EP1699973B1

EP1699973B1 - Cable metallique a trois couches pour armature de carcasse de pneumatique

Info

Publication number: EP1699973B1
Application number: EP04804256A
Authority: EP
Inventors: Henri Barguet; Alain Domingo; Arnaud Letocart; Thibaud Pottier
Original assignee: Michelin Recherche et Technique SA Switzerland; Michelin Recherche et Technique SA France; Societe de Technologie Michelin SAS
Current assignee: Michelin Recherche et Technique SA Switzerland; Michelin Recherche et Technique SA France; Societe de Technologie Michelin SAS
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2004-12-23
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2024-12-23
Also published as: CA2548969C; CA2548969A1; ES2294566T3; FR2864556B1; RU2358052C2; US8650850B2; US20060237110A1; KR101152692B1; EP1699973A1; JP5485189B2; DE602004009102D1; KR20060131792A; CN1898435A; JP4707675B2; BRPI0418080B1; ATE373738T1; BRPI0418080A; US8245490B2; JP2007517142A; US20120279629A1

Description

La présente invention concerne les câbles métalliques à trois couches utilisables comme éléments de renforcement d'articles en caoutchouc et/ou en matière plastique.
Elle se rapporte notamment au renforcement des pneumatiques, plus particulièrement au renforcement de l'armature de carcasse de pneumatiques de véhicules industriels tels que Poids-lourd.
Les câbles d'acier ("steel cords") pour pneumatiques sont en règle générale constitués de fils en acier perlitique (ou ferrito-perlitique) au carbone, désigné ci-après "acier au carbone", dont la teneur en carbone (% en poids d'acier) est généralement comprise entre 0,1% et 1,2%, le diamètre de ces fils étant le plus souvent compris entre 0,10 et 0,40 mm (millimètre). On exige de ces fils une très haute résistance à la traction, en général supérieure à 2000 MPa, de préférence supérieure à 2500 MPa, obtenue grâce au durcissement structural intervenant lors de la phase d'écrouissage des fils. Ces fils sont ensuite assemblés sous forme de câbles ou torons, ce qui nécessite des aciers utilisés qu'ils aient aussi une ductilité en torsion suffisante pour supporter les diverses opérations de câblage.
Pour le renforcement notamment des armatures de carcasse de pneumatiques Poids-lourd, on utilise le plus souvent aujourd'hui des câbles d'acier dits "à couches" ("layered cords") ou "multicouches" constitués d'une couche centrale et d'une ou plusieurs couches de fils pratiquement concentriques disposées autour de cette couche centrale. Ces câbles à couches, qui privilégient des longueurs de contact plus importantes entre les fils, sont préférés aux câbles plus anciens dits "à torons" ("strand cords") en raison d'une part d'une plus grande compacité, d'autre part d'une sensibilité moindre à l'usure par fretting. Parmi les câbles à couches, on distingue notamment, de manière connue, les câbles à structure compacte et les câbles à couches tubulaires ou cylindriques.
Les câbles à couches les plus répandus dans les carcasses de pneumatiques Poids-lourd sont des câbles de formule L+M ou L+M+N, les derniers étant généralement destinés aux plus gros pneumatiques. Ces câbles sont formés de manière connue d'une couche interne de L fil(s) entourée d'une couche de M fils elle-même entourée d'une couche externe de N fils, avec en général L variant de 1 à 4, M variant de 3 à 12, N variant de 8 à 20, l'ensemble pouvant être éventuellement fretté par un fil de frette externe enroulé en hélice autour de la dernière couche.
Pour remplir leur fonction de renforcement des carcasses de pneumatiques, les câbles à couches doivent tout d'abord présenter une bonne flexibilité et une endurance élevée en flexion, ce qui implique notamment que leurs fils présentent un diamètre relativement faible, de préférence inférieur à 0,28 mm, plus préférentiellement inférieur à 0,25 mm, plus petit généralement que celui des fils utilisés dans les câbles conventionnels pour les armatures de sommet des pneumatiques.
Ces câbles à couches sont d'autre part soumis à des contraintes importantes lors du roulage des pneumatiques, notamment à des flexions ou variations de courbure répétées induisant au niveau des fils des frottements, notamment par suite des contacts entre couches adjacentes, et donc de l'usure, ainsi que de la fatigue ; ils doivent donc présenter une haute résistance aux phénomènes dits de "fatigue-fretting".
Il est important enfin qu'ils soient imprégnés autant que possible par le caoutchouc, que cette matière pénètre dans tous les espaces entre les fils constituant les câbles. En effet, si cette pénétration est insuffisante, il se forme alors des canaux vides, le long des câbles, et les agents corrosifs, par exemple l'eau, susceptibles de pénétrer dans les pneumatiques par exemple à la suite de coupures, cheminent le long de ces canaux jusque dans la carcasse du pneumatique. La présence de cette humidité joue un rôle important en provoquant de la corrosion et en accélérant les processus de dégradation ci-dessus (phénomènes dits de "fatigue-corrosion"), par rapport à une utilisation en atmosphère sèche.
Tous ces phénomènes de fatigue que l'on regroupe généralement sous le terme générique de "fatigue-fretting-corrosion" sont à l'origine d'une dégénérescence progressive des propriétés mécaniques des câbles et peuvent affecter, pour les conditions de roulage les plus sévères, la durée de vie de ces derniers.
Afin d'améliorer l'endurance des câbles à couches dans les carcasses de pneumatiques Poids-lourd, où de manière connue les sollicitations en flexion répétées peuvent être particulièrement sévères, on a proposé depuis longtemps de modifier leur construction afin d'augmenter notamment leur pénétrabilité par le caoutchouc, et ainsi limiter les risques dus à la corrosion et la fatigue-corrosion.
Ont été par exemple proposés des câbles à couches de construction 3+9+15 constitués d'une couche interne de 3 fils entourée d'une couche intermédiaire de 9 fils et d'une couche externe de 15 fils, le diamètre des fils de la couche centrale ou interne étant ou non supérieur à celui des fils des autres couches. Ces câbles ne sont pas pénétrables jusqu'à coeur à cause de la présence d'un canal ou capillaire au centre des trois fils de la couche interne, qui reste vide après imprégnation par le caoutchouc, et donc propice à la propagation de milieux corrosifs tels que l'eau.
La publication RD (Research Disclosure) N°34370 décrit des câbles de structure 1+6+12, du type compacts ou à couches tubulaires concentriques, constitués d'une couche interne formée d'un seul fil, entourée d'une couche intermédiaire de 6 fils elle-même entourée d'une couche externe de 12 fils. La pénétrabilité par le caoutchouc peut être améliorée en utilisant des diamètres de fils différents d'une couche à l'autre, voire à l'intérieur d'une même couche. Des câbles de construction 1+6+12 dont la pénétrabilité est améliorée grâce à un choix approprié des diamètres des fils, notamment à l'utilisation d'un fil central de plus gros diamètre, ont été également décrits, par exemple dans les documents EP-A-648 891 ou WO-A-98/41682 .
Pour améliorer encore, par rapport à ces câbles conventionnels, la pénétration du caoutchouc à l'intérieur du câble, on a proposé des câbles multicouches avec une couche centrale entourée d'au moins deux couches concentriques, par exemple des câbles de formule 1+6+N, notamment 1+6+11, dont la couche externe est insaturée (incomplète) assurant ainsi une meilleure pénétrabilité par le caoutchouc (voir par exemple les documents de brevet EP-A-719 889 et WO-A-98/41682 ). Les constructions proposées permettent la suppression du fil de frette, grâce à une meilleure pénétration du caoutchouc à travers la couche externe et l'auto-frettage qui en résulte ; l'expérience montre toutefois que ces câbles ne sont pas pénétrés jusqu'à coeur par le caoutchouc, en tout cas pas encore de manière optimale.
En outre, il doit être noté qu'une amélioration de la pénétrabilité par le caoutchouc n'est pas suffisante pour garantir un niveau de performance suffisant. Lorsqu'ils sont utilisés pour le renforcement de carcasses de pneumatiques, les câbles doivent non seulement résister à la corrosion mais aussi satisfaire un grand nombre de critères, parfois contradictoires, en particulier de ténacité, résistance au fretting, adhésion élevée au caoutchouc, uniformité, flexibilité, endurance en flexion ou traction répétée, stabilité sous forte flexion, etc.
Ainsi, pour toutes les raisons exposées précédemment, et malgré les différentes améliorations récentes qui ont pu être apportées ici ou là sur tel ou tel critère déterminé, les meilleurs câbles utilisés aujourd'hui dans les armatures de carcasse de pneumatiques Poids-lourd restent limités à un petit nombre de câbles à couches de structure fort conventionnelle, du type compacts ou à couches cylindriques, avec une couche externe saturée (complète) ; il s'agit essentiellement des câbles de constructions 3+9+15 ou 1+6+12 tels que décrits précédemment.
Or, les Demanderesses ont trouvé lors de leurs recherches un câble à couches nouveau qui, de manière inattendue, améliore encore la performance globale des meilleurs câbles à couches connus pour le renforcement des carcasses de pneumatiques Poids-lourd. Ce câble de l'invention présente, grâce à une architecture spécifique, non seulement une excellente pénétrabilité par le caoutchouc, limitant les problèmes de corrosion, mais encore des propriétés d'endurance en fatigue-fretting qui sont notablement améliorées par rapport aux câbles de l'art antérieur. La longévité des pneumatiques Poids-lourd et celle de leurs armatures de carcasse en sont ainsi très sensiblement améliorées.
En conséquence, un premier objet de l'invention est un câble à trois couches de construction L+M+N utilisable comme élément de renforcement d'une armature de carcasse de pneumatique, comportant une couche interne (C1) de diamètre d₁ avec L allant de 1 à 4, entourée d'au moins une couche intermédiaire (C2) à M fils de diamètre d₂ enroulés ensemble en hélice selon un pas p₂ avec M allant de 3 à 12, ladite couche intermédiaire C2 étant entourée d'une couche externe C3 de N fils de diamètre d₃ enroulés ensemble en hélice selon un pas p₃ avec N allant de 8 à 20, ce câble étant caractérisé en ce qu'une gaine constituée d'une composition de caoutchouc réticulable ou réticulée à base d'au moins un élastomère diénique recouvre au moins ladite couche C2.
L'invention concerne également l'utilisation d'un câble conforme à l'invention pour le renforcement d'articles ou de produits semi-finis en matière plastique et/ou en caoutchouc, par exemple des nappes, des tuyaux, des courroies, des bandes transporteuses, des pneumatiques, plus particulièrement des pneumatiques destinés à des véhicules industriels utilisant habituellement une armature de carcasse métallique.
Le câble de l'invention est tout particulièrement destiné à être utilisé comme élément de renforcement d'une armature de carcasse de pneumatique destiné à des véhicules industriels choisis parmi camionnettes, "Poids-lourd" - i.e., métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), véhicules hors-la-route - , engins agricoles ou de génie civil, avions, autres véhicules de transport ou de manutention.
Toutefois, ce câble de l'invention pourrait également être utilisé, selon d'autres modes de réalisation particuliers de l'invention, pour renforcer d'autres parties des pneumatiques, notamment des ceintures ou armatures de sommet de tels pneumatiques, en particulier de pneumatiques industriels tels que Poids-lourd ou génie civil.
L'invention concerne en outre ces articles ou produits semi-finis en matière plastique et/ou en caoutchouc eux-mêmes lorsqu'ils sont renforcés par un câble conforme à l'invention, en particulier les pneumatiques destinés aux véhicules industriels cités ci-dessus, plus particulièrement les pneumatiques Poids-lourd, ainsi que les tissus composites comportant une matrice de composition de caoutchouc renforcée d'un câble selon l'invention, utilisables comme nappe d'armature de carcasse ou de sommet de tels pneumatiques.
L'invention ainsi que ses avantages seront aisément compris à la lumière de la description et des exemples de réalisation qui suivent, ainsi que des figures 1 à 3 relatives à ces exemples qui reproduisent ou schématisent, respectivement :

