Comment on fait un pneu
Le processus de fabrication d'un pneu peut paraître complexe - nous avons fait en sorte dans cette section qu'il vous paraisse plus simple à comprendre.
Sommaire :
Tout le monde sait ce qu'est un pneu, et à quoi cela sert. C'est comme un donut -un beignet américain- rond et noir (ceux avec un trou au milieu), qu'on monte sur un véhicule pour que le conducteur puisse aller avec ses bagages d'un point A à un point B. Le pneu est là pour faciliter la conduite, le freinage et les virages. Il doit faire en sorte que votre voyage soit sûr et confortable. Il doit être durable. Et voilà ce que la majeure partie d'entre nous savons sur les pneus.
En fait, un pneu c'est le produit complexe d'une technologie avancée, composé de bien plus que de simple caoutchouc. Fibres, textiles, câbles d'acier : ce n'est qu'une partie seulement de toutes les composantes intégrées à l'intérieur, dans les nappes carcasses, le talon, les carcasses, les flancs et la semelle. Comme vous pouvez l'imaginer, la fabrication d'un produit aussi complexe est... hé bien... complexe. Elle exige les dernières technologies, un équipement lourd, des instruments de précision et -le plus important- du personnel qualifié.
Voici certaines des activités qui se déroulent dans l'usine de pneus : la création du mélange de caoutchouc, la préparation des câbles textiles, des câbles en acier, de la tringle métallique, du " calandrage " intérieur, des ceintures en acier, des nappes ; l'extrusion ou la formation des flancs et de la bande de roulement du pneu, et enfin la construction effective, la vulcanisation et l'inspection des pneus. Vous trouverez plus bas des explications plus détaillées, et pourrez suivre chacun de ces processus de visu.
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- Formulation du mélange de caoutchouc
Les deux ingrédients principaux d'un mélange de caoutchouc sont le caoutchouc lui-même et le mastic, combinés de manière à atteindre différents objectifs. En fonction de ce que l'on veut faire de son pneu, l'objectif peut être d'en optimiser les performances, d'en obtenir la meilleure traction possible sur sol humide ou sec, ou encore d'obtenir une meilleure résistance au roulement. L'objectif souhaité peut être atteint par une sélection très soigneuse d'un ou plusieurs types de caoutchoucs, et de divers types et quantités de mastic à mélanger à ce caoutchouc.
En général, on utilise principalement quatre caoutchoucs : le caoutchouc naturel, le caoutchouc butadiène-styrène (SBR), le caoutchouc polybutadiène (BR) et le butylcaoutchouc (ainsi que le butylcaoutchouc halogéné). On utilise essentiellement les trois premiers pour les mélanges destinés à la semelle et aux flancs, alors que le butylcaoutchouc et le butylcaoutchouc halogéné servent essentiellement au calandrage intérieur, ou à la partie intérieure qui retient l'air comprimé dans le pneu.
Les mastics les plus populaires sont le noir de carbone et la silice, et il en existe de nombreuses variantes. La sélection dépend des exigences de performances, car celles-ci sont différentes entre la semelle, le flanc et l'apex. D'autres ingrédients entrent aussi en jeu pour contribuer au traitement du pneu ou à des fonctions d'anti-oxydants, anti-ozones, et à des agents anti-vieillissement. De plus, la vulcanisation -une combinaison de curatifs et d'accélérateurs- sert à former le pneu et lui donner son élasticité.
- Mélange du composé de caoutchouc
Une fois le composé déterminé, le défi suivant, c'est de tout mélanger. L'opération de mélange est typiquement une opération séquentielle, où chaque séquence permet de produire plus de 200 kilos de composé de caoutchouc en moins de trois à cinq minutes. Le malaxeur est un équipement lourd sophistiqué avec une cuve de mélange dotée de rotors. Sa fonction principale est de briser les balles de caoutchouc, les mastics et les produits chimiques et de les mélanger aux autres ingrédients.
La séquence d'ajout des ingrédients est capitale, de même que la température du mélange, qui peut monter jusqu'à 160-170 degrés Celsius. Si la température est trop élevée, le composé peut s'en trouver endommagé ; c'est pour cela que le mélange se déroule généralement en deux étapes. Les curatifs sont normalement ajoutés lors de l'étape finale du mélange, et la température à ce moment-là ne doit pas dépasser les 100-110 degrés Celsius, sans quoi le composé pourrait roussir.
Une fois le mélange terminé, il est sorti du malaxeur et passe par une série de machines qui lui donnent une forme de feuille continue appelée " bande ". La bande est ensuite envoyée à d'autres zones pour la préparation des tringles, du calandrage interne, les ceintures et les plis de textile ou d'acier, les extrusions des flancs, et l'extrusion de la bande de roulement.
