Pneumatique

Un pneu est un solide souple de forme torique constitué de gomme et autres matériaux, il entoure une roue et assure le contact entre un véhicule terrestre et le sol, procurant une certaine adhérence et facilitant les déplacements.



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Pneumatique (véhicule) - Technologie automobile

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Définitions :

  • Relatif à l'air ou aux gaz - Qui fonctionne avec air comprimé (source : clubcommerce)

Un pneu (apocope de pneumatique) est un solide souple de forme torique constitué de gomme et autres matériaux, il entoure une roue et assure le contact entre un véhicule terrestre et le sol, procurant une certaine adhérence et facilitant les déplacements.

Un pneu

Secteur économique

La conception, la fabrication et la commercialisation des pneumatiques représentent toute l'activité économique du secteur de la fabrication de pneumatiques.

Icône de détail Article détaillé : Fabrication de pneumatiques.

Histoire du pneumatique

Pneu sur une roue d'avion à l'inspection, dans les années 1940

Après avoir fait breveter son invention, Dunlop fonde en 1889 la première manufacture de pneumatiques.

En 1889, les vélos peuvent ainsi rouler sur des pneus qui sont des boudins de caoutchouc gonflés d'air et fixés à la jante. Si le confort est ainsi au rendez-vous, le dispositif n'est pas pratique : en cas de crevaison, changer de pneu est une opération longue et délicate. On doit à Édouard Michelin la résolution de cet épineux problème : en effet, il met au point en 1891 le premier pneumatique démontable contenant une chambre à air. Selon la légende, c'est un cycliste anglais demandant une réparation lors de son passage à Clermont-Ferrand qui aurait donné l'idée à Édouard. Le nouveau pneu est mis à l'épreuve de la réalité la même année par Charles Terront qui sort vainqueur de la première course cycliste Paris-Brest.

L'invention est un succès immédiat, et pas uniquement dans le monde du vélo : particulièrement vite, l'automobile s'empare à son tour du pneu, remplaçant les bandages par des pneumatiques. Conçue et fabriquée par Michelin, l'éclair est la première voiture sur pneus (1895). En 1899, la Jamais Contente, première voiture à atteindre les 100 km/h est équipée de pneus Michelin. Après les cycles et les voitures, c'est le tour des voitures d'enfants et même des fiacres d'en être équipés.

En 1929, un pneu pour les rails est mis au point pour équiper la Micheline. Le premier pneu à clous pour rouler sur le verglas ou la neige est quant à lui mis au point en 1933.

Une des grandes révolutions du pneu, le pneu à carcasse radiale est breveté le 4 juin 1946 par Michelin. La première voiture à en être équipée est la Citroën Traction Avant. En 1951, c'est au tour du métro de se mettre aux pneus à Paris. En 1955, Michelin invente le pneu sans chambre à air (dit Tubeless).

Le pneu a, depuis, énormément évolué dans des sens particulièrement différents : pneus à lamelles pour une meilleure adhérence sur la neige, pneus faisant économiser du carburant par une moindre résistance au roulement, etc.

Constitution

Un pneu est constitué de caoutchouc (naturel et artificiel), d'adjuvants chimiques (soufre, noir de carbone, huiles, etc. ) et de câbles textiles et métalliques. Il est habituellement divisé en trois grandes zones : la zone sommet, en contact avec le sol, la zone flanc, et la zone bourrelet (ou zone basse).

Zone sommet

Sculptures creusées dans la bande de roulement

Elle est essentiellement constituée de la bande de roulement, couche de gomme épaisse en contact avec la route. Cette gomme doit être adhérente (transmission du couple, guidage dans les virages, etc. ), sans opposer trop de résistance au roulement (principe des pneus «verts», qui diminuent la consommation de carburant). La bande de roulement est creusée de «sculptures», qui évacuent l'eau et la neige et limitent l'aquaplanage. La présence de lamelles sur les sculptures rompt la tension superficielle du film d'eau présent sur la route. Sur cette bande sont généralement disposés des témoins d'usure dont la localisation est repérable sur le flanc du pneu. Les témoins des pneus pour véhicule tourisme ont une hauteur de 1, 6 mm.

