Nous sommes Nathan JAGUENEAU et Nathan NOËL, étudiants en deuxième année de cycle préparatoire (PEIP 2A) à Polytech Angers. Dans le cadre de notre formation, nous avons eu 100 heures pour réaliser un projet technique de A à Z. Pour nous, il a été question de réinventer le jeu des années 70 : le Simon.
Plutôt que de simplement copier l’original, nous avons décidé de briser la barrière de la 2D pour créer une version cubique et interactive. Voici le récit de notre aventure, entre lignes de code, fumée de soudure et modélisation 3D.
Le Concept
L’idée était simple mais ambitieuse : transformer un jeu statique en une expérience 3D immersive. Au lieu d’avoir toutes les couleurs sur une seule face, notre Simon est un cube où le joueur doit manipuler l’objet pour suivre la séquence lumineuse.
Les objectifs du cahier des charges
Liberté de design: Créer un objet esthétique et ergonomique.
Complexité accrue : Obliger le joueur à se déplacer ou à bouger le cube pour interagir avec les 5 faces actives.
Maintenabilité : Concevoir un système facilement démontable pour accéder à l’électronique.
Le cœur du projet : Électronique et Code
Sous sa structure en bois, notre cube cache un véritable concentré de technologie:
Le Cerveau (ESP32) : Ce microcontrôleur gère toute la logique du jeu, de la génération de séquences aléatoires à la lecture de l’état des boutons.
L’Affichage (NeoPixel) : Nous avons utilisé 5 chaînes de 4 LEDs adressables chacune, permettant des animations colorées et une luminosité réglable.
L’Interface : Des boutons poussoirs reliés à des plaques de plexiglas montées sur ressorts pour un ressenti “arcade”.
L’Autonomie : Le cube est totalement portable grâce à une batterie interne rechargeable via un module USB-C.
Représentation des différents composants électroniques principaux
Un aperçu de l’algorithme
Nous avons développé le code sous Arduino IDE. La structure repose sur une boucle principale qui surveille l’appui sur un bouton pour lancer la partie, puis alterne entre la phase d’affichage de la combinaison et la vérification des réponses du joueur.
Code utilisé pour représenter le tour du jour
Design et CAO : Une structure sur mesure
Pour que tout ce matériel tienne en place, nous avons dû maîtriser deux outils essentiels :
OnShape : Faute d’accès à SolidWorks, nous avons découvert ce site internet pour modéliser une structure intérieure complexe et reproduire notre structure au complet. Cette pièce centrale supporte l’électronique et assure la fixation des boutons.
Découpe Laser : Le boîtier extérieur en bois a été conçu via des patrons précis, puis gravé avec des motifs esthétiques pour donner envie de s’y intéresser.
Représentation 3D de notre structure intérieurAperçu intérieur de la structureReprésentation Extérieure
Un énorme problème nous a pris énormément de temps
Tout projet comporte ses zones d’ombre. Pour nous, ce fut la soudure. Étant novices, nous avons passé entre 30 et 40 heures à souder, dessouder et réparer des liaisons fragiles.
Soudure de nos chaines de LEDs
Le moment critique : Le module MP3 fonctionnait parfaitement sur la platine de test, mais une fois intégré au cube, des interférences électriques l’ont rendu instable. L’échéance approchant, nous avons dû prendre la décision de donner une version sans son pour garantir un jeu fonctionnel.
Bilan du projet
En conclusion, ces 100 heures ont été une expérience technique incroyable. Nous avons appris à diagnostiquer des pannes, à optimiser du code et à concevoir un objet physique de A à Z.
Répartition du temps (Total ~100h)
Phase
Description
Durée
Électronique
Soudure, tests, câblage
35h
Conception
CAO (OnShape), Découpe laser, Impression 3D
20h
Résolution
Diagnostic pannes, réparation soudures
20h
Concepts
Design, recherches composants
10h
Assemblage
Montage final dans le boîtier
10h
Code
Programmation Arduino, débogage
5h
Projet réalisé par Nathan JAGUENEAU & Nathan NOËL – Polytech Angers 2026.
Vue d’ensemble du banc de torsion finalisé, avec le châssis en Plexiglas, la poulie, le mandrin et le poids suspendu. Crédit photo : Raphaël Launay, Eliot Vignot, Antoine Dubois
Pourquoi ce projet ?
Imaginez que vous concevez un pont, un arbre de transmission d’une voiture, ou une éolienne. Tous ces systèmes se tordent sous l’effet des forces qu’ils subissent. Avant de les fabriquer, il faut s’assurer que les matériaux choisis peuvent résister à ces forces. C’est exactement le problème que nous avons voulu résoudre : construire une machine capable de tordre un barreau de matière et de mesurer à quel point il résiste. Cette machine s’appelle un banc de torsion.
Dans les industries mécaniques (automobile, aéronautique, bâtiment…), on utilise des machines professionnelles très coûteuses pour réaliser ces tests. Notre défi ? Concevoir une version pédagogique, fiable et polyvalente. Ce banc servirait ensuite pour que les étudiants de Polytech Angers puissent apprendre concrètement la résistance des matériaux.
