Titre : architecture optimisée de pneumatique de type génie civil

[001] La présente invention a pour objet un pneumatique radial, destiné à équiper un véhicule lourd de type génie civil, et concerne plus particulièrement l’armature de sommet d’un tel pneumatique.

[002] Les pneumatiques radiaux destinés à équiper un véhicule lourd de type génie civil, sont désignés au sens de la norme de la European Tyre and Rim Technical Organisation (Organisation technique européenne du pneu et de la jante) ou ETRTO.

[003] Par exemple un pneumatique radial pour véhicule lourd de type génie civil, au sens de la norme de la European Tyre and Rim Technical Organisation (Organisation technique européenne du pneu et de la jante) ou ETRTO, est destiné à être monté sur une jante dont le diamètre est au moins égal à 25 pouces. Bien que non limitée à ce type d’application, l’invention est décrite pour un pneumatique radial de grande dimension destiné à être monté sur un dumper, notamment des véhicules de transport de matériaux extraits de carrières ou de mines de surface, par l’intermédiaire d’une jante dont le diamètre est au moins égal à 35 pouces et peut atteindre 57 pouces, voire 63 pouces.

[004] Un pneumatique ayant une géométrie de révolution par rapport à un axe de rotation, la géométrie du pneumatique est généralement décrite dans un plan méridien contenant Taxe de rotation du pneumatique. Pour un plan méridien donné, les directions radiale, axiale et circonférentielle désignent respectivement les directions perpendiculaire à Taxe de rotation du pneumatique, parallèle à Taxe de rotation du pneumatique et perpendiculaire au plan méridien. La direction circonférentielle est tangente à la circonférence du pneumatique.

[005] Dans ce qui suit, les expressions «radialement intérieur», respectivement «radialement extérieur» signifient «plus proche », respectivement «plus éloigné de Taxe de rotation du pneumatique». Par « axial ement intérieur », respectivement « axialement extérieur », on entend « plus proche », respectivement « plus éloigné du plan équatorial du pneumatique », le plan équatorial du pneumatique étant le plan passant par le milieu de la surface de roulement et perpendiculaire à l’axe de rotation. Par « un élément A axialement intérieur à un élément B d’une distance axiale D », on entend que l’élément A est plus proche du plan équateur que l’élément B et que la distance axiale entre les deux éléments est égale à la distance D. Ce type de phrase est généralisable avec la direction radiale et circonférentielle et la position extérieure versus intérieure, de l’un ou l’autre des éléments.

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

[007] Un pneumatique radial comprend en outre une armature de renforcement, constituée d’une armature de sommet, radialement intérieure à la bande de roulement, et d’une armature de carcasse, radialement intérieure à l’armature de sommet.

[008] L’armature de carcasse d’un pneumatique radial pour véhicule lourd de type génie civil, comprend habituellement au moins une couche de carcasse comprenant des renforts métalliques, enrobés par un matériau polymérique de type élastomère ou élastomérique, obtenu par mélangeage et appelé mélange d’enrobage. Une couche de carcasse comprend une partie principale, reliant les deux bourrelets entre eux et s’enroulant généralement, dans chaque bourrelet, de l’intérieur vers l’extérieur du pneumatique autour d’un élément de renforcement circonférentiel le plus souvent métallique appelé tringle, pour former un retournement. Les renforts métalliques d’une couche de carcasse sont sensiblement parallèles entre eux et forment, avec la direction circonférentielle, un angle compris entre 85° et 95°.

[009] L’armature de sommet d’un pneumatique radial pour véhicule de type génie civil, comprend une superposition de couches de sommet s’étendant circonférentiellement, radialement à l’extérieur de l’armature de carcasse. Chaque couche de sommet est constituée de renforts généralement métalliques, parallèles entre eux et enrobés par un matériau polymérique de type élastomère ou mélange d’enrobage.

[010] Un renfort métallique est caractérisé mécaniquement par une courbe représentant la force de traction (en N), appliquée au renfort métallique, en fonction de son allongement relatif (en %), dite courbe force-allongement. De cette courbe force- allongement sont déduites des caractéristiques mécaniques en traction du renfort métallique, telles que l’allongement structural As (en %), l’allongement total à la rupture At (en %), la force à la rupture Fm (charge maximale en N) et la résistance à la rupture Rm (en MPa), ces caractéristiques étant mesurées selon la norme ASTM D 2969-04 de 2014.

[OU] L'allongement total At du renfort métallique est, par définition, la somme de ses allongements structural, élastique et plastique (At = As + Ae + Ap) et particulièrement à la rupture où chacun des allongements est non nul. L’allongement structural As résulte du positionnement relatif des fils métalliques constitutifs du renfort métallique sous un faible effort de traction. L’allongement élastique Ae résulte de l’élasticité même du métal des fils métalliques, constituant le renfort métallique, pris individuellement, le comportement du métal suivant une loi de Hooke. L’allongement plastique Ap résulte de la plasticité, c’est-à-dire de la déformation irréversible, au- delà de la limite d’élasticité, du métal de ces fils métalliques pris individuellement. Ces différents allongements ainsi que leurs significations respectives, bien connus de l’homme du métier, sont décrits, par exemple, dans les documents US5843583, W02005/014925 et W02007/090603.

[012] On définit également, en tout point de la courbe force-allongement d’un renfort métallique, un module en extension, exprimé en GPa, qui représente la pente de la droite tangente à la courbe force-allongement en ce point. En particulier, on appelle module élastique en extension ou module d’ Young, le module en extension de la partie linéaire élastique de la courbe force-allongement.