un cliché pris au microscope (grossissement 40) d'une coupe transversale d'un câble témoin de construction 1+6+12 (Fig. 1) ;
un cliché pris au microscope (grossissement 40) d'une coupe transversale d'un câble selon l'invention de construction 1+6+12 (Fig. 2);
une coupe radiale d'une enveloppe de pneumatique Poids-lourd à armature de carcasse radiale, conforme ou non à l'invention dans cette représentation générale (Fig. 3).

I. MESURES ET TESTS

I-1. Test de perméabilité à l'air

Le test de perméabilité à l'air constitue un moyen simple de mesure indirecte du taux de pénétration du câble par une composition de caoutchouc. Il est réalisé sur des câbles extraits directement, par décorticage, des nappes de caoutchouc vulcanisées qu'ils renforcent, donc pénétrés par le caoutchouc cuit.
Le test est réalisé sur une longueur de câble déterminée (par exemple 2 cm) de la manière suivante: on envoie de l'air à l'entrée du câble, sous une pression donnée (par exemple 1 bar), et on mesure le volume d'air à la sortie, à l'aide d'un débitmètre ; pendant la mesure l'échantillon de câble est bloqué dans un joint étanche de telle manière que seule la quantité d'air traversant le câble d'une extrémité à l'autre, selon son axe longitudinal, est prise en compte par la mesure. Le débit mesuré est d'autant plus faible que le taux de pénétration du câble par le caoutchouc est plus élevé.

I-2. Tests d'endurance en pneumatique

L'endurance des câbles en fatigue-fretting-corrosion est évaluée dans des nappes de carcasse de pneumatiques Poids-lourd par un test de roulage de très longue durée.
On fabrique pour cela des pneumatiques Poids-lourd dont l'armature de carcasse est constituée d'une seule nappe caoutchoutée renforcée par les câbles à tester. On monte ces pneumatiques sur des jantes connues adaptées et on les gonfle à la même pression (avec une surpression par rapport à la pression nominale) avec de l'air saturé en humidité. On fait ensuite rouler ces pneumatiques sur une machine de roulage automatique, sous une charge très élevée (surcharge par rapport à la charge nominale) et à la même vitesse, pendant un nombre déterminé de kilomètres. A la fin du roulage, on extrait les câbles de la carcasse du pneumatique, par décorticage, et on mesure la force rupture résiduelle à la fois sur les fils et sur les câbles ainsi fatigués.
On réalise d'autre part des pneumatiques identiques aux précédents et on les décortique de la même façon que précédemment, mais cette fois sans les soumettre au roulage. On mesure ainsi, après décorticage, la force rupture initiale des fils et des câbles non fatigués.
On calcule finalement la déchéance de force-rupture après fatigue (notée ΔFm et exprimée en %), en comparant la force-rupture résiduelle à la force-rupture initiale. Cette déchéance ΔFm est due à la fatigue et à l'usure (diminution de section) des fils causées par l'action conjointe des diverses sollicitations mécaniques, en particulier de l'intense travail des forces de contact entre les fils, et de l'eau provenant de l'air ambiant, en d'autres termes à la fatigue-fretting-corrosion subie par le câble à l'intérieur du pneumatique, lors du roulage.
On peut aussi choisir de conduire le test de roulage jusqu'à la destruction forcée du pneumatique, en raison d'une rupture de la nappe de carcasse ou d'un autre type d'avarie survenant plus tôt (par exemple une destruction du sommet ou un déchapage).

II. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

II-1. Câble de l'invention

Les termes "formule" ou "structure", lorsqu'ils sont utilisés dans la présente description pour décrire les câbles, se réfèrent simplement à la construction de ces câbles.
Comme indiqué précédemment, le câble à trois couches selon l'invention, de construction L+M+N, comporte une couche interne C1 de diamètre d₁ constituée de L fils, entourée d'une couche intermédiaire C2 de diamètre d₂ constituée de M fils, laquelle est entourée d'une couche externe C3 de diamètre d₃ constituée de N fils.
Selon l'invention, une gaine constituée d'une composition de caoutchouc réticulable ou réticulée à base d'au moins un élastomère diénique recouvre au moins ladite couche C2. Il faut comprendre que la couche C1 pourrait être elle-même recouverte de cette gaine de caoutchouc.
Par l'expression "composition à base d'au moins un élastomère diénique", on entend de manière connue que la composition comprend à titre majoritaire (i.e. selon une fraction massique supérieure à 50%) ce ou ces élastomères diéniques.
On notera que la gaine selon l'invention s'étend d'une manière continue autour de ladite couche C2 qu'elle recouvre (c'est-à-dire que cette gaine est continue dans la direction "orthoradiale" du câble qui est perpendiculaire à son rayon), de manière à former un manchon continu de section transversale qui est avantageusement pratiquement circulaire.
On notera également que la composition de caoutchouc de cette gaine est réticulable ou réticulée, c'est-à-dire qu'elle comprend par définition un système de réticulation adapté pour permettre la réticulation de la composition lors de sa cuisson (i.e., son durcissement et non sa fusion) ; ainsi, cette composition de caoutchouc peut être qualifiée d'infusible, du fait qu'elle ne peut pas être fondue par chauffage à quelque température que ce soit.
Par élastomère ou caoutchouc "diénique", on entend de manière connue un élastomère issu au moins en partie (i.e. un homopolymère ou un copolymère) de monomères diènes (monomères porteurs de deux doubles liaisons carbone-carbone, conjuguées ou non).
Les élastomères diéniques peuvent être classés de manière connue en deux catégories : ceux dits "essentiellement insaturés" et ceux dits "essentiellement saturés". De manière générale, on entend ici par élastomère diénique "essentiellement insaturé" un élastomère diénique issu au moins en partie de monomères diènes conjugués, ayant un taux de motifs ou unités d'origine diénique (diènes conjugués) qui est supérieur à 15% (% en moles). C'est ainsi, par exemple, que des élastomères diéniques tels que les caoutchoucs butyle ou les copolymères de diènes et d'alpha-oléfines type EPDM n'entrent pas dans la définition précédente et peuvent être notamment qualifiés d'élastomères diéniques "essentiellement saturés" (taux de motifs d'origine diénique faible ou très faible, toujours inférieur à 15%). Dans la catégorie des élastomères diéniques "essentiellement insaturés", on entend en particulier par élastomère diénique "fortement insaturé" un élastomère diénique ayant un taux de motifs d'origine diénique (diènes conjugués) qui est supérieur à 50%.
Ces définitions étant données, on entend plus particulièrement par élastomère diénique susceptible d'être utilisé dans le câble de l'invention :

(a) tout homopolymère obtenu par polymérisation d'un monomère diène conjugué ayant de 4 à 12 atomes de carbone;
(b) tout copolymère obtenu par copolymérisation d'un ou plusieurs diènes conjugués entre eux ou avec un ou plusieurs composés vinyle aromatique ayant de 8 à 20 atomes de carbone;
(c) un copolymère ternaire obtenu par copolymérisation d'éthylène, d'une α-oléfine ayant 3 à 6 atomes de carbone avec un monomère diène non conjugué ayant de 6 à 12 atomes de carbone, comme par exemple les élastomères obtenus à partir d'éthylène, de propylène avec un monomère diène non conjugué du type précité tel que notamment l'hexadiène-1,4, l'éthylidène norbornène, le dicyclopentadiène;
(d) un copolymère d'isobutène et d'isoprène (caoutchouc butyle), ainsi que les versions halogénées, en particulier chlorées ou bromées, de ce type de copolymère.

Bien qu'elle s'applique à tout type d'élastomère diénique, la présente invention est en premier lieu mise en oeuvre avec des élastomères diéniques essentiellement insaturés, en particulier du type (a) ou (b) ci-dessus.
Ainsi, l'élastomère diénique est préférentiellement choisi dans le groupe constitué par les polybutadiènes (BR), le caoutchouc naturel (NR), les polyisoprènes de synthèse (IR), les différents copolymères de butadiène, les différents copolymères d'isoprène, et les mélanges de ces élastomères. De tels copolymères sont plus préférentiellement choisis dans le groupe constitué par les copolymères de butadiène-styrène (SBR), les copolymères d'isoprène-butadiène (BIR), les copolymères d'isoprène-styrène (SIR) et les copolymères d'isoprène-butadiène-styrène (SBIR).
Plus préférentiellement, en particulier lorsque les câbles de l'invention sont destinés à renforcer des pneumatiques, en particulier des armatures de carcasse des pneumatiques pour véhicules industriels tels que Poids-lourd, l'élastomère diénique choisi est majoritairement (c'est-à-dire pour plus de 50 pce) constitué d'un élastomère isoprénique. Par "élastomère isoprénique", on entend de manière connue 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.
Selon un mode avantageux de l'invention, l'élastomère diénique choisi est exclusivement (c'est-à-dire pour 100 pce) constitué de caoutchouc naturel, de polyisoprène de synthèse ou d'un mélange de ces élastomères, le polyisoprène de synthèse ayant un taux (% molaire) de liaisons cis-1,4 de préférence supérieur à 90%, plus préférentiellement encore supérieur à 98%.
On pourrait aussi utiliser, selon un mode de réalisation particulier de l'invention, des coupages (mélanges) de ce caoutchouc naturel et/ou ces polyisoprènes de synthèse avec d'autres élastomères diéniques fortement insaturés, notamment avec des élastomères SBR ou BR tels que précités.
La gaine de caoutchouc du câble de l'invention peut contenir un seul ou plusieurs élastomère(s) diénique(s), ce(s) dernier(s) pouvant être utilisé(s) en association avec tout type d'élastomère synthétique autre que diénique, voire avec des polymères autres que des élastomères, par exemple des polymères thermoplastiques, ces polymères autres qu'élastomères étant alors présents à titre de polymère minoritaire.
Bien que la composition de caoutchouc de ladite gaine soit préférentiellement dépourvue de tout plastomère et qu'elle ne comporte qu'un élastomère (ou mélange d'élastomères) diénique(s) comme base polymérique, ladite composition pourrait aussi comprendre au moins un plastomère selon une fraction massique x_p inférieure à la fraction massique x_e du(des) élastomère(s).
Dans un tel cas, on a de préférence la relation suivante : 0 < x_p < 0,5. x_e .
Plus préférentiellement, on a dans un tel cas la relation : 0 < x_p < 0,1. x_e .
De préférence, le système de réticulation de la gaine de caoutchouc est un système dit de vulcanisation, c'est-à-dire à base de soufre (ou d'un agent donneur de soufre) et d'un accélérateur primaire de vulcanisation. A ce système de vulcanisation de base peuvent s'ajouter divers accélérateurs secondaires ou activateurs de vulcanisation connus. Le soufre est utilisé à un taux préférentiel compris entre 0,5 et 10 pce, plus préférentiellement compris entre 1 et 8 pce, l'accélérateur primaire de vulcanisation, par exemple un sulfénamide, est utilisé à un taux préférentiel compris entre 0,5 et 10 pce, plus préférentiellement compris entre 0,5 et 5,0 pce.
La composition de caoutchouc de la gaine selon l'invention comprend, outre ledit système de réticulation, tous les ingrédients habituels utilisables dans les compositions de caoutchouc pour pneumatiques, tels que des charges renforçantes à base de noir de carbone et/ou d'une charge inorganique renforçante telle que silice, des agents anti-vieillissement, par exemple des antioxydants, des huiles d'extension, des plastifiants ou des agents facilitant la mise en oeuvre des compositions à l'état cru, des accepteurs et donneurs de méthylène, des résines, des bismaléimides, des systèmes promoteurs d'adhésion connus du type "RFS" (résorcinol-formaldéhyde-silice) ou sels métalliques, notamment des sels de cobalt.
De préférence, la composition de la gaine de caoutchouc présente, à l'état réticulé, un module sécant en extension M10, mesuré selon la norme ASTM D 412 de 1998, inférieur à 20 MPa et plus préférentiellement inférieur à 12 MPa, en particulier entre 4 et 11 MPa.
A titre préférentiel, la composition de cette gaine est choisie identique à la composition utilisée pour la matrice de caoutchouc que les câbles selon l'invention sont destinés à renforcer. Ainsi, il n'y a aucun problème d'incompatibilité éventuelle entre les matériaux respectifs de la gaine et de la matrice de caoutchouc.
De préférence, ladite composition est à base de caoutchouc naturel et elle comprend du noir de carbone à titre de charge renforçante, par exemple un noir de carbone de grade (ASTM) 300, 600 ou 700 (par exemple N326, N330, N347, N375, N683, N772).
Dans le câble selon l'invention, on a de préférence au moins l'une, plus préférentiellement encore l'ensemble des caractéristiques suivantes qui est vérifié(e) :

