Ces derniers temps, il semble que tous les pneus du marché vantent leur nouveau «composé à base de silice». Attendez, quoi? Y a-t-il du sable dans mes pneus? Qu'est-ce qui rend la magie si apparemment magique dans la composition que chaque fabricant a littéralement une sorte de mélange de silice exclusif dans son caoutchouc? Et pourquoi chaque fabricant de tir doit-il garder son mélange secret un peu plus surveillé que les codes nucléaires?

Si vous effectuez des recherches sur la silice en tant qu’additif pour pneus, vous constaterez tout d’abord que chaque source d’information sur les sites Web vous indiquera probablement quelque chose de différent. La silice augmente la résistance à l'usure mais diminue l'adhérence. La silice augmente l'adhérence mais diminue la résistance à l'usure. La silice diminue la résistance au roulement mais nécessite le sang de faeries. Ce genre de chose. La chose à propos de la silice est qu’elle est, d’une certaine manière, magique. La silice a des propriétés qui, lorsqu'elles sont mélangées avec du caoutchouc de pneu, permettent aux ingénieurs du pneu de réduire la résistance au roulement tout en augmentant l'adhérence, brisant certaines règles autrefois considérées comme étant incassables. Alors, voici ce que fait la silice et pourquoi il y a vraiment du sable dans vos pneus, mais pas de sang féerique. C'est à quoi sert la corne de licorne en poudre …

Le composé de caoutchouc spécialisé d'un pneu est un mélange de nombreux matériaux différents, en particulier des formes de caoutchouc naturel et de caoutchouc synthétique. Les charges sont utilisées à la fois pour aider à lier les différents caoutchoucs ensemble et pour créer divers effets sur le composé résultant, qu’ils ramollissent ou durcissent. Ces charges comprennent des matières telles que les huiles de pétrole et le noir de carbone. Étant donné qu'il s'agit de polluants majeurs, de nombreux fabricants de pneumatiques ont cherché des moyens de remplacer les deux additifs par quelque chose d'un peu plus écologique.

Les ingénieurs en pneumatiques ont commencé à expérimenter la silice comme matériau de remplissage alternatif dans le caoutchouc des pneus dans les années 1970 afin de réduire la résistance au roulement et d'optimiser la consommation de carburant de leurs pneus. Au début, ils ont constaté que l’ajout de silice réduisait nettement la résistance au roulement, mais au détriment de l’adhérence. Ensuite, ils ont essayé un mélange de silice pure et d'une substance appelée silane, qui est un hydrosilicate, ou de la silice à laquelle de l'hydrogène était lié au niveau moléculaire. Cela a fait l'affaire.

Pour comprendre les effets miraculeux du mélange silice-silane, il faut comprendre que, depuis le développement des pneumatiques, les ingénieurs ont vécu selon une loi simple et immuable: les composés pour pneus tendres ont une meilleure adhérence, mais s'usent plus rapidement et ont une grande résistance au roulement, les composés plus durs s'usent moins vite et ont une résistance au roulement plus faible, mais ont moins d'adhérence. Les compromis inévitables que les ingénieurs doivent faire entre adhérence, résistance au roulement et usure de la bande de roulement sont appelés «triangle magique». Équilibrer correctement ces propriétés pour un pneu spécifique a été l'objectif de chaque ingénieur du pneu qui a déjà mélangé un composé.

Le problème est dans la propriété physique appelée hystérésis. L'hystérésis est une mesure de la quantité d'énergie renvoyée par un objet lors du rebond suite à une déformation. Un bon exemple de cela est d’imaginer de lancer une Superball et une rondelle de hockey de hauteurs identiques. La Superball rebondit presque à la hauteur à laquelle elle a été larguée, car elle restitue presque toute l'énergie de l'impact avec le sol. Ceci est considéré comme une faible hystérésis. D'autre part, la rondelle de hockey ne rebondit presque pas, car elle perd beaucoup d'énergie en ne se déformant pas et en ne rebondissant pas. C'est une hystérésis élevée.

La résistance au roulement d’un pneu provient en grande partie de la manière dont il se déforme et rebondit lorsque le pneu tourne sous charge, ce qui est connu comme une distorsion à basse fréquence. Si le composé de pneu présente une faible hystérésis à basses fréquences, il rebondit comme un ressort et perd moins d’énergie, ce qui se traduit par une plus grande économie de carburant. D'autre part, l'adhérence du pneu est déterminée par la manière dont le composé de caoutchouc se déforme autour des irrégularités du revêtement de la chaussée, ce qui est connu sous le nom de distorsion haute fréquence. Si le pneu présente une forte hystérésis à hautes fréquences, il se conforme aux petits écarts de la route au lieu de «rebondir» et offre une meilleure adhérence.

Lorsque les ingénieurs en pneumatiques ont commencé à utiliser de la silice et du silane comme matériau de remplissage, ils ont compris que les composés silice-silane réduisaient nettement la résistance au roulement, mais en opposition totale avec le triangle magique, ils amélioraient également l'adhérence tout en maintenant une usure constante. D'une certaine manière, l'utilisation de silane permet au caoutchouc naturel et synthétique de se lier beaucoup plus étroitement au niveau moléculaire, et produit un composé de caoutchouc qui présente une faible hystérésis aux basses fréquences et une hystérésis élevée aux hautes fréquences, permettant ainsi aux ingénieurs pneumatiques de manger leur gâteau. Le triangle magique a été balayé par le composé magique. Selon un article sur la question publié dans la revue Rubber World: «L’utilisation de silice peut entraîner une réduction de 20% de la résistance au roulement et peut également améliorer les performances de dérapage sur sol mouillé jusqu’à 15%, améliorant ainsi sensiblement les distances de freinage. temps."

La silice offre également des avantages substantiels lorsqu’elle est utilisée en hiver et dans les pneus toutes saisons. Les composés silice-silane restent beaucoup plus flexibles à basses températures, ce qui les rend idéaux pour les mélanges de pneus hiver et permet de produire des pneus hiver à faible résistance au roulement avec le même grip miraculeux et la même résistance à l'usure. Avec les nouvelles techniques de découpe des motifs de sipage, cela a provoqué une révolution dans l'industrie du pneu qui a fondamentalement détruit toutes les anciennes règles et mis en évidence tout ce que nous connaissions auparavant.

L’autre grand problème à résoudre avec les composés à teneur améliorée en silice est la difficulté et le prix élevé de la dérivation de la silice pure à partir de sable pour une utilisation dans ces composés. Il semble que Goodyear ait récemment réalisé une avancée décisive dans ce domaine en cherchant à extraire de la silice pure à partir des cendres de balles de riz brûlées. A quoi vont-ils penser ensuite?