Notre défi de fin d’année à Polytech Angers

Notre défi de fin d’année à Polytech Angers

Bonjour à toutes et à tous, 

Nous sommes Timothée Duval, Malo Bersihand et Maxence Briais une jeune équipe d’élèves ingénieurs en deuxième année de PeiP à Polytech Angers. Dans le cadre de notre formation, nous devons réaliser un projet. Le nôtre porte sur un ventilateur à autonomie d’énergie. Vous savez sûrement tous ce qu’est un ventilateur, mais savez-vous ce qui caractérise un ventilateur à autonomie d’énergie ?

Tout d’abord, nous avons tous déjà utilisé un ventilateur électrique. Cependant le défi de notre projet était de créer un ventilateur qui peut avoir la même fonctionnalité que ceux classiques, donc de nous rafraîchir en brassant l’air ambiant. Or, la contrainte majeure de notre projet est que nous devions le faire tourner sans aucune force électrique ni moteur. Grâce à nos compétences acquises durant nos deux années d’études nous étions confiants quant à la réalisation de ce projet, néanmoins il s’est avéré plus difficile que prévu…

  Matériel nécessaire 

• Un axe central en acier percé dans la largeur pour plus de stabilité
• Une base en acier soudée à une plaque à même le sol
• Un roulement mécanique pour réduire les frottements
• Un arbre en impression 3D encastré dans le roulement
• Quatre roulettes pour plus de praticité 
• Des pales de ventilateur (impossible de les imprimer en 3D car trop fragiles)
• Des élastiques 
• Une pièce en impression 3D pour encastrer correctement le roulement dans l’axe central

Nous avons eu l’idée de séparer le mât principal du ventilateur en deux parties (l’axe central et la base)  afin de s’apparenter le plus possible à un ventilateur classique qui possède une taille ajustable.

 Le principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement de notre projet se découpe en 4 principales étapes :

1. On donne une impulsion aux pales manuellement. C’est la transmission de force aux élastiques
2. Les élastiques sont accrochés à la vis principale de l’axe. Le seul élastique qui sera tendu reçoit et transforme cette force en rotation
3. L’élastique suivant suit alors le même schéma. Ce processus se répète grâce au roulement mécanique qui limite les frottements
4. Les pales, en tournant, brassent l’air ambiant, conformément au cahier des charges

Phase de recherche

Après un temps de discussions avec Maxime Kachit, nous sommes parvenus à réaliser un premier plan du projet (feuille ci-dessus). Grâce à ce document, nous avons pu visualiser les différents calculs à réaliser avant de démarrer notre conception du projet. Nous devions trouver les distances entre chaque vis et le centre du ventilateur ainsi que les élastiques à utiliser en fonction de la raideur trouvée. Pour cela, nous avons d’abord réalisé un prototype, fait en grande partie de matériaux trouvés au FabLab, pour trouver les meilleures distances possibles ainsi que les meilleurs élastiques possibles pour faire tourner au maximum les pâles de notre ventilateur. Suite à ces essais, nous avons pu identifier plusieurs problèmes par rapport au projet final que nous voulions réaliser :  

• La structure du ventilateur ne pouvait pas être réalisée en bois car elle serait trop légère et trop fragile par rapport à la force exercée par les pales du ventilateur en rotation
• Les élastiques ne doivent pas être trop grands car sinon le ventilateur ne peut pas tourner de façon optimale
• L’arbre ne doit pas être trop grand sinon ça crée un déséquilibre avec le poids des pâles ou alors il y a des frottements entre les élastiques et le cercle qui contient le point d’attache de tous les élastiques

Réflexion et Résolution

Face aux différents problèmes remarqués sur le prototype, nous avons dû réfléchir à plusieurs solutions et modifications à apporter à notre projet pour le rendu final. Pour la base, nous avons réalisé plusieurs plans :

Le premier était un brouillon pour pouvoir déterminer toutes les dimensions nécessaires. 

Cependant, ce schéma était provisoire car nous avions pour objectif de faire une base plus fine. Néanmoins, pour des raisons d’équilibre nous avons inversé les cotes de l’axe central et de la base.
Après s’être mis d’accord sur la totalité du mât en métal (base + axe central), nous avons conçu les plans afin de pouvoir faire l’assemblage et le débit.

Voici la base en métal soudée sur une plaque du même matériau pour limiter les pertes mécaniques (assemblage). 

Nous avons d’abord réalisé les plans de la base que nous avons envoyés à l’usine collaboratrice de notre projet pour qu’ils puissent la réaliser en métal.

Voici l’axe central en métal qui a été percé dans la largeur pour y insérer la pièce imprimée en 3D qui contient le roulement mécanique (débit).

Nous avons ensuite réalisé l’axe central dans la même entreprise. Grâce à ces deux parties différentes, nous pouvons ajuster la taille du ventilateur selon nos besoins.

Réalisation du projet

Après avoir récupéré la totalité des pièces fabriquées avec l’aide d’Atelier David (entreprise partenaire), nous avons commencé l’assemblage. Nous avons décidé de répartir les tâches au sein du groupe. Une personne s’occupait du perçage de la base pour y fixer les roulettes et de l’axe central pour pouvoir ajuster la taille du ventilateur, tandis qu’une autre s’occupait des impressions 3D (arbre, cache écrou, pièce contenant le roulement mécanique). La dernière personne était chargée de trouver une pièce en bois qui permettrait d’accueillir les vis qui servent de point d’ancrage pour les élastiques. Cette pièce en bois devait exactement s’encastrer dans l’axe central pour limiter les frottements et donc les pertes de force. Après un assemblage de certaines pièces avec la colle pour impression 3D, nous avons passé un coup de peinture final afin de rendre le projet plus esthétique.

Rendu de l’assemblage

Concrétisation du projet

Une fois l’assemblage de notre ventilateur terminé nous avons procédé à différents tests pour voir combien de temps ce dernier pouvait fonctionner. Nous avons donc testé différents élastiques, tailles et élasticités différentes. Nous avons aussi utilisé plusieurs pâles pour voir si une pâle plus ou moins lourde permet une augmentation du temps de rotation. Nous avons donc choisi de prendre une pâle en plastique, qui était plus légère et donc plus rapide. Malheureusement nous avons eu du mal à obtenir une durée de fonctionnement de cinq à dix secondes. Donc nous sommes allés voir Maxime Kachit pour demander des conseils pour durer plus longtemps.

Suite à ses conseils nous avons utilisé un deuxième ventilateur (électrique cette fois-ci) pour pouvoir entraîner le premier qui est notre projet. Et ce fût une réussite ! Nous avons donc pu produire un courant d’air équivalent à deux ventilateurs tout en économisant l’électricité d’une machine. Ce qui est formidable d’un point de vue écologique ! Finalement nous avons donc pu résoudre le problème de trop faible rotation grâce au deuxième ventilateur.

En espérant que vous ayez passé une bonne lecture !

Timothée Duval, Malo Bersihand et Maxence Briais