Sous la bande de roulement se trouvent les nappes ceintures, constituées de fils métalliques parallèles. Ces câbles, en deux couches croisées, assurent la rigidité du pneumatique, surtout lors de poussées latérales (virages).

Zone flanc

La zone latérale du pneu est constituée de gomme souple, capable de supporter une déformation à chaque tour de roue, et résistante aux chocs (trottoirs). On y trouve aussi l'ensemble des marquages. La zone de transition entre le flanc et le sommet se nomme «épaule».

Zone basse

Un pneu est constitué de fines particules de tissus collées ensemble. On s'en sert énormément pour les bateaux. La fonction de cette zone est d'assurer l'accroche à la jante, grâce à deux anneaux métalliques (les «tringles») prenant appui sur la jante au niveau du «talon». Cette zone transmet le couple entre la roue et le pneumatique, et permet l'étanchéité pour les pneus «tubeless». Cette étanchéité est assurée par une nappe qui recouvre l'intérieur du pneu, et qui est coincée par les deux tringles : la «gomme intérieure», à base de butyle.

Une autre nappe, localisée entre la gomme intérieure et le sommet, aussi coincée par les tringles, se nomme la «nappe carcasse». Elle est constituée de fils textiles parallèles (véhicule tourisme), dans le sens radial. Cette nappe a donné son nom au pneu radial. Elle assure la triangulation avec les fils croisés des nappes de ceintures pour une meilleure tenue du pneu. Ces fils, inextensibles, supportent le poids de la voiture et permettent de garder une bonne surface de contact entre le pneu et le sol.

La fabrication

Un pneumatique demande plusieurs étapes de fabrication. Des produits intermédiaires (les semi-finis) sont fabriqués avant d'être assemblés pour faire le produit fini.

Les produits semi-finis

Les caoutchoucs naturels (issus du latex produit par l'hévéa) et synthétiques (issus de la pétrochimie) sont mélangés avec des huiles et des charges renforçantes (noir de carbone ou silice, qui perfectionnent la résistance à l'usure). Ce mélange est ensuite travaillé avec le soufre (vulcanisation) et les autres adjuvants pour être conditionné avant d'être utilisé.

Les fils textiles sont principalement synthétiques. Ces fils sont retordus pour les rendre plus résistants, et sont imprégnés d'un polymère qui assurera leur adhérence à la gomme, dans la nappe carcasse.
Les fils métalliques sont en acier recouvert de laiton. L'adhérence de ces câbles au caoutchouc résulte de la formation de sulfures et de polysulfures de cuivre, à partir du cuivre constitutif du laiton et du soufre utilisé pour la vulcanisation du caoutchouc. Les fils métalliques sont tréfilés, puis tressés en câbles. Ils serviront à réaliser les tringles et les nappes de ceinture.

Les nappes de renfort (carcasse et de ceinture) sont calandrées : les fils (textiles ou métalliques) positionnés parallèlement, sont pris en sandwich entre deux minces couches de gomme. Ces nappes sont ensuite coupées puis réassemblées afin d'obtenir l'angle de fil souhaité.

La bande de roulement, mais aussi plusieurs couches de différentes gommes sont utilisées dans le pneu, pour former ou renforcer certaines zones (épaule, flanc, talon)  : évacuation de la chaleur, protection contre les agressions chimiques, etc. Ces nappes sont fabriquées par extrusion.

Le produit fini

Il s'agit de superposer les différents semi-finis, en vue de former le pneumatique. Les différentes couches internes (la carcasse) sont positionnées sur un cylindre au diamètre du pneu (le tambour)  : gomme intérieure, nappe carcasse, tringles, et l'ensemble des nappes de gommes. Après conformation (le tambour fait prendre à la carcasse sont aspect torique), les nappes de ceinture et la bande de roulement sont posées : on obtient un pneu cru, toujours plastique.

Ce pneu est positionné dans une presse de cuisson, dont les parois sont usinées pour reproduire sur le pneu les sculptures et les marquages. Lors de la cuisson, la vulcanisation du caoutchouc avec le soufre rend le pneu élastique.

