DOMAINE DE L'INVENTION [0001] La présente invention concerne les pneumatiques pour véhicules de tourisme, et notamment les sommets de ces pneumatiques.
ARRIERE-PLAN [0002] Les pneumatiques pour véhicules de tourisme comportent habituellement deux bourrelets destinés à entrer en contact avec une jante de montage, ainsi que deux flancs prolongeant les bourrelets radialement vers l'extérieur et s'unissant dans un sommet. Une armature de carcasse comportant une pluralité d'éléments de renforcement de carcasse est ancrée dans les deux bourrelets et s'étend à travers les flancs vers le sommet. Le sommet comprend une armature de sommet formée le plus souvent par au moins deux couches de renforcement comportant chacune une pluralité d'éléments de renforcement de sommet filaires, ces éléments de renforcement de sommet étant parallèles dans chaque couche et croisés d'une couche à l'autre. L'armature de sommet est surmontée d'une bande de roulement destinée à entrer en contact avec le sol quand le pneumatique roule. [0003] Il est bien connu que, dans des conditions d'utilisation sévères, au fur et à mesure de l'augmentation des distances parcourues, des fissures peuvent apparaître à l'extrémité latérale des éléments filaires formant les couches de renforcement de l'armature de sommet. Ces fissures peuvent ensuite se propager le long des éléments filaires, puis se rejoindre entre deux ou plusieurs éléments filaires et ainsi entraîner une séparation des extrémités latérales des deux couches de l'armature de sommet. [0004] Pour limiter l'initiation et la propagation de ces fissures, on insère usuellement entre les extrémités des couches de renforcement des bandes de mélange caoutchouteux de module d'élasticité identique, voire plus faible, que celui des couches de mélange caoutchouteux des couches de renforcement de l'armature de sommet. [0005] Le document US 6 640 861 divulgue un pneumatique dont la structure du sommet est apte à contenir ces phénomènes de séparation des extrémités latérales des nappes de renforcement du sommet et à repousser leur apparition à des niveaux de sollicitation importants. Ce but est atteint par un arrangement particulier des mélanges caoutchouteux prévues entre les éléments filaires de l'armature de sommet. Les fils d'au moins une des deux couches de renforcement sont en contact P10-2097 FR 2930194 -2 successivement, du même cote de la couche, en cheminant axialement du plan médian du pneumatique vers les extrémités latérales de la couche de renforcement, avec, au moins, une première couche de mélange caoutchouteux d'un premier module d'élasticité (typiquement entre 9 et 13 MPa) puis une deuxième couche de mélange 5 caoutchouteux d'un second module d'élasticité inférieur au premier (typiquement inférieur à 5 MPa). Cette deuxième couche a l'avantage de mieux résister à la fissuration dans les zones d'extrémités latérales des couches de renforcement fortement sollicitées. [0006] Une architecture similaire est décrite dans le document US 6 776 205 qui 10 divulgue un pneumatique ayant une résistance au roulement réduite. Ce pneumatique est caractérisé en ce que, entre les couches de renforcement superposées de l'armature de sommet se trouvent, disposées axialement de façon adjacente, au moins deux couches de mélanges caoutchouteux ayant des propriétés mécaniques différentes, chacune des couches étant en contact avec les fils des couches de 15 renforcement superposées. Selon un mode de réalisation préférentiel divulgué, le rapport entre les modules d'élasticité de la seconde couche et de la première couche (dont le module se situe entre 10 et 15 MPa) est compris entre 0.05 et 0.8, et encore plus préférentiellement entre 0.5 et 0.7. [0007] Un inconvénient de ces solutions réside dans le fait que ces pneumatiques ont 20 tendance à présenter une usure irrégulière, liée au fait que la mise à plat du pneumatique est insuffisante, ce qui entraîne une usure prématurée au centre du pneumatique. Pour réduire cet inconvénient, il est connu de prévoir une petite armature de frettage, habituellement en polyester, dans la partie centrale du sommet. La présence de cette frette a cependant l'inconvénient d'alourdir le procédé de fabrication 25 du pneumatique et d'augmenter son coût.
