La présente invention est dans le domaine technique des chaussures imperméables aptes notamment à la pratique d'un sport tel que la randonnée.
Le besoin des usagers d'être équipés de chaussures imperméables leur permettant d'évacuer la transpiration et/ou la chaleur est important que ce soit pour des raisons de confort ou d'hygiène. Les chaussures imperméables, notamment les chaussures de sport telles que les chaussures de randonnée, doivent protéger les pieds des chocs, des conditions extérieures et les maintenir afin de leur éviter tout mouvement blessant.
Les chaussures de sport, notamment de randonnée, présentent généralement dans ce but une structure plus couvrante, souvent bien au-dessus de la cheville que des chaussures de ville classiques. Elles sont aussi plus lourdes et donc apportent une isolation thermique plus importante.
Par ailleurs, afin de protéger le pied de l'utilisateur de l'humidité extérieure tout en assurant sa respirabilité, il est connu de disposer à l'intérieur de la chaussure une membrane imper-respirante, du type de celles commercialisées sous la marque Sympatex® ou Goretex®, c'est-à-dire une membrane qui est imperméable à l'eau mais perméable à la vapeur d'eau.
Une chaussure imperméable connue de l'état de la technique, notamment une chaussure de sport telle qu'une chaussure de randonnée, comprend une tige sur laquelle est positionnée un contrefort. Le contrefort permet d'empêcher la tige de se déformer et assure un bon positionnement dans la chaussure. Une mousse de confort est ensuite posée sur le contrefort afin de protéger le pied des agressions extérieures et des superpositions de matières différentes dans la construction de la tige. Ladite mousse assure également le maintien du pied et la tenue de la chaussure. Enfin, un complexe imperméable et respirant composé d'une doublure, éventuellement d'une mousse ou mesh 3D, et d'une membrane, est placé sur ladite mousse dans cet ordre, la membrane en question étant en première contre ladite mousse. Les différentes couches précédentes sont généralement solidarisées par couture sur le haut de la tige.
En pratique, il s'avère que les membranes imper-respirantes mises en oeuvre tel que décrit ci-dessus présentent l'inconvénient de limiter l'évacuation de la transpiration produite par le pied, notamment à l'horizontal du pied. Classiquement, la transpiration produite par le pied est en moyenne de 15 g/heure lors d'une activité sportive intensive, et les membranes imper-respirantes ne permettent d'évacuer en moyenne qu'1g à 2g par heure d'humidité, soit moins de 15% de la transpiration totale produite par le pied en une heure.
Le document intermédiaire
Il y a donc un besoin constant des usagers de disposer de chaussures imperméables présentant des fonctions de drainage et d'évacuation de l'humidité et/ou de la chaleur améliorées; lesquelles fonctions peuvent être personnalisées selon le ressenti de l'usager et les conditions dans lesquelles il pratique une activité notamment sportive telle que la randonnée.
La présente invention a pour but de proposer une chaussure imperméable améliorée palliant les problèmes précités.
La présente invention a ainsi pour objet une chaussure imperméable, notamment de randonnée, comprenant une tige, une membrane imper-respirante et une doublure interne, caractérisée en ce qu'elle comporte une couche de mousse à cellules ouvertes ayant une épaisseur d'au moins 5 mm, une perméabilité à la vapeur d'eau supérieure à 75mg/(cm2.8h), une contrainte CC40 nécessaire pour se déformer de 40% de son épaisseur initiale supérieure à 5 kPa en moyenne et inférieure à 20 kPa selon la norme ISO 3386-1: 1986, apte à former un espace de ventilation verticale et s'étendant exclusivement de part et d'autre de la partie arrière et interne de la chaussure, destinée à envelopper la zone de l'arrière pied sur toute sa hauteur.
Les termes cellules ouvertes et pores ouverts sont équivalents.