[013] Parmi les renforts métalliques, on distingue usuellement les renforts métalliques élastiques, tels que ceux utilisés dans les couches de protection, et les renforts métalliques non extensibles ou inextensibles.

[014] Un renfort métallique élastique, dans son état gommé issu du pneumatique^ est caractérisé par un allongement structural As au moins égal à 0.3% et un allongement total à rupture At au moins égal à 3%. En outre, un renfort métallique élastique a un module élastique en extension au plus égal à 150 GPa, et compris usuellement entre 40 GPa et 110 GPa. [015] Un renfort métallique inextensible est caractérisé par un allongement total At, sous une force de traction égale à 10% de la force à rupture Fm, au plus égal à 2%. Par ailleurs, un renfort métallique non extensible a un module élastique en extension compris usuellement entre 150 GPa et 200 GPa.

[016] Parmi les couches de sommet, on distingue usuellement les couches de protection, constitutives de l’armature de protection et radial ement les plus à l’extérieur, comprenant des éléments de renforcement (ou renforts) élastiques et les couches de travail comprenant des éléments de renforcement constitutives de l’armature de travail et radialement comprises entre l’armature de protection et l’armature de carcasse. Les angles des éléments de renforcement des couches de protection, ou leur élasticité relativement plus importante que celle des éléments de renforcement des couches de travail sont tels que les couches de protection ne reprennent que très peu d’effort au roulage comparativement aux couches de travail.

[017] L’armature de protection, comprenant au moins une couche de protection, protège essentiellement les couches de travail des agressions mécaniques ou physicochimiques, susceptibles de se propager à travers la bande de roulement radialement vers l’intérieur du pneumatique.

[018] L’armature de protection comprend souvent deux couches de protection, radialement superposées, formées de renforts métalliques élastiques, parallèles entre eux dans chaque couche et croisés d’une couche à la suivante, en formant, avec la direction circonférentielle, des angles au moins égaux à 15°. Les couches de protection sont radialement extérieures aux autres couches de sommet qu’elles protègent des agressions.

[019] L’armature de travail, comprenant au moins deux couches de travail, a pour fonction de ceinturer le pneumatique et de lui conférer de la rigidité et de la tenue de route. Elle reprend à la fois des sollicitations mécaniques de gonflage, générées par la pression de gonflage du pneumatique et transmises par l’armature de carcasse, et des sollicitations mécaniques de roulage, générées par le roulage du pneumatique sur un sol et transmises par la bande roulement. Elle doit en outre résister à l’oxydation et aux chocs et perforations, grâce à sa conception intrinsèque et à celle de l’armature de protection. [020] L’armature de travail comprend usuellement deux couches de travail, radial ement superposées, formées de renforts métalliques non extensibles, parallèles entre eux dans chaque couche et croisés d’une couche à la suivante, en formant, avec la direction circonférentielle, des angles au plus égaux à 60°, et, de préférence, au moins égaux à 15° et au plus égaux à 45°. Pour diminuer les cisaillements des composés caoutchouteux, ou mélanges caoutchouteux ; aux extrémités axiales des couches de travail, il est usuel de décaler axialement la position desdites extrémités l’une par rapport à l’autre. L’armature de sommet comporte donc usuellement une couche de travail de plus grande largeur axiale et une couche de travail de plus petite largeur axiale. Les cisaillements des composés caoutchouteux sont maximaux à l’extrémité de la couche de travail de plus petite largeur axiale. En effet ces cisaillements maximaux dus aux déplacements de l’extrémité de la couche de travail de plus petite largeur axiale se répartissent sur l’épaisseur radiale de composés caoutchouteux entre la couche de travail de plus petite largeur axiale et la couche de travail de plus grande largeur axiale. Ces cisaillements sont amplifiés par les déformations de la couche de travail de plus grande largeur axiale. En effet, étant donné l’angle des renforts métalliques croisés avec les renforts métalliques de la couche de travail de plus petite largeur, la couche de travail de plus grande largeur axiale se déforme dans une autre direction, ce qui augmente les déformations des composés caoutchouteux. Ces maximas de cisaillements sont généralement diminués en ajoutant une gomme de découplage entre l’extrémité de la couche de travail de plus petite largeur axiale et la couche de travail de plus grande largeur axiale. L’extrémité de la couche de travail de plus grande largeur axiale est également soumise à de forts cisaillements mais généralement de moindre amplitude étant donné que pour cette extrémité, l’épaisseur des composés caoutchouteux est plus importante et les déformations ne sont plus amplifiées par la présence de l’autre couche de travail.

[021] Pour diminuer les sollicitations mécaniques de gonflage et de roulage transmises à l’armature de travail et les cisaillements du mélange caoutchouteux qui les recouvre, il est connu de disposer, radialement à l’extérieur de l’armature de carcasse, une armature de frettage. L’armature de frettage, dont la fonction est de reprendre au moins en partie les sollicitations mécaniques de gonflage, améliore l’endurance de l’armature de sommet par une rigidification de l’armature de sommet. L’armature de frettage peut être positionnée radial ement à l’intérieur de l’armature de travail, entre les deux couches de travail de l’armature de travail, ou radial ement à l’extérieur de l’armature de travail.

[022] Dans les applications de type génie Civil, l’armature de frettage peut comprendre deux couches de frettage, radialement superposées, formées de renforts métalliques, parallèles entre eux dans chaque couche et croisés d’une couche à la suivante, en formant, avec la direction circonférentielle, des angles au plus égaux à 10°. Pour réaliser les couches de frettage, sur des pneumatiques de génie civil de grand diamètre, l’enroulement d’une couche d’éléments de renforcement discontinus dont les extrémités vont d’un bord axial de la couche à l’autre formant avec la direction circonférentielle un angle compris entre 0° et 10°, peut être préféré à l’enroulement d’une bande étroite de quelques éléments de renforcement continus formant avec la direction circonférentielle un angle compris entre 0° et 5° pour des raisons de productivité.