RESUME DE L'INVENTION [0008] Un des objectifs de la présente invention est de prévoir un pneumatique pour véhicules de tourisme ayant une bonne endurance et une basse résistance au roulement, tout en ayant moins tendance à s'user de manière irrégulière, sans 30 pénaliser la procédure de fabrication et le coût de revient. [0009] Cet objectif est atteint par un pneumatique comportant : ù deux bourrelets destinés à entrer en contact avec une jante de montage ; P10-2097 FR - 3 - deux flancs prolongeant les bourrelets radialement vers l'extérieur, les deux flancs s'unissant dans - un sommet comprenant une armature de sommet s'étendant axialement entre deux extrémités axiales et surmontée d'une bande de roulement ; une armature de carcasse comportant une pluralité d'éléments de renforcement de carcasse, l'armature de carcasse étant ancrée dans les deux bourrelets et s'étendant à travers les flancs vers le sommet. Le sommet d'un pneumatique selon l'invention comporte, radialement à l'intérieur de la bande de roulement et radialement à l'extérieur de l'armature de carcasse, au moins une première couche de mélange caoutchouteux ayant un module d'élasticité supérieur ou égal à 50 MPa, et préférentiellement supérieur ou égal à 100 MPa, cette première couche s'étendant du plan médian du pneumatique axialement vers l'extérieur, de part et d'autre du plan médian, jusqu'à une distance axiale du plan médian inférieure à la distance axiale du plan médian de l'extrémité axiale de l'armature de sommet, cette première couche étant prolongée axialement vers l'extérieur, de part et d'autre du plan médian, par une deuxième couche de mélange caoutchouteux ayant un module d'élasticité inférieur ou égal à 20 MPa, et de préférence à 12 MPa. [0010] Le pneumatique selon l'invention se distingue donc par l'utilisation, dans le sommet, de mélanges caoutchouteux ayant un module d'élasticité très élevé, ce qui est contraire à tous les usages habituels. Des mélanges caoutchouteux ayant de tels modules d'élasticité sont habituellement utilisés dans les bourrelets, mais leur utilisation dans le sommet est restée exceptionnelle. Le seul cas connu des inventeurs, où l'utilisation de mélanges caoutchouteux ayant un module élastique de 40 MPa dans le sommet d'un pneumatique a été proposée, concerne les pneumatiques pour véhicules poids lourds sans armature de sommet à angle. En effet, le document AU 725 389 divulgue un pneumatique dans lequel les couches de renforcement de l'armature de sommet sont remplacées par une lentille de mélange caoutchouteux ayant un module élastique ayant un module de 40 MPa. Si ce type d'architecture peut fonctionner dans une application aux véhicules poids lourd , car la rigidité de dérive nécessaire pour ce type de véhicule est relativement faible, elle ne serait pas viable dans un pneumatique pour véhicules de tourisme, où des rigidités de dérive sont beaucoup plus déterminantes.
P10-2097 FR -4 [0011] Une des raisons majeures qui expliquent pourquoi les mélanges caoutchouteux de très haut module élastique n'ont pas trouvé application dans les sommets de pneumatiques, et en particulier de pneumatiques pour véhicules de tourisme, réside dans le fait notoire que l'augmentation du module des mélanges caoutchouteux dans cette zone provoque une réduction de l'endurance du pneumatique et une augmentation du bruit généré par le pneumatique, et donc une dégradation du confort de l'utilisateur du véhicule et des personnes qui se trouvent à proximité du véhicule lorsqu'il roule. On aurait pu penser qu'une augmentation du module de le mélange caoutchouteux à des valeurs extrêmement élevées provoquerait une réduction très significative de la durée de vie du pneumatique et une augmentation inacceptable du bruit généré par le pneumatique. Or, de manière surprenante, les pneumatiques selon l'invention ont une endurance convenable et un comportement acoustique acceptable, comme cela sera explicité plus bas. [0012] Selon un premier mode de réalisation avantageux, l'armature de sommet comprend au moins deux couches de renforcement comportant chacune une pluralité d'éléments de renforcement de sommet filaires, ces éléments de renforcement de sommet étant parallèles dans chaque couche et croisés d'une couche à l'autre, en faisant avec la direction circonférentielle des angles compris entre 10° et 70°, et lesdites première et deuxième couches de mélange caoutchouteux se trouvent entre au moins deux de ces couches de renforcement. L'avantage de ce mode de réalisation réside dans le fait de sa grande simplicité structurelle : le mélange caoutchouteux de très haut module se situe en sandwich entre les éléments de renforcement filaires de l'armature de sommet. [0013] Selon une variante avantageuse de ce mode de réalisation, le nombre de couches de renforcement de l'armature de sommet est supérieur ou égal à trois, et une première et une deuxième couche de mélange caoutchouteux se trouvent entre chaque paire de couches de renforcement voisines. Ainsi, l'armature de sommet est rigidifiée en profondeur et il est possible de réduire l'épaisseur de chaque première couche (et, par conséquent, la distance radiale entre les éléments de renforcement filaires) tout en maintenant une