Quoi de mieux pour un projet que d’avoir une grande liberté sur le sujet à traiter ?
Bonjour à tous, nous sommes 2 étudiants en deuxième année à Polytech Angers.
Depuis quelques temps, chaque groupe travaille sur un projet différent et vous voilà arrivé à la présentation du notre.
Notre projet consiste à illustrer des concepts de mécanique. La matière “Mécanique du solide indéformable” est enseignée en première année à Polytech Angers et certaines notions peuvent être complexes à visualiser. C’est là que nous intervenons, notre but est de choisir certains sujets de la matière et de trouver un moyen de les mettre en forme afin de les rendre plus imagés pour les futurs élèves.
Présentation de nos deux objets
Nous avons choisi deux objets pour illustrer deux phénomènes distincts de la mécanique du solide.
- Un Dragon réalisé par nos soins afin d’illustrer le concept de centre de gravité. Inspiré du CC de mécanique du solide 2023/2024, le but est d’avoir un objet avec un centre de gravité assez surprenant dû à une distribution de masse assez atypique.
- Le deuxième objet est quant à lui à propos de la conservation du moment cinétique. Pour cela, nous nous sommes inspirés d’un phénomène que l’on a tous sûrement observé sans le savoir. Une patineuse artistique effectue des rotations sur elle-même, en écartant ou resserrant ses bras, sa vitesse fluctue. Nous avons donc choisi de réaliser une sphère d’Hoberman en LEGO, plus connue sous le nom de “balle extensible”. Notre but est d’avoir un objet dont on peut modifier l’amplitude durant sa rotation et donc observer les variations de vitesse à l’instar de la patineuse.
Déroulement du premier projet
Imaginez un objet dont l’objectif est d’avoir un centre de gravité spécial, quelle étape sera la plus difficile d’après vous ? Le centre de gravité en question ? Et bien non. Pour pouvoir le comprendre il est important de savoir que cet objet sera entièrement réalisé à la découpeuse laser. Elle permet de découper des fines planches de bois contreplaqué. Nous devons donc découper plusieurs planches que l’ont assemblera ensuite.
La première étape est donc de construire notre projet sur ordinateur à l’aide d’un logiciel CAO (conception assistée par ordinateur). Nous avons choisi Onshape, car il permet de travailler à plusieurs sur le même fichier. De plus il est disponible en ligne et donc accessible depuis tous les postes de l’établissement. Nous avons d’abord dû réaliser un prototype dans le but de tester le logiciel de CAO, découvrir la découpeuse laser et surtout essayer la fonction “laser joint” sur le logiciel qui nous permet d’assembler des pièces découpées à l’aide de créneaux.
Les images ci-dessus sont une seule et même pièce en CAO, la première nous permet de visualiser la pièce que nous allons imprimer, la deuxième est la forme sous laquelle la découpeuse laser doit recevoir notre pièce et donc, sera la forme sous laquelle notre pièce sortira.
Nous nous sommes donc inspirés de la libellule du CC de l’année précédente pour concevoir notre premier prototype.
Sachant que le logiciel nous permet de connaître le centre de gravité supposé de notre pièce (nous épargnant les calculs), il est important de savoir que pour assembler les différentes parties de notre objet grâce aux créneaux il est nécessaire de réaliser un serrage, autrement dit que la pièce à emboiter soit légèrement plus large que la fente censée l’accueillir. Notre première CAO fût donc un prototype d’une libellule très simplifiée dont le but principal est de vérifié la précision du logiciel quant à la position du centre de gravité mais surtout de tester notre serrage.
Sympa n’est-ce pas ?
À vrai dire, pas autant que cela ne puisse paraître… Et les “ailes” ne tiennent pas vraiment. Cela va engendrer plus de problèmes que l’on aurait pu le croire.
Certains se diront alors, mais pourquoi ne pas tout faire à plat d’un seul et même bloc ? En réalité, les ailes doivent être inclinées vers l’avant mais aussi vers le bas pour avoir une bonne stabilité. Voici donc notre principal problème : l’assemblage. En l’occurrence ici, la découverte du premier problème majeur, les ailes doivent être penchées vers l’avant et vers le bas, dans une fente plate avec une ouverture croissante. Autrement dit, nous devons gérer deux angles d’inclinaisons pendant l’emboiture dans une fente qui ne permet pas de liberté de mouvement et c’est un problème impossible à prévoir sur la CAO.
Après de longues réflexions et l’aide de monsieur Verron, nous avons eu une nouvelle idée : ne pas réaliser la CAO de manière à devoir relier les ailes au corps mais plutôt de sorte à avoir une seule pièce découpée en deux en son centre. Nous n’aurions donc plus qu’un angle à gérer et le soucis semblerait réglé.
