L'histoire de la fabrication du pneumatique commence par la découverte d'une matière première au XVIII siècle au Pérou lors d'une expédition d'une équipe française composée de Charles Marie de La Condamine et de François Fresneau de La Gataudière ; ceux-ci s'intéressent à un arbre nommé hévéa qui donne une résine et que les Amérindiens appellent le caoutchouc.
En 1888, le vétérinaire John Boyd Dunlop décide d'améliorer le tricycle de son jeune fils pour le rendre plus confortable et moins bruyant ; Dunlop l'enrobe de fines feuilles de caoutchouc et les gonfle au moyen d'une pompe de ballon de football et en utilisant le haut d'un biberon comme valve, il parvient à créer le tout premier système de coussin d'air, en somme, le premier pneumatique au monde.
Le chimiste Charles Goodyear découvre de façon accidentelle, en faisant tomber un morceau de caoutchouc traité avec du soufre sur une poêle chaude, l'insensibilisation du caoutchouc aux variations de température : la vulcanisation.
L'histoire de la fabrication du pneu combine donc l’expérience du chimiste Goodyear et la mise en pratique du vétérinaire Dunlop.
Dans la catégorie des élastomères, on retrouve :
- le caoutchouc naturel : c'est en pratiquant une incision sur l’écorce de l’hévéa que le latex est recueilli sous la forme d’un liquide blanc et laiteux contenant des globules de caoutchouc. L’hévéaculture ne peut être pratiquée n’importe où ; nécessitant des conditions climatiques bien particulière. C’est en Asie du Sud-Est qu'est retrouvée cette pratique. La Thaïlande est le 1 producteur mondial, suivie de l’Indonésie.
- le caoutchouc synthétique est issu d’hydrocarbures d’origine pétrolière. Le caoutchouc synthétique est le composant principal dans la fabrication du pneumatique à plus de 50 %, le reste des composants est du caoutchouc naturel. Le caoutchouc synthétique est le composant permettant d’expliquer la durée de vie d’un pneu et en partie sa résistance.
Des charges renforçantes sont des composants essentiels dans la conception d’un pneu. Le noir de carbone (qui donne la couleur noire au pneu) multiplie par quatre la résistance des pneus à l’usure.
Le pneu est composé de près de deux cents matières premières, dont l’assemblage de chacune d’entre elles via un processus de mélanges de gommes, permet la création du pneu.
Tout d’abord il y a les matières premières communément appelées les élastomères :
- le caoutchouc naturel, qui provient de l’écorce de l’hévéa, un liquide blanc qui s’apparente à du lait en est recueilli, c’est ce dernier qui contient des globules de caoutchouc. Le caoutchouc naturel va procurer une résistance mécanique accrue du pneu tout en diminuant l’échauffement interne de celui-ci. L’exploitation de ce genre d’arbre se fait dans des régions particulières comme en Asie du Sud-Est, en Amérique latine et en Afrique, car l’hévéa nécessite des conditions climatiques spécifiques ;
- par la suite, il y a le caoutchouc synthétique, utilisé dans le but d’accroître la malléabilité, la longévité ainsi que l’adhérence du pneu. Il est donc primordial dans la fabrication de pneumatiques.
Puis on trouve les charges renforçantes :
- le noir de carbone permet de considérablement augmenter la résistance à l’usure des pneus, ce qui est indispensable pour sécuriser au maximum les véhicules ;
- la silice est centrale dans la conception du pneu, elle permet d’accroître l’adhérence sur sol, de nettement augmenter la durée de vie du pneu mais aussi de présenter une faible résistance au roulement. La silice, mélangée à un élastomère, permet d’obtenir des propriétés spécifiques à la finalisation du pneu.
Certains plastifiants comme des huiles appelées Plaxolène ou Plaxène, des solvants comme les essences spéciales Solane, ou encore des résines sont aussi utilisés. Pour finir, il y a les renforts métalliques et les renforts textiles qui composent l’armature du pneu. Ils sont utilisés afin d’apporter de la rigidité, de la résistance et du confort au pneu.
La deuxième couche est la nappe carcasse qui est formée de fibres textiles : c’est l’ossature du pneu, qui est collante naturellement car le caoutchouc a des propriétés adhésives.
L’ajout des nappes de renforcement au sommet du pneu : il s’agit de l’assemblage de deux nappes de fibres métalliques fines et résistantes enveloppées d'une mince couche de gomme, elles sont disposées de façon croisée pour former un réseau de triangles solides. Des anneaux métalliques solides vont permettre de faire tenir la jante sur le pneu, puis il faut gonfler le tambour pour les poser. Sur les anneaux métalliques, il faut faire un ourlet : la machine retrousse automatiquement la nappe carcasse sur les tringles, ainsi elles sont tenues solidement de chaque côté. Puis sont mises des bandes de gommes de chaque côté, ce qui correspond aux flancs du pneu.