[023] Dans les deux cas, les couches de frettage sont de plus petite largeur axiale que la couche de travail de plus petite largeur axiale. En effet les sollicitations dues au roulage en extrémité des couches de frettage sont très élevées en traction et augmenter leurs largeurs amèneraient à dégrader l’endurance du pneumatique. Ainsi on évite de disposer des éléments de renforcement formant avec la direction circonférentielle des angles compris entre 0° et 10°, à des positions axiales trop éloignées du plan médian. Le document WO2019/202239, divulgue une architecture usuelle des pneumatiques de génie civil comprenant deux couches de frettage d’éléments de renforcement rigides, radialement intérieures à deux couches de travail d’éléments de renforcement rigides radialement intérieures à des couches de protection élastiques, les deux couches de frettage étant de largeur axiale sensiblement inférieure à la largeur axiale des couches de travail. Ce document présente une optimisation des couches de protection afin d’améliorer la résistance aux agressions sommet que subissent les pneumatiques de génie civil. En effet les pneumatiques de génie civil et particulièrement ceux utilisés en mine de surface, sont soumis à des agressions généralement au voisinage des fronts de taille où le minerai est plus saillant. Au fur et à mesure que la bande de roulement s’use, l’impact de la rigidité d’enfoncement du bloc sommet sur les coupures de la bande de roulement se fait sentir. Si l’optimisation proposée dans l’état de l’art a son intérêt, sa rigidité circonférentielle importante amenée principalement par les couches de frettage favorise les coupures de la bande de roulement et son usure irrégulière au centre et parfois la perforation totale du bloc sommet. Il est bien connu de l’homme du métier qu’augmenter l’angle moyen des nappes de frettage au-delà de 15° permet de baisser la rigidité du sommet mais cela réduit d’autant l’endurance en favorisant les fissurations aux extrémités des couches de travail.

[024] Les inventeurs se sont donnés pour objectif, de conserver une bonne endurance notamment aux extrémités des couches de sommet, d’améliorer l’usure due aux agressions et la résistance aux perforations au centre.

[025] Cet objectif a été atteint, selon l’invention, par un pneumatique radial pour véhicule de génie civil comprenant :

- une armature de sommet, radial ement intérieure à une bande de roulement et radial ement extérieure à une armature de carcasse,

- un plan médian perpendiculaire à l’axe de rotation du pneumatique et passant par le milieu de la bande de roulement,

- l’armature de sommet comprenant, au moins cinq couches d’éléments de renforcement métalliques, dont au moins 3 couches de travail et 2 couches de protection radialement extérieures aux couches de travail,

- une première couche de travail la plus radialement intérieure d’une largeur axiale L1 comprenant des éléments de renforcement métalliques, parallèles entre eux et formant au plan médian avec la direction circonférentielle (XX’) tangente à la circonférence du pneumatique, un angle Al,

- les deuxième et troisième couches de travail radialement extérieures à la première couche de travail, dites couches de travail composites, de largeurs axiales respectives L2 et L3,

- les deuxième et troisième couches de travail composites comprenant chacune 3 parties, une partie centrale et deux parties axiales positionnées de part et d’autre de la partie centrale, - les parties centrales des deuxième et troisième couches de travail composites comprenant sur des largeurs axiales respectives L21 et L31, centrées sur le plan médian, des premiers éléments de renforcement métalliques, parallèles entre eux et formant au plan médian avec la direction circonférentielle (XX’), des angles respectivement A21 et A31,

- les parties axiales des deuxième et troisième couches de travail composites, de part et d’autre des parties centrales, comprenant des seconds éléments de renforcement métalliques élastiques dont le module d’extension est au plus égal à 130 GPa, parallèles entre eux et formant avec la direction circonférentielle (XX’), respectivement des angles A22 et A23,

- deux couches de protection les plus radialement extérieures, de largeur axiale LPN1 pour la couche de protection la plus radialement intérieure et LPN2 pour la couche de protection la plus radialement extérieure, lesdites couches de protection comprenant des renforts métalliques élastiques dont le module d’extension est au moins égal à 40 GPa et au plus égal à 130 GPa, enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux et formant, avec une direction circonférentielle (XX’), respectivement un angle APN1 pour la couche de protection la plus radialement intérieure et APN2 pour la couche de protection la plus radialement extérieure, les valeurs absolues des angles APN1 et APN2 étant au moins égales à 15°,

- les valeurs absolues des angles au plan médian formés par les éléments de renforcement métalliques des couches de travail avec la direction circonférentielle (XX’) étant au moins égales à 20°,

- les angles Al et A31 formés au plan médian par les éléments de renforcement des première et respectivement troisième couches avec la direction circonférentielle (XX’), étant de mêmes signes et de signe opposé à l’angle A21 formé par les éléments de renforcement de la partie centrale de la deuxième couche de travail au plan médian, avec la direction circonférentielle (XX’),

- les angles A22 et A32 formés par les éléments de renforcement élastiques des parties axiales des deuxième et troisième couches de travail avec la direction circonférentielle (XX’) étant au plus égaux à 10°,

- la largeur axiale L1 de la première couche de travail étant au moins égale aux largeurs axiales L2 et L3 des deuxième et troisième couches de travail, et au moins une couche de protection ayant une largeur axiale au moins égale à la largeur axiale de la couche de travail de plus grande largeur.