L’idée est assez complexe à visualiser alors voici des photos de notre nouvelle pièce et de sa CAO réalisée en amont :
L’idée semble plutôt bonne, nous avons donc réalisé une première CAO du dragon, histoire de rendre le tout plus attrayant qu’un prototype rectangulaire.
En réalité, ce n’est pas exactement le tout premier dragon, plusieurs retouches ont déjà été faites pour arriver à celui-ci mais seulement esthétiques en faisant évidement attention à garder le centre de gravité souhaité.
Cette fois, c’est lors de l’application de la fonction laser joint qu’un nouveau problème s’est présenté, le corps est bien trop fin pour y mettre des créneaux au milieu et le modifier changerait tout l’équilibre.
Après plusieurs heures de réflexion, un choix a été effectué. Nous réalisons maintenant le corps de face sur la CAO et les ailes à plat, ce qui encore une fois est plus simple à comprendre en image :
Après un long travail sur la forme, le point d’équilibre, la manière d’attacher les ailes au corps, le serrage de celles-ci et surtout de nombreux essais, nous obtenons un objet final très correct.
Pas peu fiers du résultat, néanmoins nous sommes plutôt déçus du par rapport au temps de travail investi. Nous nous sommes rendu compte bien trop tard que l’imprimer en 3D par exemple nous aurait évité bien des soucis que nous avons eu en conséquences de l’utilisation de la découpeuse laser. La réalisation du dragon était néanmoins super agréable et nous sommes fiers d’avoir enfin réussi à mettre en forme cet objet.
Déroulement du deuxième projet
Le second projet a été réalisé en bien moins de temps bien que l’idée de celui-ci était présente dès le début mais grandement retardée par le retard causé par la réalisation du dragon.
L’idée initiale était d’imiter la patineuse artistique afin de reproduire l’effet de conservation d’énergie cinétique visible. Pour cela, nous souhaitions d’abord partir sur l’idée d’une toupie avec des bras que l’on pourrait rétracter durant sa rotation. Là est tout le problème, comment faire rentrer et sortir des bras pendant la rotation ? L’idée paraissant la plus simple : un mini moteur, mais il est trop tard pour le commander et surtout il nous faudrait une extrême précision sur la CAO pour lui laisser une place à l’intérieur de la toupie… Autant dire que ça s’annonçait long et compliqué. Nous avons rapidement compris que la CAO ne serait pas efficace car l’imprimante 3D demanderait trop de temps (que nous n’avons pas) pour réaliser plusieurs essais et nous n’avons pas de solution pour rentrer et sortir les bras durant la rotation.
La seule possibilité restante est l’utilisation de LEGO. L’idée peut paraître farfelue néanmoins les LEGO sont connus pour avoir une grande précision et ils permettent le mouvement ! Exactement ce que nous souhaitons. Après plusieurs heures de recherches, c’est monsieur Verron qui proposa l’idée de la sphère rétractable autrement appelée la sphère d’Hoberman. En effet, son “ouverture” nous permettrait d’avoir un effet similaire à l’extension des bras.
Les recherches de monsieur Verron ont permis d’avoir un PDF expliquant comment la reproduire en LEGO.
Après l’avoir construite, nous avons dû trouver un moyen de rajouter une tige nous servant à la mettre en rotation. Il a donc fallu trouver une manière de désolidariser la tige de la sphère pour ne pas bloquer la rotation lors de la saisie de la tige.
Désormais la sphère tourne mais présente quelques problèmes de stabilité lors du lancement, de plus elle ne tourne pas bien longtemps. Notre but est donc d’améliorer la rotation et d’éviter les frottements qui pourraient la ralentir.
Lors de nos tests pour essayer de rendre la rotation plus stable, nous en avons profiter pour l’agrandir et la rendre plus impressionnante.
La rotation a été stabilisée et la boule agrandie, désormais, essayons de la trouver un moyen de la lancer avec une petite corde pour améliorer sa rotation. Nous devons donc trouver un moyen de fixer une nouvelle pièce qui ne gêne pas la rotation.
Nous avons trouver un moyen d’enrouler une corde, nous avons aussi préparer un fil de coton qui servira de corde, plus qu’à tester le montage.
Il s’avère que la cordelette lance la sphère trop fort, la force centrifuge devient trop grande pour pouvoir appuyer dessus (pour la faire rétrécir) sans que des pièces ne lâchent. L’idée est donc abandonnée surtout au vu du peu de temps qu’il nous reste nous préférons continuer de la renforcer pour la lancer correctement à la main et qu’elle tourne plus longtemps.
On finit par obtenir un résultat dont nous sommes fiers aussi ! Surtout compte tenu de l’efficacité dont nous avons fait preuve.
En guise de conclusion, la réalisation de ces projets a été globalement de bons moments nous permettant de travailler différemment et en autonomie. Néanmoins, si c’était à refaire, l’organisation de notre temps serait à revoir.