Avantageusement, l'espace de ventilation verticale évacue la transpiration et/ou la chaleur à partir de la semelle de propreté vers la partie haute de la chaussure. Ledit espace est ménagé sur la zone de l'arrière pied de façon à être en regard de l'ouverture de ladite chaussure pour le passage du pied. L'extraction de l'air chaud produit par le pied et/ou dû à l'environnement est appelée « l'effet cheminée ». En effet, l'air en s'échauffant a tendance à s'élever en raison de la diminution de sa densité. Ledit espace de ventilation utilise cet effet pour évacuer à la verticale du pied la transpiration et/ou la chaleur. « L'effet cheminée » induit un tirage susceptible de provoquer une dépression intérieure, laquelle permet d'aspirer de l'air extérieur frais grâce par exemple à des perforations ménagées au dessus des malléoles interne et externe dans la tige de la chaussure imperméable.
La membrane imper-respirante laisse également évacuer la transpiration et la chaleur à l'horizontale du pied, c'est-à-dire à travers les différentes couches séparant le pied de la tige de la chaussure. La tige est de préférence dans un matériau respirant, tel que du cuir. Le contrefort de la tige est de préférence collée partiellement sur celle-ci et perforé afin de faciliter l'évacuation de la transpiration et la chaleur à l'horizontale.
De préférence, la doublure interne est formée d'un textile, par exemple un tricot laminé par flammage, collage ou couture sur une mousse. De préférence le textile est collé par points sur la mousse afin de minimiser les obstacles aux cheminements vertical et horizontal de la transpiration. La doublure, de par sa mousse, permet d'accentuer « l'effet cheminée » et d'éloigner ainsi le maximum d'air chaud au contact avec le pied, le textile de la doublure interne étant de préférence au contact avec le pied de l'usager.
La mousse à cellules ouvertes est de préférence obtenue par le procédé dit « slab stock » permettant la production continue de mousse par dépôt d'un mélange sur un tapis convoyeur s'expansant lors de son trajet sur ledit tapis. Deux procédés préférés sont utilisés pour la production de la mousse utilisée selon l'invention. Il s'agit des procédés « Max foam » ou « Hennecke Planibloc » connus dans l'état de la technique.
La mousse à cellules ouvertes selon la présente invention est de préférence à base de polyuréthane. Le procédé permettant la réaction de moussage peut être chimique par exemple en ajoutant de l'eau au mélange ou physique par exemple en ajoutant au mélange un agent ayant une température d'ébullition faible lui permettant de passer rapidement lors de la fabrication de la mousse sous son état gazeux. Le choix du procédé d'expansion retenu, de nature chimique ou physique, est fonction de la nature du polymère à expanser.
De préférence, la mousse à cellules ouvertes est obtenue par un procédé chimique. Le mélange permettant ainsi la fabrication de la mousse comprend généralement : des diisocyanates, des polyols, de l'eau, des agents gonflants intermédiaires, des charges et autres. Dès le dépôt du mélange sur le tapis convoyeur, le mélange subi notamment deux réactions importantes. Les polyols et les diisocyanates sont liquides à température ambiante avant d'avoir réagi. Lors de la première réaction, les diisocyanates en réagissant avec l'eau produisent du dioxyde de carbone et des amines :
(1) R-N=C=O + H2O R-NH2 + CO2
Le dioxyde de carbone libéré sert d'agent gonflant pour l'expansion de la mousse. Lors de la seconde réaction, les polyols en réagissant avec les groupes isocyanates aux extrémités des chaînes d'urée produisent les chaînes de polyuréthanes (R1-NH-COO-R2), dans lesquels R1 est le segment à base d'urée et R2 est un polyol.
Selon le mode de fabrication de la mousse, il est possible de faire varier la taille des cellules et donc la perméabilité de celle-ci.
Dans une variante de réalisation, la couche de mousse est une couche de mousse à cellules ouvertes réticulée.
On entend par le terme « réticulée » que la mousse a subi une étape de réticulation au-cours de laquelle les chaînes de polymères formant ladite mousse sont liées entre-elles par des ponts ou des liaisons chimiques. Cette étape de réticulation est irréversible en ce que la mousse réticulée n'a plus à proprement parler de température de fusion tel un thermoplastique. La réticulation permet d'améliorer les performances mécaniques de la mousse notamment la résistance à la compression et à la déchirure ainsi que la résistance à la chaleur. Cette propriété permet de maintenir un espace de ventilation verticale suffisant lorsque le pied de l'utilisateur vient en appui sur celui-ci tout en conservant une bonne élasticité afin que la mousse à cellules ouvertes assure un bon confort d'accueil au pied.