la couche C3 est une couche saturée, c'est-à-dire qu'il n'existe pas suffisamment de place dans cette couche pour y ajouter au moins un (N+1)ème fil de diamètre d₃, N représentant alors le nombre maximal de fils enroulables en une couche autour de la couche C2 ;
la gaine de caoutchouc recouvre en outre la couche interne C1 et/ou sépare les fils deux à deux adjacents de la couche intermédiaire C2 ;
la gaine de caoutchouc recouvre pratiquement la demi-circonférence radialement intérieure de chaque fil de la couche C3, de telle sorte qu'elle sépare les fils deux à deux adjacents de cette couche C3.

Dans la construction L+M+N selon l'invention, la couche intermédiaire C2 comporte de préférence six ou sept fils, et le câble conforme à l'invention présente alors les caractéristiques préférentielles suivantes (d₁, d₂, d₃, p₂ et p₃ en mm) :

(i) 0,10 < d₁ < 0,28 ;
(ii) 0,10 < d₂ < 0,25 ;
(iii) 0,10 < d₃ < 0,25 ;
(iv) M = 6 ou M = 7 ;
(v) 5 π (d₁ + d₂) < p₂ ≤ p₃ < 5 π (d₁ + 2d₂ + d₃) ;
(vi) les fils desdites couches C2, C3 sont enroulés dans le même sens de torsion (S/S ou Z/Z).

De préférence, la caractéristique (v) est telle que p₂ = p₃, de telle sorte que le câble est dit compact compte tenu par ailleurs de la caractéristique (vi) (fils des couches C2 et C3 enroulés dans lé même sens).
On rappelle ici que, selon une définition connue, le pas représente la longueur, mesurée parallèlement à l'axe O du câble, au bout de laquelle un fil ayant ce pas effectue un tour complet autour de l'axe O du câble ; ainsi, si l'on sectionne l'axe O par deux plans perpendiculaires à l'axe O et séparés par une longueur égale au pas d'un fil d'une des deux couches C2 ou C3, l'axe de ce fil a dans ces deux plans la même position sur les deux cercles correspondant à la couche C2 ou C3 du fil considéré.
Selon la caractéristique (vi), tous les fils des couches C2 et C3 sont enroulés dans le même sens de torsion, c'est-à-dire soit dans la direction S (disposition "S/S"), soit dans la direction Z (disposition "Z/Z"). L'enroulement dans le même sens des couches C2 et C3 permet avantageusement, dans le câble conforme à l'invention, de minimiser les frottements entre ces deux couches C2 et C3 et donc l'usure des fils qui les constituent (puisqu'il n'y a plus de contact croisé entre les fils).
On notera qu'en dépit du caractère compact (pas et sens de torsion identiques pour les couches C2 et C3) du câble préférentiel de l'invention, la couche C3 présente une section transversale pratiquement circulaire grâce à l'incorporation de ladite gaine, comme illustré par la Fig. 2. On peut en effet aisément vérifier sur cette Fig. 2 que le coefficient de variation CV, défini par le rapport (écart type/ moyenne arithmétique) des rayons respectifs des N fils de la couche C3 mesurés à partir de l'axe longitudinal de symétrie du câble, est très réduit.
Or, dans les câbles à couches compacts, par exemple de construction 1+6+12, la compacité est telle que la section transversale de tels câbles a un contour qui est pratiquement polygonal, comme illustré par exemple par la Fig. 1 où le coefficient de variation CV précité est sensiblement plus élevé.
De préférence, le câble de l'invention est un câble à couches de construction notée 1+M+N, c'est-à-dire que sa couche interne C1 est constituée d'un seul fil, tel que représenté à la Fig. 2.
Dans le câble de l'invention, les rapports (d₁/d₂) sont de préférence fixés dans des limites données, selon le nombre M (6 ou 7) de fils de la couche C2, comme suit :

pour M = 6 : 1,10 < (d₁ / d₂) < 1,40 ;
pour M = 7 : 1,40 < (d₁ / d₂) < 1,70 .

Une valeur trop faible du rapport peut être préjudiciable à l'usure entre la couche interne et les fils de la couche C2. Une valeur trop élevée peut quant à elle nuire à la compacité du câble, pour un niveau de résistance en définitive peu modifié, ainsi qu'à sa flexibilité ; la rigidité accrue de la couche interne C1 due à un diamètre d₁ trop élevé pourrait être par ailleurs préjudiciable à la faisabilité elle-même du câble, lors des opérations de câblage.
Les fils des couches C2 et C3 peuvent avoir un diamètre identique ou différent d'une couche à l'autre. On utilise de préférence des fils de même diamètre (d₂=d₃), notamment pour simplifier le procédé de câblage et abaisser les coûts.
Le nombre maximal N_max de fils enroulables en une couche unique saturée C3 autour de la couche C2 est bien entendu fonction de nombreux paramètres (diamètre d₁ de la couche interne, nombre M et diamètre d₂ des fils de la couche C2, diamètre d₃ des fils de la couche C3).
L'invention est de préférence mise en oeuvre avec un câble choisi parmi les câbles de structure 1+6+10, 1+6+11, 1+6+12, 1+7+11, 1+7+12 ou 1+7+13.
L'invention est plus préférentiellement mise en oeuvre, en particulier dans les carcasses des pneumatiques Poids-lourd, avec des câbles de structure 1+6+12.
Pour un meilleur compromis entre résistance, faisabilité et tenue en flexion du câble, d'une part, et pénétrabilité par le caoutchouc, d'autre part, on préfère que les diamètres des fils des couches C2 et C3, identiques ou non, soient compris entre 0,14 mm et 0,22 mm.
Dans un tel cas, on a plus préférentiellement les relations suivantes qui sont vérifiées :

0,18 < d₁ < 0,24 ;
0,16 < d₂ ≤ d₃ < 0,19;
5 < p₂ ≤ p₃ < 12 (pas en mm réduits) ou bien 20 < p₂ ≤ p₃ < 30 (pas en mm élevés).