bonne mise à plat du pneumatique. [0014] Il est notamment possible de prévoir que lesdites première et deuxième couches sont en contact avec les éléments de renforcement des couches de renforcement les plus proches. Cette configuration comporte l'avantage d'une plus P10-2097 FR -5 grande simplicité structurelle. Sa pose ne provoque donc aucune surépaisseur au niveau du sommet. De plus, elle permet une bonne efficacité de la transmission des efforts, car il n'y a pas de couches intercalaires de mélange de bas module élastique qui pourraient réduire cette efficacité. Elle peut être facilement mise en oeuvre notamment à l'aide un procédé de fabrication particulier, connu en soi, sous l'appellation C3M . Dans ce procédé, la confection du pneumatique est réalisée sur un noyau rigide imposant la forme de sa cavité intérieure, tels ceux décrits par US 4 895 692 ou US 6 224 808. On applique sur ce noyau, dans l'ordre requis par l'architecture finale, tous les constituants du pneumatique, qui sont disposes directement a leur place finale, sans subir de conformation a aucun moment de la confection. Les éléments de renforcement sont donc posés individuellement sur le mélange caoutchouteux déposé préalablement. Pour plus de détails, on consultera avec profit les documents US 4 804 436, US 4 963 207 et US 5 185 051. La cuisson s'effectue sur noyau, celui-ci n'étant retire qu'après la phase de vulcanisation. [0015] Alternativement, il est possible de prévoir une troisième couche de mélange caoutchouteux qui sépare lesdites première et deuxième couches des éléments de renforcement des couches de renforcement les plus proches. Cette configuration s'avère particulièrement intéressante lorsque le pneumatique doit être fabriqué avec un procédé traditionnel de confection. On pose alors des feuilles de mélange caoutchouteux de très haut module entre les nappes formant les couches de l'armature de sommet. Ainsi on évite de devoir calandrer ces nappes avec plusieurs mélanges caoutchouteux de modules différents. [0016] Selon une variante, une première et deux deuxièmes couches de mélange caoutchouteux se trouvent radialement à l'intérieur de la couche de renforcement radialement le plus à l'intérieur de l'armature de sommet. [0017] Selon un deuxième mode de réalisation avantageux, le pneumatique comporte en outre une armature de frettage, disposée radialement à l'extérieur de l'armature de sommet, cette armature de frettage étant formée d'au moins un élément de renforcement orienté circonférentiellement. La présence de cette armature de frettage permet d'améliorer encore la mise à plat du pneumatique et sa stabilité géométrique à haute vitesse de roulage. P10-2097 FR -6 [0018] Selon une variante de ce mode de réalisation, une première et deux deuxièmes couches de mélange caoutchouteux se trouvent radialement à l'extérieur de l'armature de frettage. [0019] Selon une autre variante de ce mode de réalisation, une première et deux deuxièmes couches de mélange caoutchouteux se trouvent radialement entre l'armature de frettage et la couche de renforcement radialement le plus à l'extérieur de l'armature de sommet. [0020] Tous ces modes de réalisation et leurs différentes variantes peuvent s'appliquer à un pneumatique dont l'armature de carcasse s'étend axialement à travers tout le sommet. En particulier, il est alors possible de prévoir une première et deux deuxièmes couches de mélange caoutchouteux radialement entre l'armature de sommet et l'armature de carcasse. Elles peuvent également s'appliquer à un pneumatique dont l'armature de carcasse ne s'entend pas sous la totalité du sommet. Dans ce cas, la caractéristique radialement à l'extérieur de l'armature de carcasse s'entend bien sûr comme ayant une position radiale extérieure aux extrémités radialement extérieures des portions de l'armature de carcasse dans chaque flanc . [0021] Bien entendu, il est possible de combiner entre eux les différents modes de réalisation. [0022] De manière avantageuse, et quel que soit le mode (ou les modes) de réalisation choisi, la distance axiale entre les extrémité axiales de chaque première couche et l'extrémité axiale la plus proche de l'armature de sommet est supérieure à 10 mm, et de préférence 20 mm. Des essais ont montré que l'endurance du pneumatique est fortement réduite lorsque le mélange caoutchouteux de très haut module se rapproche davantage des extrémités axiales. [0023] Lorsque le premier mode de réalisation est mis en oeuvre, il est, pour la même raison, avantageux de prévoir que les couches de renforcement de l'armature de sommet n'aient pas toutes la même largeur axiale et que la distance axiale entre les extrémité axiales de chaque première couche et l'extrémité axiale la plus proche de la couche de renforcement axialement la plus étroite de l'armature de sommet soit supérieure à 10 mm, et de préférence 20 mm. P10-2097 FR BREVE DESCRIPTION DES DESSINS [0024] L'invention sera mieux comprise grâce à la description des dessins selon lesquels : la figure 1 représente un pneumatique selon l'art antérieur ; la figure 2 représente une vue en perspective partielle d'un pneumatique selon l'art antérieur ; - les figures 3 à 19 représentent, en coupe radiale, une partie d'un pneumatique selon l'invention ; - les figures 20 et 21 illustrent des résultats obtenus avec un pneumatique selon l'invention et avec un pneumatique de référence.