Introduction

Imaginez une structure en lego volant grâce à de l’hélium et pilotée à distance avec une manette de PS4…Cela semble être un projet fou n’est ce pas ? Pourtant ce projet a vu le jour, sous le nom de “Z’heppelin”

L’équipe de choc 

Nous sommes 4 étudiants en PEIP2-A à Polytech Angers, qui ont donc été attribués à ce projet tutoré par notre professeur M. Verron. Voici une petite photo de nous :

Le projet

Qu’est ce que le Z’Heppelin ?

La problématique initiale était la suivante : réaliser un zeppelin miniature (ou en tout cas avec une structure y ressemblant) en lego, capable de se déplacer dans toutes les directions de l’espace à l’aide d’un pilotage via une manette de PS4. Ce à quoi vous me répondrez : “Mais un zeppelin c’est quoi ?” La définition exacte dit que c’est “un aérostat de type dirigeable rigide, de fabrication allemande”. Grossièrement, c’est un énorme ballon d’hélium qui peut transporter des voyageurs. C’était un moyen de transport beaucoup utilisé en fin de 19ème siècle/ début 20ème qui fut rapidement abandonné pour sa dangerosité (énormément d’accidents, inflammables, peu fiables…). Notre projet est donc un zeppelin miniature, construit en lego et piloté à distance à l’aide d’une brique EV3.

Pourquoi avoir choisi ce projet ?

En premier lieu, nous voulions travailler sur un projet qui nous intéresse suffisamment pour ne pas avoir l’impression de “réellement” travailler. Ensuite c’est un projet cohérent avec nos différents choix de spécialité, entre ceux qui pensent se diriger vers les systèmes mécaniques (pignonnerie des hélices, codage au service de la mécanique…) et ceux en génie civil (calcul de structure, répartition optimisée de la masse…). L’intérêt de ce projet est aussi de travailler sur quelque chose de moins conventionnel, les zeppelins ne sont plus utilisés de nos jours, donc on aura surement jamais l’occasion de travailler sur ce moyen de transport dans notre vie professionnelle. Et puis, faire des legos c’est plus rigolo que de rester derrière un ordinateur. 

Les problèmes

Des débuts difficiles

Une fois l’attribution des projets réalisée, notre groupe est allé s’installer en salle informatique et…nous ne savions pas par où commencer, il y avait trop de questions différentes qui se posaient et des désaccords dans le groupe. Certains voulaient commencer par réaliser le code, d’autres se demandaient combien de ballons et de quelle forme (rond/hélicoïdale) de ballon(s) nous aurions besoin tandis qu’il y en avait d’autres qui regardaient les hélices existantes… alors qu’il faut peut-être une structure de base avant d’y ajouter des trucs dessus non ?!?!!? (signé Noé)

Bref, nous avons fait un brainstorming où nous avons listé toutes les problématiques auxquelles nous serons amenés à faire face. Nous les avons regroupées par catégories car certaines étaient imbriquées entre elles comme la disposition des moteurs, le nombre de moteurs et la taille de la structure; ce qui a été notre point de départ. 

Un zeppelin qui zeppeline…ou pas.

Le projet était maintenant lancé, quatres étudiants ambitieux, avec de grandes idées pour leur Z’Heppelin…se sont vite fait calmer. Nous étions partis sur une structure lego très grande, pouvant accueillir plusieurs ballons, avec deux moteurs sur le côté et un en dessous :

Malheureusement cela n’a pas marché pour plusieurs raisons : Avec le prix de l’hélium (ha on va y revenir sur l’hélium, il nous en a fait baver celui là) M.Verron nous a limité à un seul ballon, la disposition des moteurs n’était pas optimisée pour le pilotage et elle était trop fragile. On a donc dû refaire tout une structure similaire à la précédente mais réduite. Ensuite il y a eu d’autres soucis, où trouver un ballon qui peut accueillir 1 m cube d’hélium (car pour faire planer 1 kilo il faut 1 m cube d’hélium)? Nous avons aussi eu des difficultés au niveau du code (qui ont HEUREUSEMENT été réglés par la suite). Mais un des premiers problèmes qu’on a eu était le manque de puissance et la mauvaise optimisation des moteurs.

Mais pourquoi on parle de moteurs ?