En effet, pour les armatures de carcasse de pneumatiques Poids-lourd, les diamètres d₂ et d₃ sont préférentiellement choisis entre 0,16 et 0,19 mm : un diamètre inférieur à 0,19 mm permet de réduire le niveau des contraintes subies par les fils lors des variations importantes de courbure des câbles, alors qu'on choisit de préférence des diamètres supérieurs à 0,16 mm pour des raisons notamment de résistance des fils et de coût industriel.
Un mode de réalisation avantageux consiste par exemple à choisir p₂ et p₃ compris entre 8 et 12 mm, avantageusement avec des câbles de structure 1+6+12.
De préférence, la gaine de caoutchouc présente une épaisseur moyenne allant de 0,010 mm à 0,040 mm.
D'une manière générale, l'invention peut être mise en oeuvre avec tout type de fils métalliques, notamment en acier, par exemple des fils en acier au carbone et/ou des fils en acier inoxydable. On utilise de préférence un acier au carbone, mais il est bien entendu possible d'utiliser d'autres aciers ou d'autres alliages.
Lorsqu'un acier au carbone est utilisé, sa teneur en carbone (% en poids d'acier) est de préférence comprise entre 0,1% et 1,2%, plus préférentiellement de 0,4% à 1,0% ; ces teneurs représentent un bon compromis entre les propriétés mécaniques requises pour le pneumatique et la faisabilité du fil. Il est à noter qu'une teneur en carbone comprise entre 0,5% et 0,6% rend de tels aciers finalement moins coûteux car plus faciles à tréfiler. Un autre mode avantageux de réalisation de l'invention peut consister aussi, selon les applications visées, à utiliser des aciers à faible teneur en carbone, comprise par exemple entre 0,2% et 0,5%, en raison notamment d'un coût plus bas et d'une plus grande facilité de tréfilage.
Lorsque les câbles de l'invention sont utilisés pour renforcer les carcasses de pneumatiques pour véhicules industriels, leurs fils ont de préférence une résistance en traction supérieure à 2000 MPa, plus préférentiellement supérieure à 3000 MPa. Dans le cas de pneumatiques de très grosses dimensions, on choisira notamment des fils dont la résistance en traction est comprise entre 3000 MPa et 4000 MPa. L'homme du métier sait comment fabriquer des fils d'acier au carbone présentant une telle résistance, en ajustant notamment la teneur en carbone de l'acier et les taux d'écrouissage final (ε) de ces fils.
Le câble de l'invention pourrait être pourvu d'une frette externe, constituée par exemple d'un fil unique, métallique ou non, enroulé en hélice autour du câble selon un pas plus court que celui de la couche externe, et un sens d'enroulement opposé ou identique à celui de cette couche externe.
Cependant, grâce à sa structure spécifique, le câble de l'invention, déjà auto-fretté, ne nécessite généralement pas l'emploi d'un fil de frette externe, ce qui résout avantageusement les problèmes d'usure entre la frette et les fils de la couche la plus externe du câble.
Toutefois, si un fil de frette est utilisé, dans le cas général où les fils de la couche C3 sont en acier au carbone, on pourra alors avantageusement choisir un fil de frette en acier inoxydable afin de réduire l'usure par fretting de ces fils en acier au carbone au contact de la frette en acier inoxydable, comme enseigné par le document de brevet WO-A-98/41682 , le fil en acier inoxydable pouvant être éventuellement remplacé, de manière équivalente, par un fil composite dont seule la peau est en acier inoxydable et le coeur en acier au carbone, tel que décrit par exemple dans le document de brevet EP-A-976 541 . On peut également utiliser une frette constituée d'un polyester ou d'un polyester-amide aromatique thermotrope, telle que décrite dans le document de brevet WO-A-03/048447 .
Le câble selon l'invention pourra être obtenu selon différentes techniques connues de l'homme du métier, par exemple en deux étapes, tout d'abord par gainage via une tête d'extrusion de l'âme ou structure intermédiaire L+M (couches C1+C2), étape suivie dans un deuxième temps d'une opération finale de câblage ou retordage des N fils restants (couche C3) autour de la couche C2 ainsi gainée. Le problème de collant à l'état cru posé par la gaine de caoutchouc, lors des opérations intermédiaires éventuelles de bobinage et débobinage pourra être résolu de manière connue par l'homme du métier, par exemple par l'emploi d'un film intercalaire en matière plastique.

II-2. Pneumatique de l'invention

A titre d'exemple, la figure 3 représente de manière schématique une coupe radiale d'un pneumatique Poids-lourd 1 à armature de carcasse radiale pouvant être conforme ou non à l'invention, dans cette représentation générale.
Ce pneumatique 1 comporte un sommet 2, deux flancs 3 et deux bourrelets 4 dans lesquels est ancrée une armature de carcasse 7. Le sommet 2, surmonté d'une bande de roulement (pour simplifier, non représentée sur la Fig. 3) qui est réunie auxdits bourrelets 4 par les deux flancs 3, est de manière connue en soi renforcé par une armature de sommet 6 constituée par exemple d'au moins deux nappes croisées superposées, renforcées par des câbles métalliques connus. L'armature de carcasse 7 est ici ancrée dans chaque bourrelet 4 par enroulement autour de deux tringles 5, le retournement 8 de cette armature 7 étant par exemple disposé vers l'extérieur du pneumatique 1 qui est ici représenté monté sur sa jante 9. L'armature de carcasse 7 est constituée d'au moins une nappe renforcée par des câbles dits "radiaux", c'est-à-dire que ces câbles sont disposés pratiquement parallèles les uns aux autres et s'étendent d'un bourrelet à l'autre de manière à former un angle compris entre 80° et 90° avec le plan circonférentiel médian (plan perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique qui est situé à mi-distance des deux bourrelets 4 et passe par le milieu de l'armature de sommet 6).
Bien entendu, ce pneumatique 1 comporte en outre de manière connue une couche de gomme ou élastomère intérieure (communément appelée " gomme intérieure ") qui définit la face radialement interne du pneumatique et qui est destinée à protéger la nappe de carcasse de la diffusion d'air provenant de l'espace intérieur au pneumatique. Avantageusement, il comporte en outre une couche élastomère intermédiaire de renfort qui est située entre la nappe de carcasse et la couche intérieure, destinée à renforcer la couche intérieure et, par conséquent, la nappe de carcasse, et également destinée à délocaliser partiellement les efforts subis par l'armature de carcasse.
Le pneumatique conforme à l'invention est caractérisé en ce que son armature de carcasse 7 comporte au moins une nappe de carcasse dont les câbles radiaux sont des câbles d'acier à trois couches conformes à l'invention.
Dans cette nappe de carcasse, la densité des câbles conformes à l'invention est de préférence comprise entre 40 et 100 câbles par dm (décimètre) de nappe radiale, plus préférentiellement entre 50 et 80 câbles par dm, la distance entre deux câbles radiaux adjacents, d'axe en axe, étant ainsi de préférence comprise entre 1,0 et 2,5 mm, plus préférentiellement entre 1,25 et 2,0 mm. Les câbles conformes à l'invention sont de préférence disposés de telle manière que la largeur (notée "Lc") du pont de caoutchouc, entre deux câbles adjacents, est comprise entre 0,35 et 1 mm. Cette largeur "Lc" représente de manière connue la différence entre le pas de calandrage (pas de pose du câble dans le tissu de caoutchouc) et le diamètre du câble. En dessous de la valeur minimale indiquée, le pont de caoutchouc, trop étroit, risque de se dégrader mécaniquement lors du travail de la nappe, notamment au cours des déformations subies dans son propre plan par extension ou cisaillement. Au-delà du maximum indiqué, on s'expose à des risques d'apparition de défauts d'aspect sur les flancs des pneumatiques ou de pénétration d'objets, par perforation, entre les câbles. Plus préférentiellement, pour ces mêmes raisons, la largeur "Lc" est choisie comprise entre 0,5 et 0,8 mm.
De préférence, la composition de caoutchouc utilisée pour le tissu de la nappe de carcasse présente, à l'état vulcanisé (i.e., après cuisson), un module sécant en extension M10 qui est inférieur à 20 MPa, plus préférentiellement inférieur à 12 MPa, en particulier compris entre 5 et 11 MPa. C'est dans un tel domaine de modules que l'on a enregistré le meilleur compromis d'endurance entre les câbles de l'invention d'une part, les tissus renforcés de ces câbles d'autre part.

III. EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION

III-1. Nature et propriétés des fils utilisés

Pour la réalisation des exemples de câbles conformes ou non conformes à l'invention, on utilise des fils fins en acier au carbone préparés selon des méthodes connues, en partant de fils commerciaux dont le diamètre initial est d'environ 1 mm. L'acier utilisé est par exemple un acier au carbone connu (norme USA AISI 1069) dont la teneur en carbone est de 0,70%.
Les fils commerciaux de départ subissent d'abord un traitement connu de dégraissage et/ou décapage avant leur mise en oeuvre ultérieure. A ce stade, leur résistance à la rupture est égale à environ 1150 MPa, leur allongement à la rupture est d'environ 10%. On effectue ensuite sur chaque fil un dépôt de cuivre, puis un dépôt de zinc, par voie électrolytique à la température ambiante, et on chauffe ensuite thermiquement par effet Joule à 540°C pour obtenir du laiton par diffusion du cuivre et du zinc, le rapport pondéral (phase α) / (phase α + phase β) étant égal à environ 0,85. Aucun traitement thermique n'est effectué sur le fil après l'obtention du revêtement de laiton.
On effectue alors sur chaque fil un écrouissage dit "final" (i.e. après le dernier traitement thermique), par tréfilage à froid en milieu humide avec un lubrifiant de tréfilage qui se présente sous forme d'une émulsion dans de l'eau. Ce tréfilage humide est effectué de manière connue afin d'obtenir le taux d'écrouissage final (noté ε) calculé à partir du diamètre initial indiqué précédemment pour les fils commerciaux de départ.
Par définition, le taux d'un écrouissage noté ε est donné par la formule ε = Ln (S_i / S_f), dans laquelle Ln est le logarithme népérien, S_i représente la section initiale du fil avant cet écrouissage et S_f la section finale du fil après cet écrouissage.
En jouant sur le taux d'écrouissage final, on prépare ainsi deux groupes de fils de diamètres différents, un premier groupe de fils de diamètre moyen φ égal à environ 0,200 mm (ε = 3,2) pour les fils d'indice 1 (fils notés F₁) et un second groupe de fils de diamètre moyen φ égal à environ 0,175 mm (ε = 3,5) pour les fils d'indice 2 ou 3 (fils notés F₂ ou F₃).
Le revêtement de laiton qui entoure les fils a une épaisseur très faible, nettement inférieure au micromètre, par exemple de l'ordre de 0,15 à 0,30 µm, ce qui est négligeable par rapport au diamètre des fils en acier. Bien entendu, la composition de l'acier du fil en ses différents éléments (par exemple C, Mn, Si) est la même que celle de l'acier du fil de départ.
On rappelle que lors du procédé de fabrication des fils, le revêtement de laiton facilite le tréfilage du fil, ainsi que le collage du fil avec le caoutchouc. Bien entendu, les fils pourraient être recouverts d'une fine couche métallique autre que du laiton, ayant par exemple pour fonction d'améliorer la résistance à la corrosion de ces fils et/ou leur adhésion au caoutchouc, par exemple une fine couche de Co, Ni, Zn, Al, d'un alliage de deux ou plus des composés Cu, Zn, Al, Ni, Co, Sn.

III-2. Réalisation des câbles

A) Câbles C-I et C-II

Les fils précédents sont ensuite assemblés sous forme de câbles à couches de structure 1+6+12 pour le câble témoin de l'art antérieur (Fig. 1) et pour le câble selon l'invention (Fig. 2) ; les fils F₁ sont utilisés pour former la couche C1, les fils F₂ et F₃ pour former les couches C2 et C3 de ces différents câbles.
Chaque câble est dans cet exemple de réalisation dépourvu de frette ; il présente les caractéristiques suivantes (d et p en mm) :

structure 1+6+12 ;
d₁ = 0,200 (mm);
(d₁ / d₂) = 1,14;
d₂ = d₃ = 0,175 (mm);
p₂ = p₃ = 10 (mm).

Les fils F2 et F3 des couches C2 et C3 sont enroulés dans le même sens de torsion (direction Z). Les deux types de câble (câble témoin noté C-I et câble de l'invention noté C-II) se distinguent donc par le seul fait que dans le câble C-II de l'invention, l'âme centrale constituée par les couches C1 et C2 (structure 1+6) a été gainée par une composition de caoutchouc à base d'élastomère diénique non vulcanisé (à l'état cru).
Le câble C-II selon l'invention a été obtenu en plusieurs étapes, d'abord par réalisation d'un câble intermédiaire 1+6, puis par gainage via une tête d'extrusion de ce câble intermédiaire, suivi enfin d'une opération finale de câblage des 12 fils restants autour de la couche C2 ainsi gainée. Pour éviter le problème de "collant à cru" de la gaine de caoutchouc, on a utilisé un film intercalaire en matière plastique (PET) lors des opérations intermédiaires de bobinage et débobinage.
Comme on peut le voir clairement à la Fig. 2, en comparaison avec la Fig. 1, la couche C3 est éloignée de la couche C2 grâce au gainage de cette dernière ; la couche interne C1 se trouve également gainée (puisque visiblement eloignée de la couche C2), du seul fait de la pénétration du caoutchouc entre les fils de la couche C2.
La composition élastomérique constituant la gaine de caoutchouc a la même formulation, à base de caoutchouc naturel et de noir de carbone, que celle de la nappe d'armature de carcasse que les câbles sont destinés à renforcer.

B) Câbles C-III et C-IV

D'autres câbles ont été fabriqués pour des essais comparatifs supplémentaires, en modifiant le taux de carbone (0,58% au lieu de 0,70%). Les câbles ainsi obtenus, témoin et conforme à l'invention, sont notés respectivement C-III et C-IV. Dans une variante de réalisation du câble C-IV (notée C-IVbis), on a par ailleurs gommé la couche C1 (fil central) elle-même avant de gommer l'âme constituée des couches C1 et C2, et observé que les deux types de câble (C-IV et CIV-bis) conduisaient à des résultats équivalents.

III-3. Endurance en pneumatique

Les câbles à trois couches précédents sont ensuite incorporés par calandrage à des tissus composites formés d'une composition connue à base de caoutchouc naturel et de noir de carbone à titre de charge renforçante, utilisée conventionnellement pour la fabrication des nappes de carcasse des pneumatiques Poids-lourd radiaux. Cette composition comporte essentiellement, en plus de l'élastomère et de la charge renforçante, un antioxydant, de l'acide stéarique, une huile d'extension, du naphténate de cobalt en tant que promoteur d'adhésion, enfin un système de vulcanisation (soufre, accélérateur, ZnO).
Les tissus composites renforcés par ces câbles comportent une matrice de caoutchouc formée de deux couches fines de gomme qui sont superposées de part et d'autre des câbles et qui présentent chacune une épaisseur de 0,75 mm. Le pas de calandrage (pas de pose des câbles dans le tissu de caoutchouc) est de 1,5 mm pour les deux types de câbles.