Sur un autre tambour, sont posées deux nappes en métal sur lesquelles est rajoutée la bande de roulement (partie du pneu en contact avec le sol).
Puis à côté est reprise la carcasse, il faut gonfler la partie centrale et écarter les flancs, les extrémités afin de donner une forme torique au pneu.
Par la suite, il faut assembler les nappes métalliques recouvertes de la bande de roulement et la carcasse. Le tambour qui maintient la carcasse va se dégonfler légèrement, la bande de roulement est rentrée, et la carcasse va se regonfler pour adhérer parfaitement à la bande de roulement. Il faut ensuite rabattre les flancs sur la bande de roulement pour que tout soit parfaitement homogène.
La cuisson ou la vulcanisation est la dernière étape du processus ; en effet, il faut cuire la gomme sinon elle est trop molle. Pour que le caoutchouc devienne élastique, il faut ajouter du soufre et chauffer ; sous l’action de la chaleur, les atomes de soufre se glissent entre les chaînes et s’y accrochent solidement, ainsi lorsque le caoutchouc est tiré, les chaînes glissent les unes sur les autres, et quand il est relâché, les atomes de soufre permettent aux chaines de se remettre complètement après un petit temps, en effet il ne recouvre pas automatiquement sa forme initiale, c’est pourquoi le caoutchouc n'est pas élastique mais plutôt viscoélastique. La cuisson se fait dans un moule mécanique et c’est à ce moment-là que le pneu sera sculpté, grâce à des empreintes pré-imprimées qui vont pénétrer dans la gomme chaude. La cuisson est effectuée à une température d'environ 180 °C pendant environ quinze minutes pour des pneus « basiques » d’automobiles ; pour les pneus plus imposants comme les pneus de l’ingénierie civile, il faut entre neuf et quinze heures, cependant le fonctionnement des moules ne diffère pas selon la taille des pneus. Une poche se remplit d’eau extrêmement chaude au centre du moule, sous pression cette poche se gonfle comme un ballon et appuie sur la gomme jusqu’à ce qu’elle épouse parfaitement les empreintes sculptées au fond du moule. Dans le même temps, de la vapeur d'eau est diffusée sur la paroi extérieure du moule, de telle façon que le pneu est coincé entre deux sources de chaleur.
À la sortie de la cuisson, les pneus sont soumis à des contrôles de qualité détaillés, en effet, il faut s’assurer qu’ils ne présentent aucun défaut avant la commercialisation. Cela commence avec un examen visuel du pneu, ce qui est recherché sont les petites bulles d’air ou les petites fissures dans lesquelles les eaux de pluie peuvent s’infiltrer. Est alors utilisée une sonde qui envoie des ultrasons dans l’enveloppe, cela permet de vérifier que la gomme ne comporte pas de défauts. Certains pneus sont soumis à des tests aux rayons X pour observer les câbles métalliques à l’intérieur ; à la fin, est vérifié comment les pneus roulent et leur comportement sur le tapis de test.
Depuis les années 1950, la fabrication des pneus a très peu changé. Les pneus d’aujourd’hui comprennent près de vingt-cinq composants ainsi qu’une dizaine de gommes différentes. Elles sont distinguées par leur dureté et leur composition, et chaque composant est développé pour un besoin particulier.
Chaque pneu est doté d’un certain nombre de support structuraux : les ceintures et les tringles sont en acier. Le nylon, le polyester ou les rayons composent la carcasse. En effet, sans ces éléments de structure, le pneu se déformerait et gonflerait.
La partie du pneu qui est en contact avec la route est appelée la bande de roulement.
La hernie s'observe par l'apparition d'une bosse sur le flanc du pneumatique. Une hernie peut être observable pour diverses raisons. À la suite d'un choc rencontré par le pneu sur le côté (sur la bordure d'un trottoir, un trou…), cela affaiblit l'armature du pneu sous l'effet d'une pression interne de l'air. Plus rare, cela peut également provenir d'un défaut de fabrication. Le défaut de l'hernie/boursouflure du flanc est non réparable.
Le voilage est représentatif d'une déformation de la bande de roulement. Celle-ci peut être une usure centrale (conduite agressive), latérale (conduite agressive sur les virages), unilatérale, locale (freinage brusque…).
Les craquelures sur les pneus surviennent pour de multiples raisons : des contraintes environnementales (pollution, température…). Cela entraîne une perte d'élasticité du caoutchouc de l'armature.
Texte et photo sous licence CC BY-SA 3.0. Contributeurs, ici.
Des entreprises du secteur de l'automobile :
91200 - VOLVO - LAND ROVER - JAGUAR - GROUPE BIDAUD https://www.volvo-idf.com