[026] La solution mise en œuvre permet de mieux équilibrer axialement les rigidités circonférentielles en maintenant, voire en augmentant la rigidité à proximité des extrémités axiales des couches de travail et la diminuant au centre. Les inventeurs sont partis du constat que les rigidités circonférentielles sont trop élevées au centre en raison de la présence des couches de frettage. Sur certains pneumatiques les couches de frettage sont à l’origine de 5 septièmes de la rigidité circonférentielle au centre. De manière contre-intuitive, il convient de supprimer les couches de frettage au centre et de les remplacer par des couches de travail possiblement qualifiables de composites dont le centre est constitué de premiers éléments de renforcement métalliques dont la rigidité est réglable par des angles au moins égaux à 20° et par le module en extension, et dont les parties axiales sont constituées par des seconds éléments de renforcement métalliques élastiques dont le module d’extension est au plus égal à 130 GPa dont la rigidité sera augmentée grâce à des angles inférieurs à 8°. Pour un réglage adéquat de la géométrie du sommet, il est impératif que les parties axiales des deux couches de travail composites dont les angles sont proches de la direction circonférentielle, soient posée sur une couche d’éléments de renforcement relativement rigide, comme une couche d’éléments de renforcement métallique par exemple, les dits éléments de renforcement étant inextensibles ou pas. Dans le cas contraire, pendant le moulage, les trois parties des couches de travail composites auront tendance à s’agencer de manière différente et générant une géométrie peu endurante, leur partie centrale se déformant plus facilement que leurs deux parties axiales . La solution pour les inventeurs est de disposer la première couche de travail composite sur une première couche de travail constituée dans toute sa largeur axiale d’éléments de renforcement métalliques avec comme contrainte que la largeur axiale de cette couche de travail la plus radialement intérieure soit au moins égale aux largeurs des deux couches de travail composites.

[027] L’absence de couches de frettage ou autres couches de sommet avec des renforts métalliques formant avec la direction circonférentielle des angles dont la valeur absolue est inférieure à 15°, au centre du pneumatique, assouplit considérablement le centre du pneumatique augmentant de manière significative sa résistance à l’abrasion ainsi qu’à la perforation. Cependant cette suppression, augmente les cisaillements aux extrémités des couches de travail, et détériore l’endurance à la fissuration. Ce problème est résolu en ajoutant des éléments de renforcement métalliques formant avec la direction circonférentielle des angles dont la valeur absolue est inférieure à 10° mais élastiques pour permettre à ces renforts de ne pas être trop sollicités par les cycles de traction/compression élevés à cet endroit. Par élastique, nous entendons ici que lesdits éléments de renforcement métalliques ont un module d’extension est au plus égal à 130 GPa. Cette élasticité permet en outre le moulage correct du sommet.

[028] Néanmoins pour la performance en endurance du pneumatique par la limitation du cisaillement à l’extrémité notamment de la première couche de travail, c’est-à- dire la couche de sommet la plus radialement intérieure, il est nécessaire d’avoir un équilibre particulier entre ces seconds éléments de renforcement métalliques élastiques et les angles des éléments de renforcement de la première couche de travail et des parties centrales des deuxième et troisième couches de travail, ces deux dernières étant dites composites. Ainsi les valeurs absolues des angles au plan médian formés par les éléments de renforcement métalliques des couches de travail sont au moins égales à 20°. En dessous de cette valeur, ces couches de travail rigidifieront trop le sommet et ne permettront pas d’atteindre l’objectif de l’invention.

[029] Par ailleurs, étant donné que le centre du pneumatique n’est plus firetté, il est nécessaire de coupler le centre des trois premières couches de travail. Pour cela, il est nécessaire que les angles Al et A31 formés au plan médian par les éléments de renforcement des première et respectivement troisième couches avec la direction circonférentielle (XX’), soient de mêmes signes et de signe opposé à l’angle A21 formé par les éléments de renforcement de la deuxième couche d’éléments de renforcement au plan médian, avec la direction circonférentielle (XX’). Ces orientations relatives permettent d’avoir une rigidité suffisante au centre du pneumatique.

[030] Compte tenu de la présence d’éléments de renforcement de frettage à l’extrémité axiale des deuxième et troisième couches de travail, il est nécessaire compte tenu de l’usage des pneumatiques de génie civil de les protéger contre les agressions sommet et donc de disposer d’au moins deux couches de protection qui sont les couches de sommet les plus radialement extérieures. Elles ont des largeurs axiales LPN1 pour la couche de protection la plus radialement intérieure et LPN2 pour la couche de protection la plus radialement extérieure. Ces couches de protection comprennent des renforts métalliques élastiques pour une bonne résistance à la perforation sommet et pour ne reprendre aucune des tensions de roulage, cette fonction étant assurée par les couches de travail. Ces couches de protection ont donc des éléments de renforcement élastiques dont le module d’extension est au moins égal à 40 GPa et au plus égal à 130 GPa. Leurs éléments de renforcement sont comme pour les autres couches de sommet enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux et ils forment, avec une direction circonférentielle (XX’), respectivement un angle APN1 pour la couche de protection la plus radialement intérieure et APN2 pour la couche de protection la plus radialement extérieure, les valeurs absolues des angles APN1 et APN2 étant au moins égales à 15° de préférence au moins égales à 20°. Avec de tels angles, les couches de protection ayant des éléments de renforcement élastiques, ne reprendront pas d’efforts circonférentiels, néanmoins au-delà de 20°, l’équilibre est meilleur notamment vis- à-vis de la partie des couches de travail autour du plan médian.