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION [0025] Dans l'emploi du terme radial il convient de distinguer plusieurs utilisations différentes du mot par la personne du métier. Premièrement, l'expression se réfère à un rayon du pneumatique. C'est dans ce sens qu'on dit d'un point A qu'il est radialement intérieur à un point B (ou radialement à l'intérieur du point B) s'il est plus près de l'axe de rotation du pneumatique que le point B. Inversement, un point C est dit radialement extérieur à un point E (ou radialement à l'extérieur du point E) s'il est plus éloigné de l'axe de rotation du pneumatique que le point E. On dira qu'on avance radialement vers l'intérieur (ou l'extérieur) lorsqu'on avance en direction des rayons plus petits (ou plus grands). Lorsqu'il est question de distances radiales, ce sens du terme s'applique également. [0026] En revanche, un fil ou une armature est dit radial lorsque le fil ou les éléments de renforcement de l'armature font avec la direction circonférentielle un angle supérieur ou égal à 80° et inférieur ou égal à 90°. Précisions que dans le présent document, le terme fil doit être entendu dans un sens tout à fait général et comprend les fils se présentant sous la forme de monofilaments, de multifilaments, d'un câble, d'un retors ou d'un assemblage équivalent, et ceci, quelle que soit la matière constituant le fil ou le traitement de surface pour favoriser sa liaison avec le caoutchouc. [0027] Enfin, par coupe radiale ou section radiale on entend ici une coupe ou une section selon un plan qui contient l'axe de rotation du pneumatique. P10-2097 FR - 7 -8 [0028] Une direction axiale est une direction parallèle à l'axe de rotation du pneumatique. Un point E est dit axialement intérieur à un point F (ou axialement à l'intérieur du point F) s'il est plus près du plan médian du pneumatique que le point F. Inversement, un point G est dit axialement extérieur à un point H (ou axialement à l'extérieur du point H) s'il est plus éloigné du plan médian du pneumatique que le point H. Le plan médian 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 renforcement de chaque bourrelet. [0029] Une direction circonférentielle est une direction qui est perpendiculaire à la fois à un rayon du pneumatique et à la direction axiale. [0030] Deux éléments de renforcement sont dits parallèles dans ce document lorsque l'angle formé entre les deux éléments est inférieur ou égal à 20°. [0031] Dans le cadre de ce document, l'expression mélange caoutchouteux désigne une composition de caoutchouc comportant au moins un élastomère et une charge. [0032] Par module d'élasticité d'un mélange caoutchouteux, on entend le module d'extension sécant obtenu en traction selon la norme ASTM D 412 de 1998 (éprouvette C ) : on mesure en seconde élongation (c'est-à-dire après un cycle d'accommodation) les modules sécants apparents à 10% d'allongement, notés MA10 et exprimés en MPa (conditions normales de température et d'hygrométrie selon la norme ASTM D 1349 de 1999). Ce module d'élasticité est à distinguer des modules d'élasticité obtenus en compression et dont les valeurs sont en général sans rapport avec les modules obtenus en extension. [0033] Lorsqu'il est dit qu'une couche de mélange caoutchouteux est en contact avec un élément de renforcement d'une couche de renforcement, il faut entendre qu'au moins une partie de la circonférence extérieure de l'élément de renforcement est en contact intime avec le mélange caoutchouteux. Si l'élément de renforcement comporte un revêtement ou un enrobage, le terme contact veut dire que c'est la circonférence extérieure de ce revêtement ou de cet enrobage qui est en contact intime avec le mélange caoutchouteux. [0034] La figure 1 représente schématiquement un pneumatique 10 selon l'art antérieur. Le pneumatique 10 comporte deux bourrelets 20 destinés à entrer en contact avec une jante de montage (non représentée), deux flancs 30 prolongeant les P10-2097 FR -9 bourrelets 20 radialement vers l'extérieur, les deux flancs s'unissant dans un sommet comprenant une armature de sommet (invisible à la figure 1) surmontée d'une bande de roulement 40. [0035] La figure 2 représente une vue en perspective partielle d'un autre pneumatique 10 selon l'art antérieur et illustre les différentes composantes du pneumatique. Le pneumatique 10 comprend une gomme intérieure 50 en mélange caoutchouteux imperméable, une armature de carcasse 60 constituée de fils 61 enrobés de mélange caoutchouteux, et deux bourrelets 20 comportant chacun des structures annulaires de renforcement 70 qui maintiennent le pneumatique 10 sur la jante (non représentée). Le pneumatique 10 comporte en outre une armature de sommet comprenant deux nappes 80 et 90. Chacune des nappes 80 et 90 est renforcée par des éléments de renforcement 81 et 91 filaires qui sont parallèles dans chaque couche et croisés d'une couche à l'autre, en faisant avec la direction circonférentielle des angles compris entre 10° et 70°. Le pneumatique comporte encore une armature de frettage 100, disposée radialement à