Différentes opérations de contrôle (aspect visuel, radioscopie, balourd, dérive, etc. ) permettent d'assurer que le pneu (organe de sécurité sur un véhicule) est conforme.

Les véhicules

Tramway sur pneu, Clermont-Ferrand (France)
Un des problèmes posés par les pneus est leur fin de vie ou recyclage

Les pneus sont utilisés par différents types de véhicule :

Pneus et environnement

Le caoutchouc naturel est rendu plus rigide, stable aux ultraviolets, résistant au sel de déneigement par des additifs quelquefois toxiques. Les vieux pneus sont source potentielle d'incendies toxiques, d'apporter des zones de ponte à des moustiques susceptibles de véhiculer de virus tels que le Chikungunya. Brûler des pneus produit énormément d'énergie, mais également une forte pollution. Le rechapage est envisageable et courant dans certains pays depuis longtemps pour les pneus de camions et gros engins de chantier public (Il produit des pneus 40 % moins cher). Mais le recyclage intégral de la ferraille et du caoutchouc nécessite des filières organisées et des matériels particulièrement élaborés. Le brûlage des pneus à l'air libre ou ailleurs qu'en incinérateur spécialisé est interdit dans la majorité des pays. Le pneu broyé est quelquefois brûlé dans les fours de cimenterie. Il existe de par le monde de nombreuses décharges de pneus.

Une nouvelle technique perce aujourd'hui dans la ré-utilisation des pneus usagés. Ils sont transformés en granulats et servent dans les pelouses synthétiques sur des terrains de football par exemple[1].

Des récifs artificiels à base de pneus ont été essayés, sans succès à cause de la toxicité des matériaux, et du fait qu'il est aisément balayé lors des tempêtes. Ils peuvent par contre trouver une application de protection, comme c'est le cas du procédé «Pneusol», mis en place pour protéger des chutes de pierres la station d'épuration Amphitria.

Les pneus s'usent et perdent progressivement de leur matière sur les routes. Le cadmium qu'ils contiennent et d'autres composants concourent à la pollution routière.

En France, l'abandon dans la nature ou le brûlage à l'air libre en sont interdit, et les fabricants (ou importateurs) doivent procéder à l'enlèvement et au traitement des pneus usagés, mais ces textes ne concernaient pas les stocks d'avant 2004 (114 dépôts d'environ 240 000 tonnes de pneus). Le 20 février 2008, un accord interprofessionnel signé par toute la profession du Pneumatique sous l'égide de Nathalie Kosciusko-Morizet permet l'évacuation et la valorisation (en 6 à 8 ans, pour un coût estimé de 7 millions d'euros) des 80 000 tonnes de pneus qui restent à traiter en France.

Il existe actuellement de nouvelles techniques telles la constitution de remblais routiers, de réservoirs souterrains ou de chaussées réservoirs à partir de morceaux de pneus broyés et lavés de leurs principales substances toxiques.

Les références inscrites sur un pneu

(Pour les pneus de vélo voir Pneumatique (vélo) )

Le marquage se fait sur le flanc du pneu. Pour 195/65 R 15 91 H 6 M+S par exemple :

Dans cet exemple la circonférence du pneu est donc :

Pi × (2 × rayon)
= Pi × diamètre
= Pi ×
= 1 993, 3 mm

C'est cette circonférence qui permettra de calculer la vitesse du véhicule. Quand le pneu s'use, la vitesse se trouvera ainsi surévaluée. Dans notre exemple avec une usure de 3 mm la vitesse sera ainsi surévaluée de 0, 95 % ; un compteur affichant une vitesse correcte pour un pneu neuf indiquera 100 km/h quand on roulera à une vitesse réelle de 99, 05 km/h.

Aspects tribologiques

p la force qui colle le pneu à la route, f la force maximale latérale qui peut être exercée

Les pneumatiques automobiles sont le lieu de dissipations énergétiques importantes lors du roulement. Différents aspects du contact pneumatique-route sont envisagés dans le Wikilivre de tribologie et plus particulièrement dans le chapitre réservé aux applications pratiques : Pneumatiques automobiles.