[031] La présence dans les couches composites vers leurs extrémités axiales d’éléments de renforcement métalliques formant avec la direction circonférentielle des angles dont la valeur absolue est inférieure à 8°, ayant une sensibilité plus importante que les autres parties des couches de sommet à la rupture en cas de déformation circonférentielle importante comme lors d’une agression sommet lors d’un passage d’obstacle, il est impératif de protéger ces parties par les couches de protection mais également la couche de travail la plus radialement intérieure. Il est donc nécessaire qu’au moins une couche de protection a une largeur axiale au moins égale à la largeur axiale de la couche de travail de plus grande largeur.

[032] Une solution préférée pour la standardisation des produits constituants le pneumatique est que les éléments de renforcement des parties centrales des deuxième et troisième couches de travail soient identiques, de même que les éléments de renforcement des parties axiales des deuxième et troisième couches de travail. Néanmoins cette standardisation n’est pas une obligation pour le bon fonctionnement de l’invention.

[033] Pour mieux protéger le sommet aux extrémités des couches de travail, il convient que la couche de protection de plus grande largeur soit la plus proche des couches de travail afin de limiter les contraintes de flexion dans les chocs, de sorte qu’une solution préférée est que la largeur axiale LPN1 de la couche de protection la plus radialement intérieure est au moins égale à la largeur axiale LPN2 de la couche de protection la plus radialement extérieure.

[034] Une solution pour que les couches de protection reprennent peu d’efforts au roulage et protège réellement les couches de travail, est que les valeurs absolues des angles APN1 et APN2 soient au moins égales à la valeur absolue maximales des angles des éléments de renforcement des couches de travail au plan médian, c’est-à- dire de toutes les couches de travail.

[035] Il est intéressant que l’angle APN1 formé par les éléments de renforcement de la couche de protection la plus radialement intérieure avec la direction circonférentielle (XX’) soit de même signe que l’angle formé au plan médian par les éléments de renforcement de la couche de travail la plus radialement extérieure avec la direction circonférentielle (XX’). En effet il arrive qu’en cas d’agression ; les mélanges du sommet depuis les mélanges caoutchouteux de la bande de roulement jusqu’aux mélanges d’enrobage des couches de protection se fissurent amenant de l’eau depuis l’aire de contact jusque dans la couche de protection la plus radialement intérieure. Si les éléments de renforcement de la couche de protection la plus radialement intérieure sont croisés avec ceux de la couche de travail la plus radialement extérieure, que ce soit au plan médian pour une couche de travail composite ou non, l’eau passant de l’aire de contact vers l’élément de renforcement de la couche de protection, et suivant cet élément de renforcement est susceptible de provoquer la corrosion de nombreux éléments de renforcement consécutifs de couche de travail qu’elle croise. Une corrosion de plusieurs éléments de renforcement rapprochés d’une couche de travail fragilise grandement le sommet. Orienter suivant le même signe les éléments de renforcement de la couche de travail la plus radialement extérieure au plan médian et les éléments de renforcement de la couche de protection la plus radialement intérieure permet de réduire ce risque. Par ailleurs cette disposition permet d’éviter le cisaillement des compositions de caoutchouc entre la couche de travail la plus radialement extérieure et la couche de protection la plus radialement intérieure.

[036] Il est également préféré que l’angle APN1 formé par les éléments de renforcement de la couche de protection la plus radialement intérieure avec la direction circonférentielle (XX’) soit de signe opposé à l’angle APN2 formé par les éléments de renforcement de la couche de protection la plus radialement extérieure avec la direction circonférentielle (XX’) afin d’homogénéiser dans toutes les directions, la résistance du sommet aux agressions et d’améliorer ainsi la résistance du sommet aux chocs.

[037] Il est avantageux que la valeur absolue de l’angle Al formé par les éléments de renforcement de la première couche de travail avec la direction circonférentielle (XX’) soit au plus égale aux valeurs absolues des angles A21 et A31 formés au plan médian par les premiers éléments de renforcement des parties centrales de la deuxième couche de travail respectivement de la troisième couche de travail avec la direction circonférentielle (XX’). Cette configuration permet d’éviter qu’une trop grande partie des efforts circonférentiels soit reprise par les éléments de renforcement élastiques des parties axiales des deuxième et troisième couches de travail. Ceci permet un bon équilibre entre la baisse de la rigidité au centre, pour laquelle il convient d’avoir des angles des éléments de renforcement des couches de travail au centre au moins égales à 20° et plus si possible, et une valeur acceptable de tensions dans les parties axiales, dans les éléments de renforcement élastiques des deuxième et troisième couche de travail. Les éléments de renforcement de la première couche de travail reprenant avec un angle inférieur davantage de tension circonférentielle. Il est avantageux que la différence en valeur absolue entre la moyenne des valeurs absolues des angles des éléments de renforcement des parties centrales des deuxième et troisième couches de travail avec la direction circonférentielle et la valeur absolue de l’angle des éléments de renforcement de la couche de travail la plus radialement intérieure soit au moins égale à 2°, de préférence au moins égale à 4°.

[038] Une solution avantageuse est que les éléments de renforcement de la première couche de travail et des couches parties centrales des deuxième et troisième couches de travail composites soient inextensibles leur module d’extension étant au moins égal à 150 GPa. Ainsi ces parties reprennent une grande partie des efforts de roulage et permettent une bonne endurance du sommet et notamment des parties axiales des deuxièmes et troisième couches de travail.