l'extérieur de l'armature de sommet, cette armature de frettage étant formée d'éléments de renforcement 101 orientés circonférentiellement et enroulés en spirale. Une bande de roulement 40 est posée sur l'armature de frettage ; c'est cette bande de roulement 40 qui assure le contact du pneumatique 10 avec la route. [0036] Les figures 3 à 19 représentent, en coupe radiale, une partie d'un pneumatique selon l'invention Seul une moitié du sommet, s'étendant du plan médian 150 (indiqué en pointillé) jusqu'à l'extrémité radialement extérieure du flanc est représentée. Le sommet sera de préférence symétrique par rapport au plan médian 150, mais il ne s'agit pas là d'une caractéristique limitative de l'invention. Il peut y avoir de bonnes raisons, distinctes du problème de la mise à plat du pneumatique, de prévoir un sommet dans lequel la géométrie et/ou la nature des couches de mélange caoutchouteux et/ou la disposition des éléments de renforcement varient d'une moitié du sommet à l'autre. Les sommets représentés comportent deux couches de renforcement comportant chacune une pluralité d'éléments de renforcement 81 et 91 filaires, ces éléments de renforcement 81 et 91 étant parallèles dans chaque couche et croisés d'une couche à l'autre, en faisant avec la direction circonférentielle des angles compris entre 10° et 70°. [0037] Signalons que si les figures 3 à 17 représentent toutes des pneumatiques ayant une armature de frettage formé par des éléments de renforcement 101 orientés P10-2097 FR - 10 - circonférentiellement, il ne s'agit pas là d'une caractéristique essentielle de l'invention, dont un des avantages est justement de rendre optionnelle une telle armature de frettage. [0038] Les figures 3 à 6 représentent des pneumatiques comportant une seule première couche 111 de mélange caoutchouteux ayant un module d'élasticité supérieur ou égal à 50 MPa. Cette première couche 111 s'étend du plan médian 150 du pneumatique axialement vers l'extérieur, de part et d'autre du plan médian, jusqu'à une distance axiale Dp (indiquée à la figure 3) du plan médian inférieure d'au moins 10 mm à la distance axiale Da (indiquée à la figure 3) du plan médian 150 de l'extrémité axiale de l'armature de sommet. La première couche 111 est prolongée axialement vers l'extérieur, de part et d'autre du plan médian 150, par une deuxième couche 121 de mélange caoutchouteux ayant un module d'élasticité inférieur ou égal à 20 MPa. [0039] La figure 3 montre une variante de l'invention dans laquelle la première couche 111 et la deuxième couche 121 se trouvent radialement à l'intérieur de la couche de renforcement radialement le plus à l'intérieur de l'armature de sommet, qui est formée par les éléments de renforcement 81. On voit que la première couche 111 et la deuxième couche 121 sont toutes les deux en contact avec les éléments de renforcement de cette couche de renforcement. L'espace entre les couches de renforcement formées par les éléments de renforcement 81 et 91 et entre les éléments de renforcement 91 et 101 est rempli par des couches de mélange caoutchouteux 132 et 133 dont le module d'élasticité est inférieur à 20 MPa. C'est aussi le cas de la couche de mélange caoutchouteux 134 qui sépare l'armature de frettage de la bande de roulement 40. [0040] La figure 4 représente une variante dans laquelle la première couche 111 et la deuxième couche 121 se trouvent entre les deux couches de renforcement. [0041] La figure 5 représente un pneumatique dans lequel la première couche 111 et la deuxième couche 121 se trouvent entre la couche de renforcement radialement le plus à l'intérieur de l'armature de sommet, formée par les éléments de renforcement 91, et l'armature de frettage, formée par les éléments de renforcement 101. [0042] Dans le pneumatique représenté à la figure 6 enfin, la première couche 111 et la deuxième couche 121 se trouvent entre l'armature de frettage, formée par les éléments de renforcement 101, et la bande de roulement 40. P10-2097 FR -11- [0043] Les figures 7 à 12 correspondent aux différents cas qui peuvent être envisagés lorsqu'on prévoit deux premières couches 111 et 112 de très haut module et deux deuxièmes couches 121 et 122 (quatre, si l'on tient compte de la deuxième moitié du sommet qui n'est pas représentée) dans le sommet. [0044] Les deux couches peuvent être adjacentes, comme c'est le cas aux figures 7, 10 et 12, ou séparées par une ou deux couches de mélange caoutchouteux de moindre module (la couche 132 à la figure 8, les couches 132 et 133 à la figure 9, la couche 133 à la figure 11). [0045] On notera que les deux premières couches 111 et 112 n'ont pas forcément la même largeur axiale. Le concepteur de pneumatiques trouve là un degré de liberté lui permettant d'ajuster la rigidité du sommet à ses besoins particuliers. On évitera cependant que l'une ou l'autre de ces premières couches se rapproche trop (à une distance axiale inférieure à 10 mm, et de préférence 20 mm, des extrémités axiales des couches de renforcement adjacentes. [0046] Si l'on veut rigidifier encore davantage le centre du sommet, on peut prévoir trois premières couches 111 à 113, bordées de deux fois trois couches 121 à 123, comme cela est représenté aux figures 13 à 16. Les trois