Le principe en deux phrases
On immobilise une extrémité d’une éprouvette cylindrique pendant que l’on applique un couple de rotation à l’autre. La mesure précise de l’angle de déformation ainsi obtenu permet de calculer le module de Coulomb G, qui définit la rigidité du matériau testé.
“En résistance des matériaux, le module de cisaillement ou module de Coulomb, est une grandeur physique intrinsèque à chaque matériau et qui intervient dans la caractérisation des déformations causées par des efforts de cisaillement.”
Source : Wikipédia
Comment ça fonctionne ?
Avant de se lancer dans la construction, il fallait comprendre la physique du phénomène. La torsion, c’est la déformation que subit un objet quand on lui applique un couple (l’effet de rotation d’une force sur un élément). C’est comme si vous essayiez d’essorer une serviette en tenant une extrémité et en faisant tourner l’autre. Vous créez de la torsion.
Pour comparer les comportements, nous avons sélectionné trois matériaux aux rigidités très différentes :
Le PVC : un plastique courant, relativement souple
Le Plexiglas : un plastique rigide et transparent
L’aluminium : un métal léger, beaucoup plus rigide que les deux plastiques
Nos choix de conception
Le châssis en Plexiglas
Dès le début, nous avons écarté le bois pour le châssis. Le bois est un matériau anisotrope : ses propriétés mécaniques varient selon l’orientation de ses fibres, ce qui aurait pu fausser nos mesures. Nous avons préféré des plaques de Plexiglas de 50 × 50 cm et 10 mm d’épaisseur, découpées au laser dans le FabLab de l’école. Ce matériau homogène et rigide est idéal pour un châssis robuste.
Châssis en Plexiglas au FabLab de Polytech Angers. Crédit photo : Raphaël Launay, Eliot Vignot, Antoine Dubois
Tenir l’éprouvette : l’idée du mandrin de perceuse
C’est le problème central du projet : comment tenir l’éprouvette d’un côté assez fermement pour qu’elle ne glisse pas, tout en lui permettant de tourner librement de l’autre côté ? Après quelques discussions avec M. Kachit, nous nous sommes orientés vers un mandrin de perceuse. Le mandrin, c’est la partie d’une perceuse qui tient le foret. Il possède un système de trois mâchoires qui se resserrent de façon concentrique pour n’importe quel diamètre. C’est la solution parfaite pour nos éprouvettes de différentes tailles.
Mandrin à base carré choisis. Crédit photo : ManoMano.fr
Appliquer le couple : la poulie et les poids
Pour créer le couple de torsion, on a choisi une solution simple : des poids de musculation (0,5 kg et 1 kg) suspendus à un câble enroulé autour d’une poulie. Le poids tire vers le bas, le câble fait tourner la poulie, et la poulie fait tourner l’éprouvette. La formule est :
Mt = F × Rp = m × g × Rp Mt : moment de torsion (Nm) · m : masse (kg) · g : 9,81 m/s² · Rp : rayon de la poulie (m)
Bloquer l’éprouvette : les mâchoires fixes
À l’opposé du mandrin, l’autre extrémité de l’éprouvette doit être complètement immobilisée. Pour cela, nous avons conçu et imprimé un système de deux mâchoires. Une partie inférieure plane et une partie supérieure avec un logement triangulaire à 60°. Cette forme s’adapte à n’importe quel diamètre d’éprouvette tout en empêchant la rotation.
Mâchoire supérieure sur SolidWorks. Crédit : Raphaël Launay, Eliot Vignot, Antoine DuboisMâchoire inférieure sur SolidWorks. Crédit : Raphaël Launay, Eliot Vignot, Antoine Dubois
Le réglage en longueur : les crémaillères
Notre banc devait s’adapter à des éprouvettes de longueurs variées (jusqu’à 50 cm selon le cahier des charges). On a donc conçu un système de crémaillères permettant de déplacer le support fixe le long du châssis. Cette idée est directement inspirée des cales de pieds en aviron, un sport pratiqué par l’un d’entre nous. Les rails crantés ont été modélisés sous SolidWorks puis imprimés en 3D, avec des crans espacés de 2 mm pour une précision maximale.
Rails crantés imprimés sur SolidWorks, inspirés des cales de pieds d’aviron. Crédit : Raphaël Launay, Eliot Vignot, Antoine DuboisModèle SolidWorks du banc terminé. Crédit : Raphaël Launay, Eliot Vignot, Antoine Dubois
Le dilemme technique
Tout ne s’est pas passé comme prévu. Durant notre phase d’étude et de commande de pièces, nous avons fait face à un vrai dilemme. Nous avions choisi une rallonge de clé à cliquet faisant exactement 16,5 mm de diamètre pour relier le mandrin à notre poulie. C’était la solution parfaite sur le papier.