[039] Une solution préférée est que la largeur axiale L21 de la partie centrale de la deuxième couche de travail, soit au moins égale à la largeur axiale L31 de la partie centrale de la troisième couche de travail. En effet plus la zone axiale de la couche composite est proche de la bande de roulement, plus les efforts de flexion repris par ses éléments de renforcement sont importants, il convient donc pour réduire les efforts dans les éléments de renforcement de la partie axiale de la troisième couche de travail, qu’elle soit plus axial ement intérieure que la partie axiale de la deuxième couche de travail

[040] Plus encore, une solution avantageuse est que la différence entre les largeurs axiales L21 et L31 des parties centrales des deuxième et troisième couches de travail comprenant des premiers éléments de renforcement métalliques inextensibles, soit au moins égale à quatre fois le diamètre des éléments de renforcement inextensibles de la deuxième couche de travail. En effet, le passage de la zone centrale des couches de travail à la zone axiale génère une différence de rigidité importante notamment de flexion. Il est risqué de concentrer cette différence sur une seule position axiale. En concentrant cette différence sur une seule position axiale pour les deux couches de travail composites, cela contribuerait à concentrer les déformations de flexion à l’écrasement dans cette zone, risquant de créer des ruptures de fatigue des éléments de renforcement des autres couches de sommet, ces ruptures pouvant aboutir à une défaillance par un découpage circonférentiel du sommet. Le décalage axial des extrémités axiales des parties centrales des deuxième et troisième couches de travail, qui est proposé, suffit à éviter le problème, compte tenu de la dimension des éléments de renforcement pour de telles applications.

[041] Une solution préférée est que les éléments de renforcement élastiques des parties axiales de la deuxième et troisième couches de travail soient constituées de l’enroulement circonférentiel d’une bande continue de la deuxième couche à la troisième couche de travail, ladite bande comprenant au moins 1 et au plus 5 éléments de renforcement élastiques. Ladite bande comprend des extrémités circonférentielles, lesdites extrémités circonférentielles étant de manière optimale, situées aux extrémités axiales des parties centrales des deuxième et troisième couches de travail. L’intérêt d’avoir une bande est d’améliorer la vitesse de pose des parties axiales des couches de travail composites. Il est toujours possible de poser un câble nu, c’est une solution faisable mais poser une bande composée d’un câble (ou éléments de renforcement) entouré d’une composition de caoutchouc est préférable pour éviter de créer des creux circonférentiels qui pourraient le cas échéant se remplir d’eau et corroder les éléments de renforcement des différentes couches de travail. Une bande composée de plusieurs éléments de renforcement est également intéressante car elle diminue proportionnellement au nombre d’éléments de renforcement le temps de pose des parties axiales. Cette possibilité est néanmoins limitée car les extrémités d’une telle bande même taillée en biseau, crée une zone de faiblesse du sommet, faiblesse d’autant plus importante que la bande est large. Une solution très intéressante est que la même bande crée une des deux parties axiales de la deuxième couche de travail puis sans discontinuité la partie axiale qui lui est radialement extérieure de la troisième couche de travail. Cela permet d’éviter la présence d’une extrémité de câble aux extrémités axiales des deuxième et troisième couches de travail qui sont autant de zones de fragilité là où les éléments de renforcement élastique sont les plus sollicités. Pour améliorer la productivité, il est possible de poser de telles bandes de part et d’autre des parties centrales en même temps.

[042] Le meilleur équilibre des performances a été obtenu quand les éléments de renforcement élastiques des parties axiales des deuxième et troisième couches de travail ont un module d’extension au moins égal à 80 GPa et un allongement structurel au moins égal à 0.3%.

[043] Une solution préférée comprend 4 couches de travail, la quatrième couche de travail la plus radialement extérieure, d’une largeur axiale L4 comprend des éléments de renforcement métalliques inextensibles dont le module d’extension est au moins égal à 150 GPa, parallèles entre eux et formant au plan médian avec la direction circonférentielle (XX’) tangente à la circonférence du pneumatique, un angle A4, ladite largeur axiale L4 étant au moins égale aux largeurs axiales L2 et L3 des deuxième et troisième couche de travail et inférieure à la largeur axiale L1 de la première couche de travail, le dit angle A4 étant de signe opposé à l’angle Al formé par les éléments de renforcement de la première couche de travail avec la direction circonférentielle (XX’) et d’une valeur absolue au moins égale à 20°, de préférence au plus égale aux valeurs absolues des angles A21 et A31 formés au plan médian par les premiers éléments de renforcement inextensibles des parties centrales de la deuxième couche de travail respectivement de la troisième couche de travail avec la direction circonférentielle (XX’). Cette version est la plus optimisée par rapport aux performances des sommets des pneumatiques de Génie Civil les plus performants vendus sur le marché comprenant deux couches de frettage centrales, deux couches de travail et deux couches de protection. Ils sont équivalents en termes de masse.

[044] Dans une version améliorée, la valeur absolue de l’angle formé par les éléments de renforcement de la quatrième couche de travail avec la direction circonférentielle (XX’) est inférieure aux valeurs absolues des angles A21 et A31 formés au plan médian par les premiers éléments de renforcement inextensibles de la partie centrales de la deuxième couche de travail respectivement de la troisième couche de travail avec la direction circonférentielle (XX’) et de préférence égale à la valeur absolue de l’angle Al formé au plan médian par les éléments de renforcement inextensibles de la première couche de travail, aux variations de fabrication près. Ceci dans le but comme pour l’angle de la première couche de travail, d’éviter une reprise des tensions circonférentielles trop importantes de la part des éléments de renforcement élastiques des parties axiales des deuxième et troisième couches de travail. De la même manière, la différence en valeur absolue entre la moyenne des valeurs absolues des angles des éléments de renforcement inextensibles de la partie centrale des deuxième et troisième couches de travail avec la direction circonférentielle et la valeur absolue de l’angle des éléments de renforcement de la quatrième couche de travail, la plus radialement extérieure, est au moins égale à 2°, de préférence au moins égale à 4°.