De plus, la réticulation permet de stabiliser les mousses ayant des cellules ouvertes de taille importante. Ainsi, les mousses à cellules ouvertes réticulées peuvent présenter des cellules ouvertes ayant des dimensions supérieures au millimètre non atteignables avec des mousses à cellules ouvertes non réticulées. Logiquement, plus la taille des cellules ouvertes est importante, plus la perméabilité à l'air et à la vapeur d'eau sont améliorées.
La réticulation peut être obtenue par un procédé chimique, par exemple en ajoutant un agent s'activant à une température donnée, ou physique par exemple par bombardement d'électrons.
Dans une variante, l'ouverture des cellules de la couche de mousse réticulée est obtenue, lors de la phase de réticulation, par explosion d'un mélange de gaz dans une chambre fermée, de préférence à base d'hydrogène et d'oxygène.
Avantageusement, au cours de cette explosion, les membranes résiduelles obstruant les cellules ouvertes de la mousse sont redistribuées lors de leur fusion sur les arêtes. La mousse tend ainsi vers 100% de cellules totalement ouvertes. La perméabilité à l'air des mousses ayant subi cette étape de réticulation-explosion est considérablement améliorée. Le demandeur s'est aperçu que pour deux mousses à cellules ouvertes données ayant sensiblement les mêmes valeurs de contraintes en compression après l'étape de moussage, le procédé de réticulation-explosion permet d'augmenter considérablement leur perméabilité à la vapeur d'eau.
De plus, les arêtes plus épaisses sont également plus résistantes ce qui permet d'améliorer les performances mécaniques de la mousse, notamment en compression.
Les cellules obtenues ont une forme sensiblement circulaire et un diamètre supérieur à 1 mm, voir de l'ordre de 2 mm à 5 mm. La taille des cellules ouvertes obtenue est fonction des conditions de moussage. Cependant, les mousses ayant des cellules ouvertes dont au moins une dimension est supérieure à 1 mm après le procédé de moussage, doivent subir une étape de réticulation-explosion pour fixer la taille de ces cellules. Sans cette étape de réticulation-explosion, la mousse n'est pas stable et s'affaisse.
Dans une variante de réalisation, la couche de mousse présente une perméabilité à la vapeur d'eau supérieure à 100 mg/(cm2.8h).
Le tableau ci-dessous donne les résultats au test de la norme AFNOR NF G52-019 permettant notamment d'évaluer la perméabilité à la vapeur d'eau [mg/(cm2. N heures)] d'une doublure ou de la tige (par exemple en cuir) d'une chaussure. Les valeurs de perméabilité sont relevées toutes les deux heures et permettent d'établir la vitesse d'évaporation de l'eau.
Les mousses M1 et M2 ont été testées seules. Le principe de ce test NF G52-019 est de mesurer la quantité d'eau évaporée à travers un échantillon pendant une période donnée et dans des conditions hygrométriques déterminées.
M1 est une mousse à cellules ouvertes, dont au moins l'une des dimensions est supérieure à 1 mm, à base de polyuréthane, et ayant subi une explosion d'un mélange à base d'hydrogène et d'oxygène dans une chambre fermée.
M2 correspond à une mousse classique à cellules ouvertes de l'état de la technique, dont les dimensions sont inférieures au millimètre, à base de polyuréthane, et utilisée dans la fabrication d'articles de sport tels que les sacs à dos et les chaussures de randonnée. M2 n'a pas subi une opération de réticulation-explosion.
Les échantillons dénommés M1 et M2 dans la suite de la description reproduisent les mêmes caractéristiques décrites ci-dessus.
La perméabilité à la vapeur d'eau de M1 est trois fois supérieure à la perméabilité de M2. La mousse à cellules ouvertes M1 a une efficacité de transfert de l'humidité exceptionnelle par rapport à la mousse M2 illustrant les mousses de l'état de la technique.
Dans une variante de réalisation, la contrainte CC 40 nécessaire pour déformer de 40% de son épaisseur initiale la couche de mousse à cellules ouvertes est supérieure à 7 KPa en moyenne selon la norme ISO 3386-1 : 1986.