La rallonge de clé à cliquet détournée comme axe de transmission. Crédit : rs-online.com
Problème : aucun palier standard ne correspond à cette cote. Deux options s’offraient à nous :
Palier de 17 mm (trop grand) : un jeu de 0,5 mm entre la rallonge et le palier, suffisant pour créer des vibrations et fausser la lecture de l’angle.
Palier de 16 mm (montage serré) : impose de poncer légèrement la pièce, mais l’effet de serrage garantit zéro jeu mécanique et donc des mesures fiables.
Nous avons finalement opté pour la solution du palier de 16 mm. Elle a nécessité un peu d’huile de coude pour poncer 0,5 mm d’acier, mais nous a permis d’obtenir un résultat plus que satisfaisant.
Les résultats
Après la fabrication, place aux tests ! On a appliqué un couple de 1,2 Nm sur des éprouvettes de petit diamètre (5–6 mm) en PVC, Plexiglas et aluminium. Puis on a mesuré l’angle de torsion avec nos rapporteurs imprimés en 3D. Voici les résultats obtenus, comparés aux valeurs scientifiques théoriques :
Tableau 1 : Résultats pour les éprouvettes de petit diamètre (Pd : 5 mm). G, M, P = grande, moyenne et petite longueur. Crédit : Raphaël Launay, Eliot Vignot, Antoine DuboisTableau 2 : Résultats pour les éprouvettes de grand diamètre (Gd : 10 mm). Crédit : Raphaël Launay, Eliot Vignot, Antoine Dubois
Les petits diamètres
Le Plexiglas, notre meilleur résultat. Avec une moyenne expérimentale de 2,26 GPa pour une valeur théorique d’environ 1,7 GPa, l’ordre de grandeur est respecté. Pour un banc d’essai pédagogique fabriqué avec nos moyens, cette précision est tout à fait acceptable.
Le PVC (dans la norme). Théoriquement situé entre 1 et 1,5 GPa, notre banc affiche 2,48 GPa. C’est une valeur légèrement surestimée, mais qui reste cohérente.
L’aluminium. On attendait 26 GPa, on a trouvé 16,5 GPa. L’aluminium est trop rigide pour notre banc avec le couple que nous appliquons. De ce fait, même avec nos charges maximales, la tige ne s’est tordue que de 14° à 21°. Pour des angles si petits, la moindre imprécision lors de la lecture sur nos rapporteurs impacte énormément le calcul final.
Les grands diamètres
Sur les éprouvettes de 10 mm, on a obtenu des modules de 38 GPa pour le PVC et 43 GPa pour le Plexiglas. Cela voudrait dire que nos plastiques seraient plus rigides que du titane, ce qui est impossible. Cela s’explique par le fait que le moment quadratique I = πd⁴/32 évolue avec la puissance 4 du diamètre. Et, en doublant le diamètre, la rigidité de l’éprouvette est donc multipliée par 16. Résultat : l’éprouvette ne se tord presque pas. C’est le châssis en Plexiglas et les mâchoires en PLA qui se déforment à sa place.
Axes d’amélioration possibles
Fiabiliser l’encastrement des éprouvettes pour supprimer les micro-glissements.
Renforcer le châssis pour tester des éprouvettes plus rigides.
Remplacer nos rapporteurs imprimés en 3D par un capteur d’angle numérique pour des mesures plus précises.
Le mot de la fin
Cette centaine d’heures passées sur ce projet est pour nous l’aboutissement de notre PEIP. Il nous a permis de mettre en application les connaissances acquises durant ces deux années, et nous sommes fiers d’avoir pu créer ce prototype fonctionnel. Ce projet a été extrêmement formateur avec des défis techniques, de l’ingéniosité de la persévérance et bien sûr du travail d’équipe.
Nous adressons un grand merci à Monsieur Maxime Kachit, notre tuteur, qui nous a suivis et conseillés avec bienveillance tout au long de cette réalisation. En espérant que vous ayez apprécié découvrir notre projet à travers la lecture de cet article !
On est artiste. Créatif, on crée des tableaux en tissant des fils sur des clous à la main. Tellement créatif qu’on a fini par vouloir créer une machine et lui partager tout notre savoir technique.
Ce blog raconte comment on a mené ce projet. Le temps, l’énergie consacrés, notre patience, les difficultés mais aussi les succès et différentes avancées que nous avons rencontrés durant les 100 heures prévues pour notre projet, le projet string art.
2. Page blanche ?
La consigne principale était de réussir à faire une machine capable de faire des motifs de plusieurs couleurs. Les premières heures, on se demandait comment on allait réussir à faire ce projet. On a rapidement convenu d’un rendez-vous avec nos deux professeurs référents, M.Guyonneau et M.Mercier. On a alors appris qu’il ne s’agissait pas d’un projet comme les autres. On a été le seul groupe à avoir un projet qui avait été commencé par deux groupes des années passées. Il fallait donc améliorer ces machines, et même les faire fonctionner car les motifs qu’elles faisaient pour l’instant étaient irréguliers et non précis. Il était pour l’instant impossible de faire de beaux motifs d’une simple couleur.