[045] Les caractéristiques de l’invention sont illustrées par la figure 1 schématique et non représentée à l’échelle, en référence à un pneumatique de dimension 24.00R35 : La figure 1 représente une coupe méridienne d’un sommet de pneumatique selon l’invention. [046] Sur la figure 1, est représentée une coupe méridienne d’un pneumatique 1 pour véhicule lourd de type génie civil comprenant une armature de sommet 3, radialement intérieure à une bande de roulement 2 et radialement extérieure à une armature de carcasse 4. L’armature de sommet 3 comprend, radialement de l’extérieur vers l’intérieur, une armature de protection 32, une armature de travail 31. L’armature de protection 32 comprend deux couches de protection (321, 322), de largeurs axiales respectives LPN1 et LPN2 comprenant des renforts métalliques élastiques enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux et formant des angles respectifs APN1 et APN2 , avec une direction circonférentielle XX’ tangente à la circonférence du pneumatique au niveau du plan médian, les renforts métalliques respectifs de chaque couche de protection étant croisés d’une couche de protection à la suivante. L’armature de travail 32 comprend en l’occurrence quatre couches de travail 311, 312, 313, 314 dont deux couches de travail composites 312, 313 entre deux couches de travail non composites 311 et 314 dont les renforts métalliques respectifs, enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux et formant, avec la direction circonférentielle XX’, des angles respectifs Al et A4, mesurés au niveau du plan médian, lesdits éléments de renforcement étant continus sur leurs largeurs axiales respectives L1 et L4. Une version sans la quatrième couche de travail est possible mais elle n’est pas représentée ici. La version avec quatre couches de travail est la solution la plus performantes. Les deux couches de travail composites, la deuxième et troisième couches de travail, de largeurs axiales respectives L2 et L3, comprennent chacune 3 parties, une partie centrale respectivement 3121, 3131 et deux parties axiales de part et d’autre de la partie centrale, la figure ne représentant que les parties axiales gauche 3122, 3123. Les parties centrales 3121,3131 des deuxième et troisième couches de travail composites (312, 313) comprennent sur des largeurs axiales respectives L21 et L31, centrées sur le plan médian (M), des premiers éléments de renforcement métalliques formant au plan médian avec la direction circonférentielle (XX’), des angles respectivement A21 et A31. Les parties axiales 3122, 3132 des deuxième et troisième couches de travail composites 312, 313, de part et d’autre des parties centrales 3121, 3131, comprennent des éléments de renforcement métalliques élastiques formant avec la direction circonférentielle (XX’), respectivement des angles A22 et A23. [047] Les angles APN1, APN2, Al, A21, A22, A31, A32, A4 ne sont pas représentés sur la figure. L’homme de l’art sait mesurer sur un pneumatique ces angles soit par des moyens de contrôles non destructifs soit en coupant le pneumatique et en accédant aux différentes couches de sommet. Il en est de même pour la mesure des largeurs axiales des différentes couches de sommet mesurées usuellement sur une coupe méridienne. Les mesures des angles sont de préférence faites au centre de la couche de sommet considérée - le plus souvent au plan médian - ou au centre de la partie axiale considérée pour se donner une valeur de référence, l’angle mesuré pouvant varier légèrement avec la position axiale de la mesure. La largeur axiale L1 de la première couche de travail 311 est au moins égale aux largeurs axiales L2 et L3 des deuxième et troisième couches de travail 312, 313, et au moins une couche de protection , ici la couche de protection la plus radialement intérieure 321, a une largeur axiale LPN1, au moins égale à la largeur axiale de la couche de travail de plus grande largeur, ici la couche de travail la plus radialement intérieure 311. Sur la figure 1, La largeur axiale L21 de la partie centrale 3121 de la deuxième couche de travail 312, est au moins égale à la largeur axiale L31 de la partie centrale 3131 de la troisième couche de travail 313.