premières couches 111 à 113 n'ont pas forcément la même largeur axiale [0047] La figure 17 représente un pneumatique comportant quatre premières couches 111 à 114 de très haut module, bordées de deuxièmes couches 121 à 124. [0048] Dans les pneumatiques représentés aux figures 3 à 17, la ou les premières couches et les deuxièmes couches sont en contact avec les éléments de renforcement des couches de renforcement les plus proches. Cette configuration peut être facilement obtenue notamment à l'aide un procédé de fabrication particulier, connu en soi, sous l'appellation C3M , dans lequel les éléments de renforcement sont posés individuellement sur le mélange caoutchouteux déposée préalablement. L'invention ne se limite cependant pas à cette catégorie d'architectures. Elle comprend également des variantes dans lesquelles les éléments de renforcement des couches de renforcement sont noyés dans du mélange caoutchouteux de bas module d'élasticité (typiquement 10 MPa ou moins). Cette configuration est préférable lorsque le pneumatique doit être fabriqué avec un procédé traditionnel de confection. On pose alors des feuilles de mélange caoutchouteux de très haut module entre les nappes formant les couches de P10-2097 FR - 12 - l'armature de sommet. Ainsi on évite de devoir calandrer ces nappes avec un mélange caoutchouteux à très haut module. [0049] La figure 18 représente un pneumatique correspondant à ce mode de réalisation. La première couche 111 de mélange caoutchouteux se trouve intercalée entre deux nappes formées chacune d'éléments de renforcements 81 et 91 et de mélange caoutchouteux 132 et 133 dont le module est inférieur à 15 MPa. Autrement dit, ce pneumatique comporte deux troisièmes couches 142 et 143 de mélange caoutchouteux qui séparent les première et deuxièmes couches 111 et 121 des éléments de renforcement 81 et 91 des couches de renforcement les plus proches. [0050] On notera également que le pneumatique représenté à la figure 18 ne comporte pas d'armature de frettage, tout comme celui représenté à la figure 19. Celui-ci ressemble en tout point au pneumatique de la figure 8, mis à part le fait que le sommet ne comporte pas d'éléments de renforcement 91 circonférentiels. [0051] Le Tableau I donne, à titre d'exemple, la composition de six mélanges caoutchouteux différents M1 à M5 pouvant être utilisés comme première couche de très haut module élastique. La composition est donnée en pce ( pour cent élastomère ), c'est-à-dire en parties en poids pour 100 parties en poids d'élastomère. Le module élastique MA10 correspondant est également indiqué. Parts en pce M1 M2 M3 M4 M5 N R [1 ] 100 100 100 50 50 SBR [2] - - - 50 50 N 330 [3] 79 79 79 75 75 Huile paraffinique 3 3 3 - - Résine époxy - - - 3 3 Stéaramide - - - 1.5 1.5 Antioxydant (6PPD) [4] 1.5 1.5 1.5 1.9 1.9 Naphténate de cobalt 3 3 3 3.5 3.5 Acide stéarique 0.6 0.6 0.6 1.5 1.5 P10-2097 FR - 13 - ZnO 8.5 8.5 8.5 9 9 Diphénylolpropane 7 7 7 3 3 Résine formophénol 11 15 19 9 12 HMT [5] 2.65 3.6 4.6 - - H3M [6] 5.56 5.56 5.56 6 8 Soufre 2,1 9,8 7,8 11,1 15,1 Accélérateur (TBBS) [7] 0.95 2.1 2.4 1.4 1.9 MA10 71 111 94 70 83 Tableau I [0052] Annotations au Tableau I : [1] Caoutchouc naturel [2] SBR avec 26% de styrène, 25% de motifs polybutadiène 1-2 et 45% de motifs polybutadiène 1-4 trans (Tg = -48°C) [3] Noir de carbone série 330 (ASTM) [4] N-(1,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p-phénylènediamine [5] Hexaméthylènetétramine [6] Hexaméthoxyméthylmélamine [7] N-ter-butyl-2-benzothiazyle sulfénamide
[0053] La couche de très haut module est préférentiellement à base d'au moins un élastomère diénique, une charge renforçante et un système de réticulation. [0054] Par élastomère (ou indistinctement caoutchouc) diénique , on entend de manière connue un élastomère issu au moins en partie (i.e., un homopolymère ou un copolymère) de monomères diènes c'est-à-dire de monomères porteurs de deux doubles liaisons carbone-carbone, conjuguées ou non. L'élastomère diénique utilisé est préférentiellement choisi dans le groupe constitué par les polybutadiènes (BR), le caoutchouc naturel (NR), les polyisoprènes de synthèse (IR), les copolymères de butadiène-styrène (SBR), les copolymères d'isoprène-butadiène (BIR), les copolymères P10-2097 FR - 14 - d'isoprène-styrène (SIR), les copolymères de butadiène-styrène-isoprène (SBIR) et les mélanges de ces élastomères. [0055] Un mode de réalisation préférentiel consiste à utiliser un élastomère isoprénique , c'est-à-dire un homopolymère ou un copolymère d'isoprène, en d'autres termes un élastomère diénique choisi dans le groupe constitué par le caoutchouc naturel (NR), les polyisoprènes de synthèse (IR), les différents copolymères d'isoprène et les mélanges de ces élastomères. [0056] L'élastomère isoprénique est de préférence du caoutchouc naturel ou un polyisoprène de synthèse du type cis-1,4. Parmi ces polyisoprènes de synthèse, sont utilisés de préférence des polyisoprènes ayant un taux (% molaire) de liaisons cis-1,4 supérieur à 90%, plus préférentiellement encore supérieur à 98%. Selon d'autres modes de réalisation préférentiels, l'élastomère diénique peut être constitué, en tout ou partie, d'un autre élastomère diénique tel que, par exemple, un