3. Grisaille
Un gros objectif intermédiaire était déjà de faire fonctionner une première machine dotée uniquement d’un fil noir. Il fallait commencer par comprendre la mécanique et l’électronique de la machine. C’était assez simple, un plateau de 100 clous qui tournait à l’aide d’un moteur pas à pas, un capteur comptait le nombre de clous qu’on passait et un servomoteur faisait avancer et reculer l’aiguille lorsqu’on était à la position attendue.
Ensuite il a fallu comprendre l’informatique de la machine. C’est la partie qui nous a causé le plus de problème. Elle est programmée en C++ sur une carte Arduino. Il donc fallu étudier et comprendre tout un langage de programmation qui était nouveau pour nous.
Après l’acquisition de notre première machine unicolore, on était très fier de nous et soulagé d’avoir enfin quelque chose à rendre concernant notre projet. Cette première étape nous a pris la moitié du temps imparti.
Voici ci-dessous la première oeuvre que l’on a réalisée avec notre machine monochrome fonctionelle.
L’œuvre sans l’auteur, Antoine Le Mené et Ulysse Druaux, 50 x 50 cm, 2026
Par la suite, on a essayé de faire un dessin plus complexe, le logo de Polytech. Bien que la machine fonctionnait, on n’était pas vraiment satisfait du résultat.
4. Panne d’inspiration
Il était maintenant temps de viser encore plus gros et d’enfin attaquer ce qui nous avait été demandé de faire à l’origine, sur une deuxième machine, très légèrement différente à la première dans son fonctionnement. La différence étant que ce n’est pas un servo moteur mais un moteur pas à pas qui nous permet le tissage du fil. Le premier problème était qu’un gros travail d’imagination était demandé. Nous n’avions aucune idée de la manière dont le changement de couleur pouvait être réalisé. Il fallait que les deux fils soient utilisables à tout moment sans pour autant qu’ils s’emmêlent. C’était la période la plus compliquée et frustrante du projet, on avait l’impression de ne pas avancer et l’on se demandait même si on allait réussir à produire quelque chose avant la fin.
5. L’atelier
On a finalement réussi à finir cette traversée du désert en optant pour une solution dont nous étions très fiers, remplacer le noeud qui initie une couleur par un système d’ancre et un découpage de fil pour terminer une couleur. Cela semblait éviter tous les problèmes de mélange des fils et de création d’un noeud au début de chaque couleur.
Voici une première vidéo illustrant le système de coupe fil qui termine la première couleur pour passer à la deuxième :
Et dans cette vidéo, voici une explication plus générale sur le protocole de changement de couleur :
Pour continuer, pour réaliser un motif de plusieurs couleurs, il faut d’abord déterminer le motif que doit faire chaque couleur. Pour ça, on a créé un programme python qui sépare les couleurs d’une image pour obtenir au final trois images différentes : cyan, magenta, jaune (qu’on a adapté à seulement deux couleurs pour notre machine qui ne peut en faire que deux). Enfin, on superpose chacune des couleurs séparées sur le sites stringar.com, qui va nous donner 3 motifs différents que notre machine va superposer pour réaliser notre image initial souhaitée.
Voici un exemple d’une image traitée par notre programme :
Image originale :
Jaune isolé :
Magenta isolé :
Cyan isolé :
6. La palette
Voici au final la palette de couleurs de notre machine bicolore :
7. Critique
Notre machine pourrait être plus optimisée et sécurisée notamment au niveau des lames pour couper les fils. Mais ce qui nous a le plus limité depuis le début a été le nombre de clous de notre planche, cette planche venait des années passées et si on en voulait une plus grande, il aurait fallu tout refaire. C’est exactement pour cette raison que notre dessin complexe du logo Polytech n’a pas été aussi concluant que l’on attendait.
Image avec un plateau de 100 clous :
NB : Le nombre de lignes est seulement de 1000 ici car le tableau devient juste tout noir si j’en mets 3 000 comme dans la photo ci-dessous.
Même image avec un plateau de 200 clous :
Enfin, bien que tout le mécanisme de notre machine à couleurs fonctionne, il arrive encore que le fil de la deuxième couleur s’emmêle dans un clou alors qu’on n’est pas encore sensé l’utiliser, il aurait fallu ajouter un module de retenu du fil à ce niveau là.
8. Conclusion :
A travers ce blog, on a pu voir tout le processus de recherche et de fabrication que l’on a mené dans ce projet. Bien que ces 100 heures aient été remplies de problèmes, les moments de réussite valaient bien plus. Ça a été pour nous les meilleurs créneaux que l’on ait eu lors de notre cycle préparatoire à Polytech Angers.
Si vous êtes la c’est sûrement que vous en avez marre d’avoir trop chaud ou trop froid dans votre domicile non ?
Si c’est le cas on a LA SOLUTION a vos problèmes !
Une maquette réaliste et entièrementautomatisée, conçue pour montrer comment elle pourrait être utilisée dans votre domicile afin de garantir votre confort au quotidien !