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Les pneus devant porter des charges lourdes, on utilise des câbles en acier et en textile dans leur construction pour renforcer la gomme et lui donner plus de solidité. Entre autres matériaux utilisés pour cette application, on note : le coton, la rayonne, le polyester, l'acier, la fibre de verre et la fibre aramide.
- Câbles textiles
La qualité des câbles textiles se base sur leur force, leur extension, leur rétractation et leur élasticité. Le fil utilisé est d'abord ouvré, puis on tresse deux bobines de fil -ou plus- pour former un câble. Avant d'envoyer le câble à l'usine de pneu, le fabricant pré-traite ce câble et y applique un adhésif, pour assurer un bon lien avec le caoutchouc. La température, l'humidité et le contrôle de la tension sont vitaux avant de calandrer les câbles textiles avec le composé de caoutchouc. Pour cette raison, on conserve dès leur arrivée à l'usine les câbles textiles dans une salle dont la température et l'humidité sont contrôlées
- Câble acier
La qualité d'un câble d'acier se voit essentiellement à sa résistance à la traction, à son élongation et à sa rigidité. On en fabrique à partir de baguettes d'acier à haute teneur en carbone, et bien que les câbles d'acier utilisés se présentent sous diverses configurations, tous sont en fils recouverts de laiton tressés en câbles. Si l'on utilise un câble dans un pneu multicouches plutôt que dans un pneu ceinturé, la fatigue sera importante. Pour les pneus ceinturés, la rigidité est d'une importance capitale. Comme le fil d'acier est recouvert de laiton, les conditions de stockage sont importantes, pour conserver au fil d'acier ses propriétés de collage au caoutchouc. Pour cette raison, on conserve aussi dès leur arrivée à l'usine les câbles acier dans une salle dont la température et l'humidité sont contrôlées.
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Pour produire des ceintures textile ou acier, les câbles textile ou acier doivent passer par un processus de calandrage -une opération au cours de laquelle le composé caoutchouc est pressé sur et dans les câbles. Comme l'alliance du textile ou de l'acier au caoutchouc est vitale pour les performances, le processus de calandrage est une étape importante.
La calandre est une machine lourde équipée d'au moins trois rouleaux d'acier chromé qui tournent dans des directions opposées. La température des rouleaux est contrôlée par vapeur et par eau. Au cours de ce processus, le composé de caoutchouc est intégré aux câbles.
Tout d'abord, on presse en continu un nombre prédéterminé de câbles textile ou acier sous tension -dont la force est déterminée aussi-, grâce à deux rouleaux d'acier, et l'on ajoute le composé de caoutchouc dans le jour laissé entre les rouleaux. Puis on presse le composé caoutchouc dans, sur et en dessous des câbles textile ou acier. Une feuille continue de composé câble-caoutchouc passe par plusieurs rouleaux de plus pour assurer une bonne pénétration et un bon mélange entre le caoutchouc et les câbles. On en mesure la qualité par l'épaisseur de la nappe, l'espacement entre les cordes, le nombre de cordes et la pénétration du caoutchouc dans la nappe composite. La nappe composite est ensuite coupée selon les tailles, formes et angles qui conviennent en fonction du contour de pneu souhaité.
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La gomme intérieure est exactement ce que son nom veut dire : la première couche du pneu à partir de l'intérieur. Sa fonction principale est de retenir l'air comprimé à l'intérieur du pneu et de maintenir sa pression. Grâce à sa faible perméabilité à l'air, le butylcaoutchouc -ou le composé butylcaoutchouc halogéné- est le principal composé de caoutchouc utilisé. La couche étant fine, on la produit aussi à l'aide d'une calandre. Le contrôle de jauge et une finition de surface sans défaut sont vitaux pour maintenir l'air sous pression. Le calandrage de la gomme intérieure est aussi une opération en continu. La nappe de gomme intérieure est pré-coupée à la bonne taille pour être prête au processus de construction.
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Le talon d'un pneu est un anneau composite non extensible qui ancre les nappes carcasses et bloque le pneu à la roue, de manière qu'il ne glisse pas ni n'ébranle la jante. Le talon est composé de la boucle en câble d'acier, de l'apex ou bourrage sur tringle, de la bandelette du talon qui protège les éléments du talon, d'une nappe (" chipper ") qui protège le flanc bas, ainsi que de la bandelette support qui permet de tenir la tringle en place. Les anneaux métalliques de tringle sont faits d'un fil d'acier continu couvert de caoutchouc, et enroulé sur plusieurs boucles continues. Le bourrage sur tringle est fait d'un composé de caoutchouc très dur, extrudé de manière à former un renflement. Les anneaux métalliques de tringle et leur bourrage sont assemblés sur une machine sophistiquée.