A) Essai 1

On réalise deux séries d'essais de roulage de pneumatiques Poids-lourd (notées P-I et P-II) de dimension 315/70 R 22.5 XZA, avec dans chaque série des pneumatiques destinés au roulage, d'autres au décorticage sur pneu neuf.
L'armature de carcasse de ces pneumatiques est constituée d'une seule nappe radiale formée des tissus caoutchoutés décrits ci-dessus.
Les pneumatiques P-I sont renforcés par les câbles C-I et constituent les pneus témoins de l'art antérieur, tandis que les pneumatiques P-II sont les pneumatiques conformes à l'invention renforcés des câbles C-II. Ces pneumatiques sont donc identiques à l'exception des câbles à couches qui renforcent leur armature de carcasse 7.
Leur armature de sommet 6, en particulier, est de manière connue en soi constituée de deux demi-nappes de triangulation renforcées de câbles métalliques inclinés de 65 degrés, surmontées de deux nappes de travail superposées croisées, renforcées de câbles métalliques inextensible inclinés de 26 degrés (nappe radialement interne) et 18 degrés (nappe radialement externe), ces deux nappes de travail étant recouvertes par une nappe sommet de protection renforcée de câbles métalliques élastiques (haute élongation) inclinés de 18 degrés. Dans chacune de ces nappes d'armature de sommet, les câbles métalliques utilisés sont des câbles conventionnels connus, disposés sensiblement parallèlement les uns par rapport aux autres, et tous les angles d'inclinaison indiqués sont mesurés par rapport au plan circonférentiel médian.
Les pneumatiques P-I sont des pneumatiques commercialisés par la Demanderesse pour des véhicules Poids-lourd et constituent, en raison de leurs performances reconnues, un témoin de choix pour cet essai.
On fait subir à ces pneumatiques un test de roulage sévère tel que décrit au paragraphe I-2, en conduisant le test jusqu'à la destruction forcée des pneumatiques testés.
On constate alors que les pneus témoins P-I, dans les conditions très sévères de roulage qui leur sont imposées, sont détruits au bout d'une distance moyenne de 232 000 km, suite à une rupture de la nappe de carcasse (nombreux câbles C-I rompus en zone basse du pneumatique). Ceci illustre pour l'homme du métier la performance déjà très élevée des pneumatiques témoins ; un tel kilométrage parcouru équivaut à un roulage en continu proche de 8 mois environ et à près de 80 millions de cycles de fatigue.
Mais, de manière inattendue, les pneus P-II conformes à l'invention montrent une endurance nettement supérieure, avec une distance parcourue moyenne proche de 400 000 km, soit un gain d'endurance d'environ 70%.
En outre, on observe que la destruction des pneumatiques de l'invention se produit non pas au niveau de l'armature de carcasse qui continue à résister, mais dans l'armature sommet, ce qui illustre l'excellente performance des câbles selon l'invention.
Après roulage, on réalise un décorticage c'est-à-dire une extraction des câbles hors des pneumatiques. Les câbles sont alors soumis à des essais de traction, en mesurant à chaque fois la force-rupture initiale (câble extrait du pneumatique neuf) et la force-rupture résiduelle (câble extrait du pneumatique ayant roulé) de chaque type de fil, selon la position du fil dans le câble, et pour chacun des câbles testés. Seuls les câbles témoins C-I non rompus pendant le roulage sont pris en compte pour ce test.
La déchéance moyenne ΔFm est donnée en % dans le tableau 1 ci-dessous ; elle est calculée à la fois pour les fils de la couche interne C1 et pour les fils des couches C2 et C3. Les déchéances ΔFm globales sont également mesurées sur les câbles eux-mêmes. Tableau 1

Pneus Câbles ΔFm (%) sur couches individuelles et câble

C1 C2 C3 Câble

P-I C-I 38 30 12 19

P-II C-II 9 6 2 3.5
A la lecture du tableau 1, on constate que, quelle que soit la zone du câble analysée (couche C1, C2 ou C3), les meilleurs résultats, de très loin, sont registrés sur les câbles C-II conformes à l'invention : on observe notamment que plus on pénètre à l'intérieur du câble (couches C3, C2 puis C1), plus la déchéance ΔFm est élevée, celle du câble selon l'invention étant de 4 à 6 fois moindre que celle du câble témoin, selon la couche C1, C2 ou C3 considérée.
Enfin et surtout, le câble selon l'invention C-II qui a pourtant enduré une distance de roulage très nettement supérieure, révèle une usure globale (ΔFm) qui est cinq à six fois plus faible que celle du câble témoin (3,5% au lieu de 19%).
Corrélativement à ces résultats, un examen visuel des différents fils montre que les phénomènes d'usure ou fretting (érosion de matériel aux points de contact), qui résultent du frottement répété des fils entre eux, sont nettement réduits dans les câbles C-II par rapport aux câbles C-I.
En résumé, l'utilisation du câble C-II conforme à l'invention permet d'augmenter de manière tout à fait sensible la longévité de la carcasse, déjà excellente par ailleurs sur le pneumatique témoin.
Les résultats d'endurance décrits ci-dessus apparaissent par ailleurs très bien corrélés au taux de pénétration des câbles par le caoutchouc, comme expliqué ci-après.
Les câbles C-I et C-II non fatigués (après extraction hors des pneumatiques neufs) ont été soumis au test de perméabilité à l'air décrit au paragraphe I-1, en mesurant le volume d'air (en cm³) traversant les câbles en 1 minute (moyenne de 10 mesures).
Le tableau 2 ci-dessous présente les résultats obtenus, en terme de débit moyen d'air (moyenne sur 10 mesures - en unités relatives base 100 sur les câbles témoins) et de nombre de mesures correspondant à un débit d'air nul. Tableau 2

Câble débit moyen d'air (unités relatives) Nombre de mesures à débit nul

C-I 100 0/10

C-II 6 9/10
On note que les câbles C-II de l'invention sont ceux qui, de très loin, présentent la perméabilité à l'air la plus réduite (débit moyen d'air nul ou pratiquement nul) et, par conséquent, le taux de pénétration par le caoutchouc le plus élevé.
Les câbles selon l'invention, rendus imperméables par la gaine de caoutchouc qui recouvre leur couche intermédiaire C2 (et la couche interne C1), se trouvent ainsi protégés des flux d'oxygène et d'humidité qui transitent par exemple depuis les flancs ou la bande de roulement des pneumatiques vers les zones de l'armature de carcasse, où les câbles de manière connue sont soumis au travail mécanique le plus intense.

B) Essai 2

Dans un second essai, on a fabriqué de nouveaux pneumatiques Poids-lourd de même dimension (315/70 R 22.5 XZA) que précédemment, en utilisant cette fois des câbles C-III et C-IV, puis on a soumis ces pneumatiques (respectivement P-III et P-IV) au même test d'endurance que précédemment.
Les pneumatiques témoins (notés P-III), sous ces conditions de roulage extrêmes, ont parcouru une distance moyenne de 250 000 km, avec au final une déformation de leur zone bourrelet due à un début de rupture des câbles témoins (notés C-III) dans ladite zone.
Dans les mêmes conditions, les pneus conformes à l'invention (notés P-IV) ont révélé une endurance nettement améliorée, avec une distance parcourue moyenne de 430 000 km, soit un gain d'endurance d'environ 70%. En outre, il doit être souligné que la destruction des pneumatiques de l'invention ne s'est pas produite au niveau de l'armature de renforcement de la carcasse (qui continuait à résister), mais dans l'armature de renforcement du sommet, ce qui illustre et confirme l'excellente performance des câbles selon l'invention.
Après décorticage, les résultats suivants ont été obtenus : Tableau 3

Pneus Câbles ΔFm (%) sur couches individuelles et câble

C1 C2 C3 Câble

P-III C-III 20 18 9.5 13

P-IV C-IV 1 1 3 2
Ces résultats confirment largement ceux du tableau 2 précédent, en allant même au-delà, puisqu'on ne constate quasiment pas de déchéance sur les câbles C-IV de l'invention, comparativement aux câbles témoins C-III, ceci quelle que soit la couche (C1, C2 ou C3) considérée.
En conclusion, comme le démontrent les essais qui précèdent, les câbles de l'invention permettent de réduire de manière notable les phénomènes de fatigue-fretting-corrosion des câbles dans les armatures de carcasse des pneumatiques, en particulier des pneumatiques Poids-lourd, et d'améliorer ainsi la longévité de ces pneumatiques.
Enfin, ce qui n'est pas le moindre, on a en outre constaté que ces câbles selon l'invention, grâce à leur construction particulière et probablement une résistance au flambage largement améliorée, offraient aux armatures de carcasse des pneumatiques une endurance notablement améliorée, d'un facteur deux à trois, en roulage sous pression réduite.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation précédemment décrits.
C'est ainsi par exemple que la couche interne C1 des câbles de l'invention pourrait être constituée d'un fil à section non circulaire, par exemple déformé plastiquement, notamment un fil de section sensiblement ovale ou polygonale, par exemple triangulaire, carrée ou encore rectangulaire ; la couche C1 pourrait aussi être constituée d'un fil préformé, de section circulaire ou non, par exemple un fil ondulé, vrillé, tordu en forme d'hélice ou en zig-zag. Dans de tels cas, il faut bien sûr comprendre que le diamètre d₁ de la couche C1 représente le diamètre du cylindre de révolution imaginaire qui entoure le fil central (diamètre d'encombrement), et non plus le diamètre (ou toute autre taille transversale, si sa section n'est pas circulaire) du fil central lui-même. Il en serait de même si la couche C1 était formée non pas d'un seul fil comme dans les exemples précédents, mais de plusieurs fils assemblés entre eux, par exemple de deux fils disposés parallèlement l'un à l'autre ou bien tordus ensemble, dans une direction de torsion identique ou non à celle de la couche intermédiaire C2.
Pour des raisons de faisabilité industrielle, de coût et de performance globale, on préfère toutefois mettre en oeuvre l'invention avec un seul fil central (couche C1) linéaire conventionnel, de section circulaire.
D'autre part, le fil central étant moins sollicité lors de l'opération de câblage que les autres fils, compte tenu de sa position dans le câble, il n'est pas nécessaire pour ce fil d'employer par exemple des compositions d'acier offrant une ductilité en torsion élevée ; on pourra avantageusement utiliser tout type d'acier, par exemple un acier inoxydable.
En outre, un (au moins un) fil linéaire d'une des deux couches C2 et/ou C3 pourrait lui aussi être remplacé par un fil préformé ou déformé, ou plus généralement par un fil de section différente de celle des autres fils de diamètre d₂ et/ou d₃, de manière par exemple à améliorer encore la pénétrabilité du câble par le caoutchouc ou toute autre matière, le diamètre d'encombrement de ce fil de remplacement pouvant être inférieur, égal ou supérieur au diamètre (d₂ et/ou d₃) des autres fils constitutifs de la couche (C2 et/ou C3) concernée.
Sans que l'esprit de l'invention soit modifié, tout ou partie des fils constituant le câble conforme à l'invention pourrait être constitué de fils autres que des fils en acier, métalliques ou non, notamment des fils en matière minérale ou organique à haute résistance mécanique, par exemple des monofilaments en polymères organiques cristaux liquides.
L'invention concerne également tout câble d'acier multi-torons ("multi-strand rope") dont la structure incorpore au moins, en tant que toron élémentaire, un câble à trois couches conforme à l'invention.

