Comprendre et entretenir : Les pneumatiques, chasse au CO2

La construction du pneumatique

Le pneumatique se compose de 3 parties intimement liées par sa construction. Si le caoutchouc représente la part la plus importante de la masse, sans sa structure, le pneumatique serait informe et sans résistance mécanique. Dans cette construction, la gomme est un liant, de nature différente selon qu’elle est positionnée entre les nappes de structure, sur les flancs, ou en ceinture sur la bande de roulement. Cette dernière couche est formée spécifiquement pour assurer le contact optimal avec le sol et pour évacuer l’eau en cas de conduite sur sol mouillé.

Structure

La structure est le squelette du pneumatique. C’est une superposition de couches joignant les flancs, les talons et la ceinture. La tenue sur la jante est assurée par la rigidité des talons, renforcés par une tringle en acier. D’un côté à l’autre de la jante, le pneu est formé par une carcasse de câbles enroulée de chaque côté autour de la tringle. Au sommet de la carcasse sont positionnées des nappes de fils habituellement en acier, orientées en diagonale selon un angle de 15 à 30° et collées les unes sur les autres en sens inverse, de manière à constituer une nappe indéformable à la périphérie du pneu. Cette nappe est habituellement doublée d’un enroulement de fils sur la largeur de la bande de roulement, qui limitent la déformation de l’ensemble par centrifugation quand le pneumatique tourne. C’est sur cette carcasse qu’est enroulée la bande de roulement de caoutchouc. Sur les côtés de la ceinture peuvent être positionnées des bandes de renfort alternant caoutchouc et fils, qui donnent plus de rigidité aux épaules, les parties latérales de la bande de roulement qui assurent l’appui du pneu en courbe. Les matériaux employés dans la carcasse sont principalement l’acier, mais la carcasse radiale peut être en câbles de Kevlar pour gagner du poids. Les nappes sommet peuvent comporter du nylon ou des fils de matière diversifiée, à la fois plus légers et plus souples que l’acier.

La gomme

Près de dix types de gommes peuvent être utilisés dans la fabrication du pneumatique. Constituée en majorité de caoutchouc, la couleur noire des pneus est indépendante de ce constituant majoritaire, qui est blanc, voire beige clair. Lors de la fabrication de la gomme, il est ajouté de nombreux produits chimiques, qui apportent chacun des caractéristiques particulières au mélange final. On trouve ainsi du noir de carbone (jusqu’à 30 %), qui donne la couleur, mais surtout assouplit le caoutchouc et lui procure une grande résistance. La silice est un composant qui est apparu au début des années 90. Elle favorise la faible résistance au roulement des pneus et la constance des propriétés à basses températures. Elle se substitue en partie au noir de carbone. Pour vulcaniser le caoutchouc avec les autres constituants, c’est-à-dire en faire un produit à la conformation irréversible, il est ajouté du soufre, qui assure la liaison entre les chaînes de caoutchouc. Plusieurs additifs sont également additionnés au mélange en fonction de la destination de la gomme fabriquée, notamment pour assurer l’adhérence sur les câbles d’acier et les divers matériaux utilisés : des limiteurs d’adhérence pour passer plus facilement dans les multiples malaxeurs, des antioxydants qui réduisent la dégradation en présence d’air ou des ultraviolets de la lumière, des accélérateurs de vulcanisation, de l’oxyde de zinc, des cires, etc.

La sculpture

La sculpture sur la bande de roulement permet d’attaquer la couche d’eau qui peut s’intercaler entre le pneu et le sol en cas de pluie. Le dessin peut présenter de nombreuses formes, qui sont toujours le résultat de tests sur piste et établissent un compromis entre les performances demandées au pneu et l’efficacité optimale dans plusieurs cas de fonctionnement. Ainsi, un pneu à hautes performances pour voiture de sport verra-t-il ses sculptures limitées pour apporter une adhérence maximale, une déformation réduite des pains de gomme au contact du sol. Pour compenser, la largeur des rainures est augmentée pour laisser une large place à l’eau. Le pneumatique de tourisme vise le meilleur compromis sécurité et adhérence, pour des vitesses maxi modérées. Traditionnellement, les rainures sont donc nombreuses et larges. Entre creux et pains de gomme, le rapport est facilement supérieur à 30 %. Mais la multiplication des rainures entraîne des déformations des pavés préjudiciables à la tenue de cap. Plus les pavés sont petits, et plus ils se déforment et laissent dériver la roue. Ces déformations conduisent également à un échauffement et à une énergie perdue supérieure. Le pneu économique doit de ce fait être à faible déformation. La tendance est désormais à des pavés volumineux et de larges rainures, comme pour les pneus de sport. Néanmoins, le drainage doit être efficace. On trouve donc de nombreux canaux de très faibles dimensions et peu profonds. Les déformations sont limitées et la sortie de l’eau se fait correctement. Plus le pneu est adapté à la route humide, plus les rainures sont nombreuses. Ainsi, les pneus “hiver” sont-ils particulièrement striés de canaux prévus pour évacuer l’eau et la neige, et pour s’accrocher sur la glace.

Dimensions

Les grandes tailles retrouvent leur justification. De 1950 à 1990, la dimension des roues a diminué jusqu’à constituer une majorité de modèles adoptant des jantes de 13 ou 14 pouces, avec des minimum à 10 pouces et des maximum à 15 pouces. Si le poids des roues réduit permet de mieux maîtriser la tenue de route, le confort dicte alors des rapports hauteur/largeur de pneu importants afin de conserver un volume d’air suffisant. Pour y parvenir et maîtriser la déformation du pneu, une autre solution consiste à resserrer le rapport hauteur/largeur, et à augmenter le diamètre de la roue. Les pneumatiques de demain seront de grand diamètre (16 à 19 pouces minimum), mais suffisamment allégés dans la construction pour sauvegarder une tenue de route qui est de moins en moins mise en défaut. Avec des rapports de hauteur de 40 à 55, les déformations limitées garantissent une usure réduite, une faible perte d’énergie dans les structures et une réduction de la consommation de carburant. Les gains peuvent atteindre les 5 %. C’est d’ailleurs sur les véhicules électriques, qui demandent une bonne gestion de l’énergie, que ces pneus arrivent en premier.