Le tableau ci-dessous donne les résultats aux tests prévus par la norme ISO 3386-1 : 1986 ayant pour titre « Matériaux polymères alvéolaires souples-Détermination de la caractéristique de contrainte déformation relative à la compression ».
La grandeur CC 40 [kPa] correspondant à la contrainte à appliquer pour déformer la mousse de 40% de son épaisseur initiale.
La grandeur SAG correspond au rapport entre la contrainte à appliquer pour comprimer la mousse de 65% de son épaisseur initiale sur la contrainte à appliquer pour comprimer la mousse de 25% de son épaisseur initiale : SAG = CC65/CC25.
Les valeurs de contraintes en compression pour M1 et M2 sont très proches bien que M1 présentent des cellules ouvertes dont la taille est supérieure à au moins 3 fois la tailles des cellules ouvertes de la mousse M2. De même, la valeur de SAG est très proche entre M1 et M2 ce qui signifie que la contrainte à appliquer pour déformer de 65% de leurs épaisseurs initiales M1 et M2 est de l'ordre de trois fois la contrainte à appliquer pour une déformation de 25% desdites épaisseurs initiales. La valeur de SAG est ici propre au comportement du polymère formant les mousses M1 et M2, à savoir le polyuréthane.
La résistance à la compression est particulièrement importante dans la construction d'une chaussure puisque la compression exercée par le pied sur la mousse à cellules ouvertes écrase celle-ci et réduit son épaisseur en fonctionnement. L'épaisseur de la mousse M1 en fonctionnement doit être suffisante pour maintenir un espace de ventilation verticale et ce exclusivement de part et d'autre de la partie arrière et intérieure de la chaussure. De plus, la couche de mousse à cellules ouvertes ne doit pas être trop résistante à la compression et se déformer suffisamment pour maintenir un bon accueil du pied. Ce double objectif est atteint en choisissant une mousse à cellules ouvertes ayant une contrainte CC 40 supérieure à 5 KPa en moyenne, de préférence supérieure à 7 KPa en moyenne et inférieure à 20 KPa en moyenne selon la norme ISO 3386-1 : 1986.
Dans une variante, la couche de mousse à cellules ouvertes est hydrophobe.
La couche de mousse a ainsi une capacité d'absorption en eau moindre qu'une couche de mousse hydrophile. Le but étant que la vapeur d'eau ne stagne pas près du pied de l'utilisateur mais soit directement évaporée à travers l'espace de ventilation verticale formée par ladite mousse sur toute la hauteur du pied.
Dans une variante, la couche de mousse à cellules ouvertes comporte une majorité de cellules dont au moins l'une des dimensions est supérieure à 1 mm, de préférence compris dans l'intervalle allant de 2 mm à 4 mm.
On entend par dimension dans le présent texte, la longueur de l'une des arêtes délimitant une cellule ou la distance séparant deux arêtes délimitant une même cellule.
On entend par majorité de cellules que plus de 50% des cellules de ladite couche de mousse ont au moins une dimension supérieure à 1 mm.
Dans une variante, la couche de mousse à cellules ouvertes a une masse volumique de 34 Kg/m3.
Dans une variante, les cellules ouvertes de la couche de mousse sont délimités par des arêtes ayant une épaisseur de l'ordre du millimètre.
Dans une variante de réalisation, la couche de mousse a une épaisseur d'au moins 10 mm.
Dans les chaussures imperméables, notamment de sport, proposées sur le marché, « l'effet cheminée » est assuré par un espace vertical composé d'un ensemble avec une membrane, une mousse laminée sur le textile ou le textile en trois dimensions formant la doublure intérieure, lesquels ont une épaisseur moyenne de l'ordre de 3 mm. Selon l'invention, la ventilation verticale est ainsi améliorée par rapport à ces chaussures connues, dans des proportions très importantes.
Dans une variante de réalisation, la couche de mousse est une pièce unique de configuration asymétrique par rapport à un plan vertical correspondant au plan médian de la chaussure.
Ladite pièce est asymétrique de façon à épouser au mieux la forme du pied tenant compte que la malléole externe du pied est plus basse que la malléole interne.