Elle allie un design (plus ou moins) soigné et fidèle à la réalité grâce à ses propriétés thermiques et ses capteurs étudiées par nos brillants ingénieurs (nous-mêmes, bien sûr 😄). Intégrant des technologies innovantes, cette maquette vise à offrir une qualité optimale pour l’amélioration de votre habitat.
1 – La maquette.
Tout d’abord, pour vous proposer la solution la plus adaptée, nous commençons par modéliser votre domicile en 3D à l’aide du logiciel OnShape. Ci-dessous, vous pouvez voir la modélisation de notre maquette de présentation, représentant la forme de votre habitation ainsi que les matériaux utilisés, afin de reproduire au mieux les conditions thermiques réelles de votre logement.
Version en CAO de notre maquette sur OnShape
2 – La création.
Dans cette étape, nous avons construit une structure en bois avec des murs de 5 mm d’épaisseur, formant deux pièces.
Afin de reproduire fidèlement les propriétés thermiques d’un véritable habitat, une couche d’isolant de 1 cm est insérée entre deux parois en bois.
La maquette est divisée en deux pièces pour simuler un petit appartement et éviter que les mesures de nos capteurs ne soient faussées par des expériences précédentes, garantissant ainsi des résultats fiables, comme chez vous !
Les dimensions de la maquette sont les suivantes : 440mm x 340mm x 250mm
Les murs de notre maquette (isolant en rose)
Notre maquette vu du dessus (pendant sa construction)
3 – Le contrôle
Afin d’automatiser votre habitation, nous utilisons les données de deux capteurs. Le premier est un DHT22, un capteur de température et d’humidité, contrôlable à l’aide d’une carte Arduino, tout comme le second capteur : le CCS811, qui mesure la qualité de l’air (taux de CO₂ et composés organiques volatils totaux — TVOC — exprimés en ppm).
Ces deux capteurs sont facilement pilotables grâce à un code simple, visible ci-contre, en utilisant les bibliothèques appropriées : (DHT.h et Adafruit_CCS811.h) Le tout est programmé via le logiciel Arduino IDE, qui permet de transférer le code sur la carte Arduino par connexion USB.
Code Arduino contrôlant un DHT22 et un CCS811
Code Arduino pour contrôler les deux servo-moteurs
Puis, on crée le code afin de contrôler vos “facteurs de régulation”, sur notre maquette on en possède deux, les fenêtres et les ventilateurs, mais on peut aussi contrôler un système de climatisation mais de chauffage également mais les facteurs de notre maquette suffisent pour vous convaincre que notre projet saura vous conquérir. Le code ressemble alors a ceci pour les servo-moteurs permettant l’ouverture des fenêtres.
Pour ce qui est des ventilateurs, on les contrôles en utilisant une alimentation externe tout comme les servo-moteurs car l’ordinateur ne fournit pas un curant suffisant à leur utilisations respectives. Cependant, comparé aux servo-moteurs, on ne peut contrôler les ventilateurs avec une carte Arduino, on passe donc par l’utilisation de relais qui sont eux contrôlables avec Arduino qui nous permettent de gérer l’activation des ventilateurs. On peut trouver simplement un code pour les utiliser sur Internet pour les intéressé !
4-L’affichage
Pour ce qui est du suivi des données, on utilise le protocole LoRaWAN afin de transmettre nos données depuis la carte Arduino vers The Things Network, un site “relais” qui va nous permettre de renvoyé nos données vers Node-Red, une application en JavaScript. Pour ce faire en envie les données reçu par The Things Network vers Node-Red avec le protocole MQTT. Tout cela nous permet d’avoir une interface comprenant une jauge pour la température, l’humidité et le taux de CO2 mais également des graphiques pour la température et l’humidité dans chacune des pièces qui ressemble à cela :
Conclusion :
Grâce à cette maquette, nous vous démontrons qu’il est tout à fait possible d’automatiser votre logement pour un confort optimal, été comme hiver ! Entre capteurs intelligents, régulation précise et design soigné (on y tient !), notre projet allie technologie, simplicité et efficacité.
Alors, si vous en avez assez de grelotter en hiver ou de fondre en été, laissez notre système s’en charger à votre place ! Confort, économie d’énergie et innovation, le tout dans un format mini… mais aux grandes ambitions.
On remercie nos encadrants M. BOULJROUFI et M. RIAHI qui sont à l’origine de on l’espère, ce système que vous allez adopter et qui va révolutionner votre confort de vie !
Nous sommes trois étudiants de deuxième année à l’école d’ingénieurs Polytech Angers. Dans le cadre de notre formation, nous avons réalisé un projet, celui de créer, en intégralité, un trophée à partir notamment de matières naturelles. Ce trophée a pour but de projeter plusieurs images sur des murs à l’aide de LED à l’intérieur de celui-ci.
Ce trophée sera offert à la meilleure réalisation lors d’un festival de court-métrage. Ce festival créé par Valérie Billaudeau et porté par l’ESS* (Économie Sociale et Solidaire) a pour but de valoriser les talents émergents.
*Qu’est ce que l’ESS ?
