués en préambule.
L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation précédemment décrits.

Claims

Câble (50) multi-torons présentant une structure 1xN comprenant une unique couche (52) de N torons (54) enroulés en hélice autour d'un axe principal (A), chaque toron (54) étant à une couche (56) de fils métalliques (F1) et comprenant M>1 fils métalliques enroulés en hélice autour d'un axe (B), dans lequel :
- le câble (50) présente un allongement total At > 8,10 % déterminé par la norme ASTM D2969-04 de 2014 ; et caractérisé en ce que :
- l'indicateur d'énergie à rupture Er du câble (50) défini par $Er = \int_{0}^{At} σ (Ai) \times dAi$
avec σ(Ai) étant la contrainte de traction en MPa mesurée à l'allongement Ai et dAi étant l'allongement tel que Er est strictement supérieur à 52 MJ/m³.
Câble (50) selon la revendication précédente, dans lequel l'allongement total At ≥ 8,30 % et de préférence At ≥ 8,50%.
Câble (50) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'indicateur d'énergie à rupture Er du câble (50) est supérieur ou égal à 55 MJ/m³.
Câble (50) selon l'une quelconque des revendications précédentes, présentant un allongement structural As déterminé par la norme ASTM D2969-04 de 2014 tel que As > 4,30%, de préférence As ≥ 4,50% et plus préférentiellement As ≥ 4,60%.
Câble (50) selon l'une quelconque des revendications précédentes, présentant un module sécant E1 allant de 3,0 à 10,0 GPa et de préférence allant de 3,5 à 8,5 GPa.
Câble (50) selon l'une quelconque des revendications précédentes, présentant un module tangent E2 allant de 50 à 180 GPa et de préférence de 55 à 150 GPa.
Câble extrait (50') d'une matrice polymérique, le câble extrait (50') présentant structure 1xN comprenant une unique couche (52) de N torons (54) enroulés en hélice autour d'un axe principal (A), chaque toron (54) étant à une couche (56) de fils métalliques (F1) et comprenant M>1 fils métalliques enroulés en hélice autour d'un axe (B), dans lequel :
- le câble extrait (50') présente un allongement total At' ≥ 5,00 % déterminé par la norme ASTM D2969-04 de 2014,et caractérisé en ce que :
- l'indicateur d'énergie à rupture Er' du câble extrait (50') défini par $Er' = \int_{0}^{At'} σ (Ai) \times dAi$
avec σ(Ai) étant la contrainte de traction en MPa mesurée à l'allongement Ai et dAi étant l'allongement tel que Er' est strictement supérieur à 35 MJ/m³.
Câble extrait (50') selon la revendication précédente, dans lequel l'allongement total At' est tel que At' ≥ 5,20%.
Câble extrait (50') selon la revendication 7 ou 8, dans lequel l'indicateur d'énergie à rupture Er' du câble (50) est supérieur ou égal à 40 MJ/m³
Câble (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 ou câble extrait( 50') selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel les torons (54) définissent une voûte interne (59) du câble (50) ou du câble extrait( 50') de diamètre Dv, chaque toron (54) présentant un diamètre Dt et un rayon de courbure d'hélice Rt défini par Rt=Pe/(π x Sin(2αe)) avec Pe le pas de chaque toron exprimé en millimètres et αe l'angle d'hélice de chaque toron (54), Dv, Dt et Rt étant exprimés en millimètres, le câble (50) ou le câble extrait( 50') satisfaisant les relations suivantes : 25 ≤ Rt / Dt ≤ 180 et 0,10 ≤ Dv / Dt ≤ 0,50.
Câble (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 ou câble extrait( 50') selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel les éléments filaires métalliques (F1) définissant une voûte interne (58) du toron (52) de diamètre Dvt, chaque élément filaire métallique (F1) présentant un diamètre Df et un rayon de courbure d'hélice Rf défini par Rf=P/(π x Sin(2α)) avec P le pas de chaque élément filaire métallique exprimé en millimètres et α l'angle d'hélice de chaque élément filaire métallique (F1), Dvt, Df et Rf étant exprimés en millimètres, le câble (50 ) ou le câble extrait( 50') satisfaisant les relations suivantes : 9 ≤ Rf / Df ≤ 30, et 1,30 ≤ Dvt / Df ≤ 4,50.
Procédé de fabrication d'un câble (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 et 10 et 11, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une étape de fabrication (200) de N torons (54) par :
- une étape (100) de fourniture d'un assemblage transitoire (22) comprenant une couche constituée de M'>1 fils métalliques (F1) enroulés en hélice autour d'un noyau transitoire (16) ;

- une étape (110) de séparation de l'assemblage transitoire (22) entre :
- un premier assemblage fractionné (25) comprenant une couche (26) constituée de M1'≥1 fil(s) métallique(s) (F1) enroulé(s) en hélice, le ou les M1' fil(s) métallique(s) (F1) étant issu(s) de la couche constituée de M'>1 fils métalliques (F1) de l'assemblage transitoire (22),

- un deuxième assemblage fractionné (27) comprenant une couche (28) constituée de M2'>1 fils métalliques (F1) enroulés en hélice, les M2' fils métalliques (F1) étant issus de la couche constituée de M'>1 fils métalliques (F1) de l'assemblage transitoire (22),

- le noyau transitoire (16) ou un ou plusieurs ensembles (83) comprenant le noyau transitoire (16),

- une étape (140) de réassemblage du premier assemblage fractionné (25) avec le deuxième assemblage fractionné (27) pour former un toron (52) à une couche de fils métalliques (F1) et comprenant M>1 fils métalliques (F1) ;

- une étape d'assemblage (300) des N torons (54) par câblage pour former le câble (50).
Procédé selon la revendication précédente, dans lequel M va de 3 à 18 et de préférence de 4 à 15.
Produit renforcé (R), caractérisé en ce qu'il comprend une matrice polymérique (Ma) et au moins un câble extrait (50') selon l'une quelconque des revendications 7 à 11.
Pneumatique (P), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un câble extrait (50') selon l'une quelconque des revendications 7 à 11 ou un produit renforcé selon la revendication 14.