élastomère SBR (ESBR ou S-SBR) utilisé en coupage ou non avec un autre élastomère, par exemple du type BR. [0057] La composition de caoutchouc peut comporter également tout ou partie des additifs habituellement utilisés dans les matrices de caoutchouc destinées à la fabrication de pneumatiques, tels que par exemple des charges renforçantes comme le noir de carbone ou des charges inorganiques comme la silice, des agents de couplage pour charge inorganique, des agents anti-vieillissement, des antioxydants, des agents plastifiants ou des huiles d'extension, que ces derniers soient de nature aromatique ou non aromatique (notamment des huiles très faiblement ou non aromatiques, par exemple du type naphténiques ou paraffiniques, à haute ou de préférence à basse viscosité, des huiles MES ou TDAE, des résines plastifiantes à haute Tg supérieure à 30°C), des agents facilitant la mise en oeuvre (processabilité) des compositions à l'état cru, des résines tackifiantes, un système de réticulation à base soit de soufre, soit de donneurs de soufre et/ou de peroxyde, des accélérateurs, des activateurs ou retardateurs de vulcanisation, des agents antiréversion, des accepteurs et donneurs de méthylène tels que par exemple HMT (hexaméthylènetétramine) ou H3M (hexaméthoxyméthylmélamine), des résines renforçantes (tels que résorcinol ou bismaléimide), des systèmes promoteurs d'adhésion connus du type sels métalliques par exemple, notamment sels de cobalt ou de nickel. [0058] Les compositions sont fabriquées dans des mélangeurs appropriés, en utilisant deux phases de préparation successives bien connues de l'homme du métier : une P10-2097 FR - 15 - première phase de travail ou malaxage thermomécanique (phase dite non productive ) à haute température, jusqu'à une température maximale comprise entre 110°C et 190°C, de préférence entre 130°C et 180°C, suivie d'une seconde phase de travail mécanique (phase dite productive ) jusqu'à une plus basse température, typiquement inférieure à 110°C, phase de finition au cours de laquelle est incorporé le système de réticulation. [0059] A titre d'exemple, la phase non productive est conduite en une seule étape thermomécanique de quelques minutes (par exemple entre 2 et 10 min) au cours de laquelle on introduit, dans un mélangeur approprié tel qu'un mélangeur interne usuel, tous les constituants de base nécessaires et autres additifs, à l'exception du système de réticulation ou vulcanisation. Après refroidissement du mélange ainsi obtenu, on incorpore alors dans un mélangeur externe tel qu'un mélangeur à cylindres, maintenu à basse température (par exemple entre 30°C et 100°C), le système de vulcanisation. L'ensemble est alors mélangé (phase productive) pendant quelques minutes (par exemple entre 5 et 15 min). [0060] La composition finale ainsi obtenue est ensuite calandrée, par exemple sous la forme d'une feuille ou plaque pour caractérisation, ou encore extrudée, pour former la ou les couches de mélange caoutchouteux de très haut module utilisée dans un pneumatique selon l'invention. [0061] La vulcanisation (ou cuisson) peut ensuite être conduite de manière connue à une température généralement comprise entre 130°C et 200°C, de préférence sous pression, pendant un temps suffisant qui peut varier par exemple entre 5 et 90 min en fonction notamment de la température de cuisson, du système de vulcanisation adopté et de la cinétique de vulcanisation de la composition considérée. [0062] Des résultats obtenus avec des pneumatiques selon l'invention sont illustrés aux figures 20 et 21. Ces résultats ont été obtenus avec des pneumatiques de dimension 225/40 R 18. Le pneumatique selon l'invention utilisé avait une architecture proche de celle représentée à la figure 4, avec une première couche de très haut module de composition M1 (voir Tableau I), Ce pneumatique selon l'invention a été comparé à un pneumatique de référence Pilot Sport 2 dépourvu de couche de très haut module, mais pourvu d'une armature supplémentaire de frettage dans la partie centrale du sommet. Cette armature supplémentaire de frettage centrée sur le rib central avait une largeur de 2x10 mm. Elle était formée de câbles polyester 220x3 (3 torons de 220 tex) posés au pas de 1.2 mm. En dehors des différences concernant P10-2097 FR -16- ce frettage supplémentaire et les couches à très haut module, les pneumatiques utilisés dans ces essais comparatifs étaient identiques : - Mélange caoutchouteux de l'armature de sommet : module d'extension sécant à 10 %: 12MPa; Eléments de renforcement de l'armature de sommet : câble 6.23 (3x2 torons, chaque toron ayant un diamètre de 0.23 mm), posé au pas de 1.8 mm ; Inclinaison des éléments de renforcement par rapport à la direction circonférentielle : 30° ; Frettage : câble hybride (2 brins d'aramide à 167 tex et un brin de Nylon à 140 tex) avec un diamètre externe de 0.79 mm, posé au pas de 1 mm. [0063] La figure 20 illustre les gains en termes de poussée de dérive. Le graphe montre l'évolution de la rigidité de dérive D en fonction de la charge Z du pneumatique. Les cercles pleins correspondent aux résultats obtenus avec le pneumatique selon l'invention, les cercles vides aux résultats obtenus avec le pneumatique de référence.