Dans une sous variante de réalisation, ladite pièce comporte une découpe médiane en partie basse, correspondant à la zone en regard de la base du talon d'Achille.
L'encoche médiane évite de créer une dépression sur le tendon d'Achille.
La forme et la taille de ladite pièce sont adaptées selon le type de la chaussure imperméable, par exemple selon qu'il s'agit d'une chaussure de randonnée ou de course à pied.
De préférence, ladite pièce se présente sous la forme d'un papillon avec une encoche en son centre correspondant à ladite zone en regard de la base du talon d'Achille.
Dans une variante de réalisation, la couche de mousse est disposée entre la doublure interne et la membrane imper-respirante.
Avantageusement, « l'effet cheminée » de la mousse laminée sur le textile de la doublure interne et celui de la couche de ventilation verticale sont cumulés. De plus la membrane imper-respirante étant après ladite couche de ventilation par rapport au pied, elle continue à assurer sa fonction d'étanchéité à l'eau tout en ne freinant pas le transfert à l'horizontale du pied de la chaleur et de la transpiration vers ledit espace de ventilation. Cette disposition permet d'accélérer l'évacuation de l'air chaud vers la partie haute de la chaussure et améliore le confort thermique de l'utilisateur.
Dans une variante de réalisation, la couche de mousse est disposée sur l'extérieur de la doublure interne, étant destinée à venir en contact avec le pied.
Une grande partie de la transpiration et de l'air chaud est ainsi directement acheminée à la verticale du pied sans avoir à traverser la partie textile de la doublure interne avant d'être évacuée à la verticale.
La présente invention a également pour objet un ensemble de marche comportant une chaussure, notamment de randonnée, et au moins une pièce amovible, qui est une couche de mousse à cellules ouvertes ayant une épaisseur d'au moins 5 mm, une perméabilité à la vapeur d'eau supérieure à 75mg/(cm2.8h), une contrainte CC40 nécessaire pour se déformer de 40% de son épaisseur initiale supérieure à 5 kPa en moyenne et inférieure à 20 kPa selon la norme ISO 3386-1 : 1986 apte à former un espace de ventilation verticale, destinée à être rapportée par l'utilisateur à l'intérieur de la chaussure en sorte qu'elle s'étende exclusivement de part et d'autre de la partie arrière enveloppant la zone de l'arrière pied sur toute sa hauteur.
Dans une variante, ledit ensemble comporte une pluralité de pièces amovibles, d'épaisseur et/ou de porosité et/ou de densité différentes.
L'utilisateur peut ainsi personnaliser le drainage et la ventilation qu'il souhaite selon son ressenti ou ses activités.
De préférence, lesdites pièces sont uniques et ont une configuration asymétrique par rapport à un plan vertical correspondant au plan médian de la chaussure imperméable.
Ladite pièce amovible peut être une couche de mousse à cellules ouvertes selon l'une quelconque des variantes de réalisation décrites ci-dessus. De préférence, ladite pièce amovible est une couche de mousse à cellules ouvertes selon l'une des variantes de réalisation décrites ci-dessus laminée à une textile, tel qu'un tricot ou un tissu, lequel fait office de doublure intérieur destinée à venir en contact directement avec le pied.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'un exemple de chaussure imperméable cité à titre non limitatif et illustré par les figures ci-après et dans lesquelles :
La chaussure imperméable de randonnée 1 comporte de l'extérieur vers l'intérieur : une tige 2, un contrefort 7, une membrane imper-respirante 3, une couche de mousse à cellules ouvertes 5 et une doublure interne 4 bloqués ensemble au montage entre la semelle de propreté 8, la première de montage 9 et la semelle extérieure 10.
La doublure interne 4 comporte de préférence un textile laminé 4a sur une mousse 4b, le textile 4a étant destiné à être au contact du pied. En effet la mousse 4b sera souvent présente mais peut être supprimée.
La doublure interne 4 est cousue selon son bord replié avec la partie haute de la chaussure imperméable 1 selon la ligne de couture 12.