L’économie sociale et solidaire (ESS) est une forme alternative d’entreprise et de développement économique qui place l’homme, la solidarité et l’environnement au cœur de ses priorités, plutôt que la recherche du profit à tout prix.
1. Entre Désaccord et confirmation
Dans un premier temps, il nous fallait faire un “BrainStorming” et faire des recherches sur des récompenses de ce type déjà existantes. Nous avons abordé plusieurs aspects: la forme du trophée, les matériaux à utiliser, les images à projeter, … Pendant ces séances, nous nous sommes souvent retrouvés en désaccord. Parfois nous avions une même idée, mais cela ne correspondait pas au cahier des charges. Finalement nous sommes parvenus à cette conclusion:
la forme du trophée: prisme à base triangulaire
les matériaux: du contre-plaqué, du plexiglas et un peu de plastique
les images projetées: une fleur d’un côté (amaryllis) et d’un autre côté un clap de cinéma
méthode utilisée pour la fleur: plexiglas gravé
méthode utilisée pour le clap: des petits morceaux du clap à une distance différente de la source lumineuse
2. Conception du trophée
A.L’aspect Général
Pour pouvoir fabriquer un trophée fonctionnel, il nous a fallu concevoir son aspect général. Le trophée est un prisme à base triangulaire en contre-plaqué. Pour ne pas laisser le bois trop brut nous avons choisi de le vernir. Aussi, le prisme doit à la fois être assez spacieux pour y intégrer l’électronique de contrôle des LED mais aussi assez fin et léger pour être saisi à une main.
Avec l’aide du logiciel SolidWorks (un logiciel de conception 3D), nous avons modélisé les différentes faces du prisme. Les faces latérales sont des rectangles de dimensions 30×11 cm² et la base est un triangle équilatéral de 11cm de coté.
B. LA méthode D’Assemblage
Nous avons maintenant les 5 faces de notre polygone. Plusieurs méthodes d’assemblage sont disponibles. Seulement, l’usage de colles d’origines diverses ne convenait pas au cahier des charges. En effet il fallait que le trophée soit le plus écologique possible dans sa réalisation.
La découpe des pièces est réalisée par une découpeuse laser qui nous offre une option supplémentaire pour l’assemblage. Nous avons ajouté sur nos pièces 3D des créneaux, ceux-ci en s’assemblant garantissent la tenue du polygone. Cependant, il est important de dimensionner les créneaux un peu plus grand que l’espace dans lequel ils s’insèrent. Ainsi, nous serrons les pièces et rendons la structure plus résistante.
Figure 1
C. Les images Projetées
Les plans réalisés, nous avons pu réfléchir aux différentes images qui seront projetées ; une fleur représentant la nature, élément central de la transition écologique et un clap représentant le cinéma.
1. La fleur
Tout d’abord, il nous fallait choisir une espèce de fleur qui ait du sens et un lien avec la récompense. Nous avons utilisé le langage des fleurs* pour choisir une fleur caractérisant la meilleure réalisation. Nous avons finalement choisi la fleur d’Amaryllis qui symbolise le succès et le triomphe.
*Le langage des fleurs
Diverses cultures accordent au langage des fleurs une symbolique particulière en donnant une signification précise à chaque fleur. Ces significations évoluent au cours du temps et ne sont pas les mêmes selon les civilisations, les groupes sociaux et les individus. Elles relèvent de codifications culturelles variées et parfois polysémiques, donc potentiellement ambigües.
Pour projeter une image satisfaisante de la fleur nous avons associé une ouverture dans la face de notre trophée et une plaque de plexiglas gravée pour ajouté un niveau de détail supplémentaire (cf figure 2 et 3).
Figure 2Figure 3
2. Le Clap
Pour la face du clap, il a été plus difficile de savoir quelle méthode de Shadow Art utiliser. Nous avons donc regardé sur internet des modèles de Shadow Art et nous avons constaté que beaucoup d’œuvres utilisant ce style d’art étaient faites de la même manière, c’est-à-dire en mettant plusieurs morceaux de l’ombre final sur plusieurs plans.
Vous trouverez ci-contre une photo de la face du clap finie. Nous avons utilisé plusieurs faces différentes pour pouvoir y mettre sur chacune d’elles des morceaux du clap et enfin une face où nous avons juste découpé un rectangle pour faire un cadre. Aussi, nous avons disposé tout autour du clap plusieurs morceaux “leurres” pour pouvoir cacher le clap.
Voici le résultat des deux faces projetant les images:
3. La troisième face
Pour la troisième face, nous avons décidé de mettre toutes les informations du trophée: le logo du festival (sur l’image), le logo de Polytech, le titre du prix (ici ce sera le pris de la meilleure réalisation) ainsi que nos trois noms.
3. Électronique
On a parlé de l’aspect conception de notre projet mais il y a aussi une grosse partie électronique. En effet, dans notre trophée, il nous a fallu mettre des LED et un moyen de les commander, pour cela nous avons besoin de nos cours de première année. Effectivement, une carte Arduino est trop sophistiquée pour notre besoin. On ne veut que quatre états: l’état OFF, l’état LED1 allumée, l’état LED2 allumée et l’état LED1/LED2 allumées. Donc pour cela nous avons besoin de portes ET/OU et de bascules JK.