Claims

Câble métallique à trois couches de construction L+M+N comportant une couche interne C1 à L fils de diamètre d₁ avec L allant de 1 à 4, entourée d'une couche intermédiaire C2 à M fils de diamètre d₂ enroulés ensemble en hélice selon un pas p₂ avec M allant de 3 à 12, ladite couche C2 étant entourée d'une couche externe C3 de N fils de diamètre d₃ enroulés ensemble en hélice selon un pas p₃ avec N allant de 8 à 20, caractérisé en ce qu'une gaine constituée d'une composition de caoutchouc réticulable ou réticulée à base d'au moins un élastomère diénique recouvre au moins ladite couche C2.
Câble selon la revendication 1, l'élastomère diénique de la gaine de caoutchouc étant choisi dans le groupe constitué par les polybutadiènes, le caoutchouc naturel, les polyisoprènes de synthèse, les copolymères de butadiène, les copolymères d'isoprène, et les mélanges de ces élastomères.
Câble selon la revendication 2, l'élastomère diénique étant choisi dans le groupe constitué par le caoutchouc naturel, les polyisoprènes de synthèse, et les mélanges de ces élastomères.
Câble selon la revendication 3, l'élastomère diénique étant du caoutchouc naturel.
Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, ladite composition de caoutchouc comprenant du noir de carbone à titre de charge renforçante.
Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, la composition de caoutchouc présentant à l'état réticulé un module sécant en extension inférieur à 20 MPa.
Câble selon la revendication 6, le module sécant en extension de la composition de caoutchouc étant inférieur à 12 MPa.
Câble selon l'uné quelconque des revendications 1 à 7, ladite composition de caoutchouc étant utilisable pour constituer la matrice de caoutchouc d'une nappe d'armature de carcasse de pneumatique.
Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, sa couche externe C3 étant une couche saturée.
Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, ladite gaine de caoutchouc recouvrant en outre la couche C1.
Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, la gaine de caoutchouc séparant en outre les fils deux à deux adjacents de la couche intermédiaire C2.
Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, la gaine de caoutchouc recouvrant la demi-circonférence radialement intérieure de chaque fil de ladite couche C3, de telle sorte qu'elle sépare les fils deux à deux adjacents de ladite couche C3.
Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, la couche intermédiaire C2 comportant six ou sept fils (M = 6 ou 7).
Câble selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il présente les caractéristiques suivantes (d₁, d₂, d₃, p₂ et p₃ en mm) :
- (i) 0,10 < d₁ < 0,28 ;

- (ii) 0,10 < d₂ < 0,25 ;

- (iii) 0,10 < d₃ < 0,25 ;

- (iv) M = 6 ou M = 7 ;

- (v) 5 π (d₁ + d₂) < p₂ ≤ p₃ < 5 π (d₁ + 2d₂ + d₃);

- (vi) les fils desdites couches C2, C3 sont enroulés dans le même sens de torsion.
Câble selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il vérifie les relations suivantes :
pour M = 6 : 1,10 < (d₁ / d₂) < 1,40 ;

pour M = 7 : 1,40 < (d₁ / d₂) < 1,70.
Câble selon les revendications 14 ou 15, caractérisé en ce p₂ = p₃.
Câble selon la revendication 16, caractérisé en ce que sa couche externe C3 présente une section transversale pratiquement circulaire.
Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce qu'il est de construction 1 +M+N, ladite couche interne C1 étant constituée par un seul fil.
Câble selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il est choisi dans le groupe constitué par les câbles de construction 1+6+10, 1+6+11, 1+6+12, 1+7+11, 1+7+12 et 1+7+13.
Câble selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il est de construction 1+6+12.
Câble selon l'une quelconque des revendications 14 à 20, caractérisé en ce qu'il vérifie les relations suivantes : $0, 18 < d_{1} < 0, 24;$
$0, 16 < d_{2} \leq d_{3} < 0, 19;$
$5 < p_{2} \leq p_{3} < 12.$
Câble selon l'une quelconque des revendications 14 à 21, caractérisé en ce qu'il vérifie les relations suivantes : $0, 18 < d_{1} < 0, 24;$
$0, 16 < d_{2} \leq d_{3} < 0, 19;$
$20 < p_{2} \leq p_{3} < 30.$
Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 22, la gaine de caoutchouc présentant une épaisseur moyenne allant de 0,010mm à 0,040 mm.
Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 23, les fils de chacune des couches C1, C2 et C3 étant en acier au carbone.
Câble selon la revendication 24, la teneur en carbone de l'acier étant comprise dans un domaine de 0,4% à 1,0%.
Utilisation d'un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 25, comme élément de renforcement d'articles en matière plastique et/ou en caoutchouc.
Utilisation d'un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 25, comme élément de renforcement de produits semi-finis en matière plastique et/ou en caoutchouc.
Utilisation d'un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 25, comme élément de renforcement d'une armature de carcasse de pneumatique destiné à un véhicule industriel.
Produit semi-fini en matière plastique et/ou en caoutchouc, caractérisé en ce qu'il comporte à titre d'élément de renforcement un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 25.
Tissu composite utilisable comme nappe d'armature de carcasse d'un pneumatique Poids-lourd, caractérisé en ce qu'il comporte une matrice de caoutchouc renforcée par un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 25.
Tissu composite selon la revendication 30, caractérisé en ce que ladite matrice de caoutchouc présente, à l'état réticulé, un module sécant en extension qui est inférieur à 20 MPa, de préférence inférieur à 12 MPa.
Pneumatique renforcé d'un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 25 ou comportant un tissu composite selon les revendications 30 ou 31.
Pneumatique selon la revendication 32, destiné à un véhicule industriel choisi dans le groupe constitué par les camionnettes, le véhicules Poids-lourd, les engins agricoles ou de génie civil, avions, véhicules de transport ou de manutention, ledit pneumatique comportant une armature de carcasse qui est ancrée dans deux bourrelets et qui est surmontée radialement par une armature de sommet elle-même surmontée d'une bande de roulement qui est réunie auxdits bourrelets par deux flancs, caractérisé en ce que ladite armature de carcasse comporte des câbles selon l'une quelconque des revendications 1 à 25.
Pneumatique selon la revendication 33, caractérisé en ce qu'il est destiné à un véhicule Poids-lourd.