La précision de la circonférence de la tringle est vitale. Si elle est trop petite, monter le pneu peut devenir difficile, mais si elle est trop lâche, le pneu peut sortir de la jante trop facilement, en cas de charge importante ou de virage. Après avoir vérifié la circonférence, le talon est prêt pour l'opération de montage du pneu.
Les composants du pneu comme la bande de roulement, le flanc et l'apex sont apprêtés en faisant passer de force un composé de caoutchouc non traité par une extrudeuse pour former la bande de roulement du pneu ou les profils des flancs. L'extrusion est l'une des opérations les plus importantes du processus de fabrication car elle traite la majeure partie des composés de caoutchouc produits par l'opération de malaxage puis elle prépare les composants de la dernière opération de construction du pneu.
L'extrudeuse dans un processus de fabrication de pneu est un système à vis, constitué essentiellement d'un cylindre d'extrusion et d'une tête d'extrudeuse. Tout d'abord, le composé caoutchouc est placé dans le cylindre d'extrusion où il passe par un processus de chauffage, de fusionnement et de mise sous pression.--+*9- Ensuite, le composé de caoutchouc coule par la tête d'extrudeuse, où il est formé sous pression. Les extrudeuses modernes à froid sont contrôlées par ordinateur pour plus de précision.
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La bande de roulement du pneu, c'est à dire la partie du pneu qui entre en contact avec la route, est constituée de la bande de roulement en elle-même, de l'épaulement et de la base de la bande. Comme on utilise au moins trois composés de caoutchouc différents pour former ce profil de bande complexe, le système d'extrusion est fait de trois extrudeuses différentes partageant la même tête. Les trois composés de caoutchouc sont extrudés simultanément des différentes extrudeuses, puis mêlés dans la même tête d'extrudeuse partagée. Le mouvement suivant les amène à un plateau qui servira de matrice pour les former aux bonnes dimensions, puis on les fera passer par une longue ligne de refroidissement -de 30 à 60 mètres de long- pour mieux en contrôler et en stabiliser les dimensions. Au bout de la ligne, la bande de roulement est coupée à une longueur et à un poids précis pour construire le pneu.
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Les flancs du pneu sont extrudés d'une manière similaire à celle de la bande de roulement, mais toutefois, la structure et les composés utilisés en diffèrent considérablement. Parfois, le processus d'extrusion des flancs peut s'avérer plus compliqué, et il se peut que l'on ait besoin de quatre extrudeuses, par exemple pour construire un pneu à flancs blancs ou à lettres blanches.
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Finalement, le pneu est prêt au montage, par une machine hautement automatisée qui en assure la qualité et l'efficacité. Tous les composants -tringles, nappes carcasses et gomme intérieure, bande de roulement et flancs- sont assemblés et le processus de construction commence.
Le pneu radial classique est monté sur un tambour plat, suivant un processus en deux étapes. Lors de la première étape, la gomme intérieure est enroulée autour d'un tambour et l'on colle dessus le premier pli de carcasse, puis le second pli de carcasse. On positionne alors les tringles, et l'on gonfle un ballon au niveau du tambour pour le pousser vers l'intérieur des deux côtés du tambour, pour pousser les plis de carcasse à remonter pour recouvrir les tringles. On presse alors les sections de flanc des deux côtés.
Lors de la seconde étape du processus de construction du pneu, on utilise une autre machine pour ajouter les ceintures, les chapes en nylon et la bande de roulement sur ces premières couches. À ce moment-là, le pneu doit encore être traité, car il ne dispose encore d'aucune sculpture.
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Lors de cette étape finale, on vulcanise le pneu en lui faisant subir toute une série de réactions chimiques. De plus, on moule les flancs et la bande de roulement. La vulcanisation du pneu est une opération séquentielle qui se fait à haute température et sous hautes pressions, lors de laquelle on place le pneu dans un moule à une température précise. Une fois le moule fermé, le composé de caoutchouc coule pour mouler la forme du pneu et former les dessins de la bande de roulement et des flancs. Il est impossible d'ouvrir le moule tant que la réaction de vulcanisation n'est pas terminée.
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L'inspection du pneu est la dernière étape du processus de fabrication -étape importante pour s'assurer de sa qualité, de ses performances et de sa sécurité. L'inspection du pneu comprend :
- Le nettoyage des bavures et des micro-trous.
- L'inspection visuelle de l'apparence pour déceler les défauts évidents.
- L'examen aux rayons X pour vérifier la structure interne et découvrir les défauts.
- L'inspection de la durabilité, de l'uniformité et de l'équilibrage.
Une fois ces inspections rigoureuses passées, il est temps pour la gomme du pneu d'aller rencontrer la route ! Notre pneu est prêt à la mise en service.
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