Les deux bascules JK mises dans le trophée fonctionnent comme un compteur à 2 bits soit les 4 états nommés précédemment. Chaque état doit être validé pour savoir quel état est en marche et ne pas avoir plusieurs états fonctionnels. Pour cette validation, nous avons besoin de portes ET qui laissent passer le courant que lorsque leurs 2 entrées logiques sont à 1.
Avec cette configuration, il y avait 2 problèmes: les rebonds du bouton et le court-circuit des LED.
Les rebonds du bouton
Lorsqu’on presse le bouton, le bouton ne nous renvoie pas qu’un seul signal, il fait des rebonds ce qui faussent nos résultats. Pour contrer cela, nous avons mis un circuit RC pour atténuer les rebonds du bouton.
Le court-circuit des LED
Le schéma au-dessus montre que la LED1 et la LED2 interviennent dans 2 états chacune, or on peut faire un court-circuit en mettant 2 entrées sur une seule LED. Donc pour cela, nous avons besoin de deux portes OU: une pour chaque LED. Cette porte laisse le courant passer que lorsqu’au moins une de ses 2 entrées logiques est à 1.
LE CIRCUIT COMPLET
Voici le circuit complet en utilisant des BreadBoard
4.Bilan
Ce projet a été pour nous une expérience extraordinaire. Même si nous n’avons pas eu le temps d’aller au bout du projet, nous sommes très heureux du travail accompli pendant ces trois derniers mois.
Ce projet nous a permis de nous remémorer quelques uns de nos cours de première année et de deuxième année, c’est dont un projet transversal.
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.
CAO rapide et abandonnée d’une “toupie”
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.
Sphère déployable “d’Hoberman”
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.
Sphère en LEGOAjout d’une tige désolidariser
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.
Sphère agrandie
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.
Sphère d’Hoberman terminée
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.
Salut tout le monde ! Nous sommes en deuxième année de prépa intégrée à Polytech Angers et nous avons eu l’opportunité de réaliser un projet concret, en groupe et sur plusieurs semaines. Parmi la trentaine d’idées proposées, une nous a tout de suite parlé : la boîte à histoires.
C’est un petit objet destiné aux enfants pour écouter des histoires fantastiques, un peu comme la boîte Lunii® déjà commercialisée, qui permet d’écouter des histoires absolument n’importe où. En tout cas voici l’objet que nous avons finalement obtenu :
Boîte à histoire Lunii® VS la nôtre
Objectifs
Au départ, avant même de commencer à toucher à l’ordinateur ou aux breadboards, nous avons pu examiner ce qui a été notre modèle au tout début de la session projet : la boîte à histoires de Maxime et Adrien, réalisée il y a maintenant 2 ans. On a pu pointer du doigt certains points d’amélioration parmi lesquels, je cite :
Que la boîte soit transportable (donc plus besoin de la brancher en permanence)
Que le volume soit réglable plus facilement
Pouvoir changer les histoires sur la carte SD via un ordinateur
Un design plus adapté et plus sympa
Câblages et programmation de la boîte
Quand nous avons commencé, nous ne savions pas vraiment où nous allions. Nous avions peu de connaissances en électronique ou en programmation…
On a donc appris, dans un premier temps, à programmer en langage C pour faire fonctionner une carte Arduino®. Cette carte est super importante pour que notre boîte fonctionne puisque c’est elle qui va avoir en mémoire tout notre codage (fonctionnement des boutons, du son ou de l’écran).
Aussi nous avons dû sélectionner plusieurs composants qui se devaient d’être compatibles les uns avec les autres. C’était assez complexe de tous les assembler ensemble car peu de personnes font leur boîte à histoires eux-mêmes et donc il est difficile de comprendre comment relier tel écran à tel autre composant. Nous avons donc dû regarder beaucoup de tuto Youtube et pas mal de datasheet (ce sont des documents qui indiquent comment fonctionne chaque composant).