[048] L’invention a été testée sur un pneumatique 24.00R35 dont le sommet comporte 4 couches de travail, deux, la deuxième et la troisième étant composites. Les première et quatrième sont composés d’éléments de renforcement inextensibles 26.30 comportant vingt-six fils d’acier de trente centièmes de millimètres de diamètre pour un module d’extension, mesuré sur un câble prélevé du pneumatique, égal à 160 GPa , les éléments de renforcement, disposés selon un pas de 3.4 mm et faisant au plan médian avec la direction des angles respectifs Al et A4 égaux à 24° et -24°. Les parties centrales 3121 et 3131 des couches de travail composites comprennent également des éléments de renforcement inextensibles en 26.30 comportant vingt-six fils d’acier de trente centièmes de millimètres de diamètre pour le même module d’extension, disposés selon un pas de 3.4 mm, les angles A21 et A31 des éléments de renforcement avec la direction circonférentielle au plan médian étant égaux respectivement à -28 et 28°. Les parties axiales des deuxième et troisième couches de travail, couches de travail composites comprennent des éléments de renforcement élastiques en 44.35 élastiques, pour un module d’extension, mesuré sur un câble prélevé du pneumatique, égal à 90 GPa , et un allongement structurel égal à 0.6%, les éléments de renforcement, disposés selon un pas de 4.4 mm et faisant au plan médian avec la direction des angles respectifs A22 et A32 égaux à 2° et -2°. Les parties axiales sont réalisées par l’enroulement d’une bande de 1 câble continue partant de l’extrémité axiale de la partie centrale 3121 pour aller à l’extrémité axiale de la partie axiale de la deuxième couche pour revenir vers l’extrémité axiale de la partie centrale de la troisième couche de travail. Les couches de sommet comprennent également deux couches de protection 321 et 322, constituées d’éléments de renforcement élastiques en 24.26, soit vingt-quatre fils d’acier de vingt-six centièmes de millimètres de diamètre, pour un module d’extension, mesuré sur un câble prélevé du pneumatique, égal à 60 GPa , et un allongement structurel égal à 0.6%, les éléments de renforcement, disposés selon un pas de 4.4 mm et faisant au plan médian avec la direction des angles respectifs APN1 et APN2 égaux à 33° et -33°. La première couche de travail a une largeur axiale de 444 mm. La deuxième couche de travail a une largeur axiale de 360 mm et sa partie centrale a une largeur axiale de 250 mm. La troisième couche de travail a une largeur axiale de 340 mm et sa partie centrale a une largeur axiale de 200 mm. La quatrième couche de travail a une largeur axiale de 402 mm. La couche de protection la plus radialement intérieure a une largeur axiale de 524 mm. La couche de protection la plus radialement extérieure a une largeur axiale de 360 mm.

[049] L’invention est comparée à un pneumatique témoin du marché (« Michelin XTRA Load Protect E4B***») de même dimension, dont le sommet est composé de deux couches de frettage radialement intérieures à deux couches de travail radialement intérieures à deux couches de protection. Les éléments de renforcement des couches de frettage forment des angles de 8 et -8°. Ils sont inextensibles en 26.30, soit 26 fils d’acier de 30 centièmes de millimètres de diamètre, pour un module d’extension, mesuré sur un câble prélevé du pneumatique, égal à 160 GPa , disposés selon un pas de 3.4 mm. Les éléments de renforcement des couches de travail forment des angles de 33 et -19°. Ils sont inextensibles et identiques aux éléments de renforcement de la première couche de travail (et de la quatrième) de l’invention. Les éléments de renforcement des couches de protection forment des angles de 24 et -24°. Ils sont élastiques et identiques aux éléments de renforcement des couches de protection de l’invention. Les couches de frettage ont une largeur axiale de 240 mm pour la plus radialement intérieure et 200mm pour la plus radialement extérieure, largeur axiale qui ne peut être augmentée sans risquer la rupture de ces éléments de renforcement. La première couche de travail a une largeur axiale de 450 mm. La deuxième couche de travail a une largeur axiale de 380 mm. La couche de protection la plus radialement intérieure a une largeur axiale de 520 mm. La couche de protection la plus radialement extérieure a une largeur axiale de 400 mm. Plus précisément les renforts métalliques inextensibles 26.30, à savoir des câbles de 26 fils de 30 centièmes de mm de diamètre, disposés en trois couches, la couche centrale comprenant 3 fils, la seconde comprenant 9 fils et la couche extérieure comprenant 14 fils. Les renforts métalliques élastiques de l’armature de protection du pneumatique de référence sont des câbles 24.26, à savoir des torons de 4 câbles 6 fils de 26 centièmes de mm de diamètre.

[050] Les pneumatiques témoin et selon l’invention sont identiques excepté l’armature de sommet. Ils ont la même sculpture et les mêmes renforts pour la couche de carcasse et les mêmes composés caoutchouteux pour les différentes parties des pneumatiques.

[051] L’invention a été simulée sur des outils de calcul et est testée sur des pneumatiques de dimension 24.00R35. Les simulations permettent d’évaluer les sollicitations mécaniques et thermiques sur des pneumatiques par la technique des éléments finis en grand déplacement et grande déformation en tenant compte des caractéristiques mécaniques et hystérétiques des matériaux.

[052] L’objectif de l’invention est de diminuer la rigidité circonférentielle au centre afin d’améliorer l’usure et la résistance aux agressions et aux perforations. La baisse de la rigidité est estimée à partir de la déformation du bloc sommet sous l’effet d’une augmentation de pression. La rigidité au centre du sommet est divisée par un facteur quatre quand la rigidité aux extrémités des couches de sommet est multipliée par un facteur allant de deux à quatre. L’invention montre une rigidité du sommet très régulière sur une zone d’environ 360 mm de largeur axiale variant environ de 25% sur cette zone quand la variation pour le pneumatique témoin est d’environ un facteur 20 entre le minimum et le maximum. Cette baisse de rigidité au centre doit permettre un gain en perforation de l’invention d’environ 20% et doit résoudre les problèmes d’usure irrégulière due à la trop grande rigidité du centre du pneumatique témoin.

[053] Concernant l’endurance du sommet, les coefficients de sécurité (Résistance à la rupture du câble sur sollicitations maximales) des éléments de renforcement de l’ensemble des couches de sommet sont au moins égaux au coefficient de sécurité minimal du pneumatique témoin. De même les sollicitations des compositions de caoutchouc au niveau des extrémités des couches de travail sont améliorées grâce aux parties axiales des couches de travail composites. De ce point de vue, les inventeurs s’attendent à une performance en endurance au moins égale à celle du sommet voire améliorée. La masse des pneumatiques témoins et selon l’invention sont équivalentes.

[054] L’ensemble de ces performances démontre l’intérêt de l’invention.