On voit que la présence de la couche de très haut module améliore de manière très significative la poussée à forte charge. En d'autres termes, lorsqu'il est monté sur un véhicule et roule, le pneumatique selon l'invention réagit plus rapidement à un coup de volant, et ce malgré l'absence d'une armature de frettage supplémentaire centrale. [0064] La figure 21 illustre l'effet de la présence des couches de très haut module sur la mise à plat du pneumatique. Le graphe montre les contraintes en x, a x, (c'est-à-dire les efforts dans la direction d'avancement du pneumatique, divisés par la surface que le pneumatique présente au sol) en fonction de la largeur L du sommet. La présence du mélange caoutchouteux de très haut module permet une meilleure répartition des efforts dans la largeur de l'aire de contact. Autrement dit, le profil du pneumatique gonflé est aplati, ce qui se traduit par un gain important en usure douce (type autoroute) au centre du sommet, notamment sur essieu moteur. Signalons que si on avait simplement enlevé l'armature de frettage du pneumatique de référence, la courbe aurait été décalée vers des valeurs de 6X plus importantes (de l'ordre de 0.5 bar au centre du sommet), ce qui aurait un effet très négatif sur l'usure irrégulière du sommet. La présence des couches de mélange caoutchouteux de très haut module permet de revenir à un niveau de contraintes beaucoup plus faibles et mieux réparties sur la largeur du sommet. P10-2097 FR -17- [0065] Le Tableau Il résume d'autres résultats obtenus en comparant le même pneumatique selon l'invention avec le pneumatique de référence. Pneumatique Pneumatique de référence selon l'invention Vitesse limite (km/h) 331 4 332 Endurance sans clivage 40 000 40 000 (km) Bruit coast by 70.9 0.7 69.7 à 60 km/h (dB(A)) Bruit coast by 75.3 0.8 73.7 à 80 km/h (dB(A)) CRR à 90 km/h (kg/t) 11.0 0.14 10.6 Tableau Il [0066] L' endurance en roulage à haute vitesse est appréciée en soumettant chaque enveloppe à une montée en vitesse progressive, selon des paliers déterminés, jusqu'à ce que le pneumatique soit détruit. La vitesse limite est la vitesse maximale atteinte avant destruction. Les résultats obtenus permettent d'affirmer que les pneumatiques selon l'invention permettent d'obtenir sensiblement les mêmes performances en vitesse limite que le pneumatique de référence, et ce malgré l'absence d'une armature de frettage supplémentaire centrale. [0067] Ce constat est corroboré par les résultats obtenus en endurance sans clivage . Dans ces essais, on fait rouler un pneumatique sur un volant, avec une surcharge de 990 daN, pour un gonflage à 2.8 bar et un carrossage de -2°. Le pneumatique roule sur une distance de 40 000 km, à moins qu'il ne soit détruit avant ce kilométrage, puis on examine l'état du sommet (câbles cassés, début de clivage, ...). En l'occurrence, le pneumatique selon l'invention et le pneumatique de référence ont tous les deux atteint les 40 000 km sans dégradation notable. [0068] Comme cela a été dit plus haut, une des raisons qui décourageraient l'homme du métier d'utiliser des mélanges caoutchouteux de très haut module dans un sommet de pneumatique réside dans la dégradation du bruit généré par un sommet ainsi rigidifié. Or, de manière surprenante, cet inconvénient est bien moins prononcé qu'on aurait pu le craindre, comme le montrent les résultats en bruit coast by . Le bruit dit P10-2097 FR -18- coast by est représentatif du désagrément acoustique que subit un riverain au passage d'un véhicule à vitesse constante sur un sol de granulométrie intermédiaire, type autoroutier : on fait passer un véhicule, à une vitesse donnée, boîte de vitesse au point mort et moteur coupé, sur une aire de mesure normalisée (norme ISO DIS 10 844) ; des microphones enregistrent les niveaux de bruit en dB(A). [0069] Enfin, le Tableau Il permet de voir que l'utilisation de mélanges caoutchouteux de très haut module dégrade légèrement la résistance au roulement. Le Coefficient de résistance au roulement (CRR) est défini comme CRR = FRR Z où FRR désigne la force de résistance au roulement qui s'oppose à la rotation d'un pneumatique qui roule à vitesse stabilisée sur une surface, et Z désigne la charge du pneumatique. Ce coefficient dépend de la vitesse de roulement. A 90 km/h, le pneumatique selon l'invention a un coefficient CRR supérieur d'environ 4 % par rapport au pneumatique de référence. Ce résultat n'est pas surprenant dans la mesure où les mélanges caoutchouteux de très haut module sont inévitablement plus hystérétiques. [0070] En résumé, l'utilisation de mélanges caoutchouteux de très haut module dans le sommet permet d'améliorer à la fois la rigidité de dérive du pneumatique et sa mise à
plat, tout en conservant une excellente endurance, ces avantages étant obtenus au prix d'une légère dégradation en bruit et en coefficient de résistance au roulement.
L'invention permet donc d'obtenir un compromis de performances tout à fait intéressant, en particulier pour des pneumatiques pour véhicules de tourisme destinés à une utilisation à haute vitesse. P10-2097 FR