Pour faire simple, le contact du pneu à la route crée une légère déformation de celui ci, lorsque le pneumatique tourne, il y a une dilatation de la partie du pneumatique qui était en contact avec la route et qui ne l'est plus, et une compression de la partie qui n'était pas toujours en contact avec celle-ci et qui le devient. Ces déformations créent un transfert d'énergie mécanique en énergie thermique (augmentation de la température du pneu).

Jusqu'à quel point le pneu adhère à la route ? En réalité, il faudrait plutôt dire : quelle est la force maximale exercée sur le pneu perpendiculairement à la route avant que ce dernier dérape ?

En réalité, la force maximale latérale est quasi proportionnelle à la force qui colle le pneu à la route (p sur le schéma). Cependant, passé un certain seuil, la force maximale latérale n'augmente pas tout autant comparé à la force p que auparavant. Ainsi, une voiture avec un centre de gravité élevé, qui subit de forts transferts de charge en virage, tiendra moins bien la route en virage qu'une voiture semblable avec un centre de gravité plus bas.

La pression des pneus

Un pneu sur-gonflé, ainsi qu'un pneu sous-gonflé provoque une diminution de l'adhérence qui peut être dangereuse en virage ou au freinage. Il est par conséquent conseillé de vérifier régulièrement la pression des pneus. Il est aussi conseillé d'un peu surgonfler les pneus au cas où on transporterait de lourdes charges pour éviter que le pneu ne se plie sur les bords. Un pneu sous-gonflé subit une déformation plus importante des flancs et de la bande de roulement. Les principales conséquences sont une usure plus rapide du pneumatique, un risque augmenté d'éclatement et une augmentation de la consommation de carburant du véhicule. Il faut noter qu'un pneu trop gonflé s'use aussi plus rapidement au centre de la bande de roulement et est plus sensible aux arrachements de gomme (patinage surtout).

Pneu sous-gonflé

Placement des pneus neufs

Pour une automobile il est le plus souvent conseillé de placer les moins usés des quatre pneus à l'arrière[4]. L'essieu avant est directeur, ainsi, quand on tourne le volant, ce sont eux qui donnent la direction au reste du véhicule. les pneus arrière suivent. Le conducteur n'a conscience que de l'adhérence de ses pneus avant. Il peut peut-être corriger son mouvement ou ralentir l'allure s'il sent ses pneus glisser dans un virage par exemple. Si les pneus arrière sont plus usés, il se peut que les pneus avant soit suffisamment adhérents pour virer mais pas les pneus arrière, et le sur-virage a de grandes chances de survenir. Si ceux-ci glissent, le véhicule peut partir en tête à queue ou sortir de la route. Néanmoins, un véhicule dont les pneus avant offrent une adhérence inférieure à celle des pneus arrière aura une tendance au sous-virage, c'est-à-dire à partir tout droit[5]. Selon l'état des pneus et la dynamique du véhicule (les véhicules récents ayant une tendance nette au sous-virage) cela peut se révéler contre-productif, surtout sur route sinueuse. En outre des systèmes de correction de trajectoire tels que l'ESP tendent à favoriser la maîtrise de la trajectoire du véhicule pour des conducteurs n'ayant pas l'expérience des situations de perte de contrôle et d'adhérence.

Le contrôle de l'usure

Il est indispensable de contrôler régulièrement l'usure de pneus. Des pneus trop usés présentent un danger[6].

Notes et références

  1. Les applications à base de granulats de pneus, sur aliapur. fr
  2. Voir la table des indices de charge dans les Liens externes
  3. Voir la table des indices de vitesse dans les Liens externes
  4. Voir par exemple les conseils de Michelin
  5. Conseils de Michelin sur l'importance de quatre pneus hiver
  6. Voir par exemple les conseils de Goodyear ou de Michelin

Voir aussi

Liens externes

Recherche sur Amazone (livres) :



Ce texte est issu de l'encyclopédie Wikipedia. Vous pouvez consulter sa version originale dans cette encyclopédie à l'adresse http://fr.wikipedia.org/wiki/Pneumatique_(v%C3%A9hicule).
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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 10/04/2009.
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