Alors c’est vrai que depuis le début vous lisez des paragraphes sur les moteurs sans savoir à quoi ils servent. Donc on en a mis deux en dessous, un derrière et un autre sur le côté, chacun avec un rôle défini. Les deux du dessous servent à générer une force de poussée pour contrer la force de pesanteur. Mais si vous suivez depuis le début vous me rétorquerez : “Mais c’est pas le but du ballon de faire ça ?” Alors oui Donatien, le ballon va faire monter le zeppelin, donc avec ton ballon qui fait plus d’1 m cube et ta structure qui fait 900 grammes…tu le récupères comment ton ballon une fois arrivé à je ne sais combien de mètres de hauteur ? Voilà, tu ne peux pas. Donc on a trois modes de vol : 

Moteur éteint = le zeppelin redescend lentement 

Moteur allumé puissance 1 = vol stationnaire 

Moteur allumé puissance 2 = le zeppelin monte 

On a utilisé deux moteurs pour pouvoir augmenter leur couple/puissance/vitesse grâce à un système de pignonnerie. 

Ensuite, si vous avez des bases en physiques, vous comprendrez qu’une hélice qui tourne crée une force et un moment en un point et fait donc tourner le zeppelin sur lui-même…Bref on a mis un troisième moteur sur le côté pour contrer cette force, et à nouveau trois modes :

Moteur puissance 1 = zeppelin tourne dans un sens 

Moteur puissance 2 = zeppelin ne tourne plus 

Moteur puissance 3 = zeppelin tourne dans l’autre sens

Si on garde le moteur éteint, l’hélice du dessous génère un moment et notre appareil tourne sur lui-même.

Enfin, le quatrième moteur à l’arrière permet de faire avancer/reculer le zeppelin (en changeant le sens de rotation des hélices)

Donc le ballon s’attache par magie à la structure ?

Alors, on aurait bien aimé mais on est en Peip ici, pas à Poudlard. Donc on s’est procuré une pièce en forme de demi cylindre ouvert…. Regardez la photo ça sera plus parlant.

Bref on a fait un trou sur lequel on a fixé la valve, ensuite on a mis du scotch pour éviter de percer le ballon lorsqu’on l’accroche sur la pièce. Ensuite, on met un collier de serrage en plastique, et avec les trous faits au bord de la pièce, on passe de la ficelle et notre ballon est rattaché à la structure. 

La réussite

Un code qui code

“Mais comment pilotez vous votre zeppelin ?” me direz-vous. Tout simplement grâce à un code informatique, et une extension présente dans la carte SD de la Brick lego afin qu’elle comprenne le code. Ce code permet que chaque moteur soit associé à une touche de la manette. Par exemple, l’hélice de dessous et de côté sont chacune pilotées par un joystick différent tandis que l’hélice arrière est contrôlée par deux touches différentes (avant/arrière).

L’arrivée légendaire de l’Hélium

Nos quatres jeunes Peips ont fini d’optimiser la masse de la structure du zeppelin, codé l’ensemble des fonctions de ses moteurs et trouvé un moyen d’attacher le ballon à la structure… Il leur reste plus qu’à attendre TROIS LONGUES SEMAINES l’arrivée de l’hélium, TROIS SEMAINES de doutes, de peur, de flou total !! Que faire de plus en attendant l’arrivée de l’hélium ?? Si ça ne marche pas, est ce qu’on doit recommencer le projet à zéro ?? Est ce qu’un ballon sera vraiment suffisant ??? Finalement, on a mis en place un protocole de test en prévoyance de l’arrivée de l’hélium. Une fois la bonbonne arrivée, c’était un bonheur. Genre, vraiment (lisez la suite).

La concrétisation du projet 

Regardez il vole :

Présenter le projet

Avoir un projet c’est bien, le présenter aux gens c’est mieux. Cela s’est fait de différentes manières et à différentes occasions. Avec Polytech Angers, nous avons eu l’occasion de faire une présentation orale de notre projet…en anglais. Devant des professeurs étrangers. C’était à l’occasion de la semaine internationale et tous les élèves de Peip2A ont présenté leurs projets devant différents jurys. C’était une expérience très intéressante qui nous permettait d’avoir un point de vue sur notre travail par des professeurs d’université différente de la notre. Nous avons aussi eu l’opportunité de montrer le Z’Heppelin à des élèves de primaires dans le cadre de leurs activités extra-scolaire. Ils étaient très intéressés et c’était un réel exercice de leur expliquer le plus simplement possible ce qu’on faisait. Par la suite, nous avons aussi présenté notre projet aux Peip1A de Polytech Angers. C’était aussi intéressant car on parlait du projet d’une manière moins “formelle” tout en restant sérieux dans nos explications, ce qui nous a par ailleurs permis d’obtenir le troisième prix de pédagogie du projet ! Enfin nous continuons et finissons de présenter notre projet à travers le blog que vous êtes en train de lire.

En espérant que vous ayez passé une bonne lecture !

Séverin DRUGEON, Noah PAQUEREAU, Nassim BOUALAM & Noé CHARPENTIER