La couche de mousse à cellules ouvertes 5 se présente sous la forme d'une seule pièce ayant une configuration asymétrique par rapport au plan médian M de la chaussure 1. La couche de mousse 5 a de préférence une configuration en forme de papillon tel que représentée à la
L'air chaud et humide produit par le pied est alors capté puis évacué dans ledit espace de ventilation vertical et n'est plus au contact du pied améliorant ainsi le confort thermique de l'usager. Par un « effet cheminée », l'air chaud et humide, stockée dans ledit espace, remonte jusque dans la partie haute de la chaussure et est évacué vers l'extérieur. De préférence, des perforations sont aménagées selon la zone 4c de la doublure interne 4 afin d'accélérer et faciliter l'évacuation de la transpiration et / ou de l'humidité.
Une partie de la transpiration est également évacuée à l'horizontale du pied, selon l'axe X. La vapeur d'eau est alors évacuée en traversant toutes les couches formant la chaussure imperméable 1 de l'intérieur vers l'extérieur. Dans ce but il convient de choisir des matériaux perméables à l'air et de réaliser des perforations en différents endroits sur la chaussure 1, tels qu'au niveau des malléoles du pied de l'utilisateur. La tige 2 est ainsi en cuir ou dans un textile composite.
Les différentes couches formant la chaussure imperméable 1 dont les couches 2, 3, 4, 5 et 7 sont découpées aux dimensions de la chaussure 1 et laminées entre-elles par collage. De préférence le contrefort 7 n'est pas laminé sur la tige 2, il est solidarisé à la tige 2 à l'aide d'un collage par points puis perforé. Ce mode d'assemblage limite moins l'écoulement de l'air chaud et humide qu'un assemblage par couture ou par collage selon toute la surface des dites couches.
De préférence la couche de mousse à cellules ouvertes 5 a une épaisseur de l'ordre de 10 mm. Il est ainsi possible d'ajuster le volume de l'espace de ventilation en jouant sur l'épaisseur, la forme et la taille des cellules de la couche de mousse 5. La couche de mousse à cellules ouvertes 5 préférée est réticulée, notamment du type M1. Au cours de cette étape de réticulation, la couche de mousse 5 a subi une explosion dans une chambre fermée d'un mélange de gaz, de préférence à base d'un mélange d'oxygène et d'hydrogène afin de répartir sur les arêtes les membranes subsistant suite à l'étape d'expansion. Cette réticulation-explosion améliore la perméabilité à l'air et à la vapeur d'eau de la couche de mousse 5. La
Dans une variante non représentée, une mousse est solidarisée sur la mousse 4b de la doublure interne 4 par un collage par points de façon à agrandir l'espace de ventilation verticale et améliorer ainsi le confort thermique de l'usager. Ladite mousse a de préférence une épaisseur de 2 mm.
Dans une variante non représentée, la couche de mousse 5 est amovible et se fixe de façon détachable par tous moyens connus de l'état de la technique de préférence au textile 4a de la doublure interne 4. On pourra ainsi prévoir des couches de mousse de taille, de densité et d'épaisseur variées selon l'activité et le ressenti de l'usager, qu'il disposera dans sa chaussure pour personnaliser son confort.
Dans une variante non représentée, il est possible de laminer, par exemple par collage, selon la surface de la membrane imper-respirante 3 un tricot de protection afin de renforcer celle-ci, d'autant que les couches entrant dans la construction de la chaussure 1 sont décalées les unes par rapport aux autres et risquent de l'endommager. Les membranes imper-respirantes actuellement commercialisées sont dans 80% des cas seules et ne sont pas laminées avec d'autres matériaux, à charge à leurs utilisateurs de les transformer. Il existent également sur le marché des membranes imper-respirantes vendues dans un complexe imperméable et respirant, lequel est composé respectivement dans cet ordre d'une doublure par exemple un tricot de protection, éventuellement d'une mousse ou d'un mesh en trois dimensions et de la membrane imper-respirante. Selon la qualité et le coût visés de la chaussure imperméable 1, la membrane imper-respirante 3 peut être seule ou remplacée par un complexe imperméable et respirant tel que décrit ci-dessus.
Cette liste de références citées par le demandeur vise uniquement à aider le lecteur et ne fait pas partie du document de brevet européen. Même si le plus grand soin a été accordé à sa conception, des erreurs ou des omissions ne peuvent être exclues et l'OEB décline toute responsabilité à cet égard.