Ensuite nous avons “simplement” soudé les fils les uns avec les autres afin qu’ils ne partent pas dans tous les sens (même si ça a un peu été le cas car ils n’étaient vraiment pas solides pour certains) ! Enfin bref, une fois tous les fils soudés (solidement) et les programmes importés, tout à commencé à fonctionner : nous avions le squelette de notre boîte à histoires ! Mais on ne pouvait pas s’arrêter en si bon chemin…
Structure de la boîte
Pour tout vous dire, nous avons, en réalité, travaillé à 4 sur ce projet mais nous avons dû proposer 2 boîtes et se diviser en 2 groupes. Pour notre part, nous vous proposons une superbe boîte à histoire en bois ! On pourrait croire que c’est simple à créer mais pas tant que ça. Nous avons utilisé pour ce faire le logiciel SolidWorks®. On avait déjà pu travailler avec ce logiciel par le passé mais ça n’avait là rien à voir puisque ce n’était pas du plastique. On à donc dû imaginer une boîte à plat et suffisamment solide pour que le bois ne cède pas, pour vous montrer :
CAO de la boîte à histoires
On a pu utiliser une découpeuse laser et obtenir la structure de notre boîte que nous n’avions plus qu’à plier, pour obtenir tout une bordure continue et arrondie. On s’est aussi rendu compte que 5 mm d’épaisseur pour le bois : c’est très fin et évidemment ça casse…
Après plusieurs maquettes brisées, on a fait ressortir notre côté artistique, créatif, inventif et nous avons poursuivi le design de notre boîte en y ajoutant des petites gravures un peu enfantines et joyeuses mais surtout qui faisaient rêver…
Comme vous pouvez le voir, on a un peu touché à tout dans ce projet, on a beaucoup appris et on s’est surtout beaucoup amusées à chercher des solutions à chacun de nos problèmes. Aussi, merci à nos représentants de projet M. Guyonneau et M. Mercier, qui nous ont bien aidé à résoudre certains de nos blocages.
Merci de nous avoir lu, en espérant que le projet vous ait autant plu qu’à nous 😉
Si vous repoussez trois fois votre réveil avant de vous lever, ce blog est fait pour vous !
Partez à la découverte de notre projet de deuxième année, qui allie créativité, technologies et une approche innovante pour rendre vos matins plus supportables.
Qui sommes nous?
Nous sommes Baptiste et Raphaël, deux élèves de l’école Polytech Angers, passionnés par l’innovation, la création et la programmation. Cette année, nous avons réalisé un projet commun pour valider les notions théoriques acquises au cours des deux dernières années. Ce travail a été l’occasion de développer nos premières compétences techniques et manuelles, en utilisant du matériel de pointe mis à disposition par l’école, comme des imprimantes 3D ou des fraiseuses numériques.
En somme, ce projet a stimulé notre curiosité scientifique et constitue une étape importante dans notre parcours d’ingénieur.
Un projet, lequel?
Notre objectif principal est de créer un réveil connecté, capable de se connecter au WIFI et de régler, d’une manière autonome, l’intensité lumineuse de son écran. Nous avons également ajouté des fonctionnalités supplémentaires pour rendre ce projet plus authentique. C’est l’exemple d’un simulateur d’aube ; d’une sonnerie personnalisable avec la musique de son choix; ainsi qu’une hélice qui s’envole et qui doit être replacée sur son socle pour pouvoir arrêter la sonnerie.
Étape 1 : fonctionnalités essentielles
Pour réaliser les fonctionnalités de base de notre réveil, nous avons utilisé un ESP32 et un IDE Arduino. Il nous permet de connecter divers composants électroniques, tels que des capteurs, des moteurs et un écran.
A partir de nos connaissances en Langage C nous sommes rapidement parvenus à comprendre la programmation de notre ESP32. En outre, de nombreuses librairies sont disponibles sur internet pour simplifier nos programmes.
Nous avons donc obtenu un système composé de quatre composants : un lot de trois boutons poussoirs pour régler l’heure du réveil et de l’alarme ; un haut parleur pour émettre le son de la sonnerie, un capteur de luminosité TSL2561 pour détecter la luminosité de la pièce ; et enfin, un écran LSD qui affiche l’heure avec plus ou moins d’intensité en fonction de l’information reçue par le capteur de luminosité.
Étape 2 : fonctionnalités supplémentaires
Après 3 semaines de travail, nous avions globalement réalisé notre réveil mais nous souhaitions ajouter davantage de fonctionnalités. Sur les remarques de notre professeur référent, nous avons donc ajouté un simulateur d’aube et une sonnerie personnalisée.
Un simulateur d’aube imite le lever du soleil, afin que votre réveil soit naturel. Pour créer cette fonctionnalité, nous avons utilisé des LED RGB, un fil de plusieurs LED indépendantes à intensité variable. Un programme allume ses LED 10 minutes avant l’heure du réveil et augmente progressivement son intensité lumineuse jusqu’au déclenchement de la sonnerie.
Pour ajouter encore plus de personnalisation, nous avons décidé de laisser l’utilisateur choisir sa sonnerie. Nous avons donc utilisé un lecteur de fichiers mp3 compatible avec notre ESP32. Après quelques recherches pour comprendre le fonctionnement de ce composant, nous avons ajouté nos propres musiques sur une carte SD et obtenu le résultat souhaité.
Dans cette deuxième phase de notre projet, nous avons également remplacé nos boutons poussoirs par un encodeur rotatif pour régler l’heure de la sonnerie plus facilement.
Étape 3 : Partie mécanique
Lors des étapes précédentes, nous avons principalement fait de la programmation et nous souhaitions ajouter une partie mécanique. C’est ainsi que l’idée d’une hélice, nous obligeant à nous lever pour la replacer sur son socle, nous est venue.
Nous nous sommes inspirés des jouets que nous utilisions quand nous étions plus jeunes, en remplaçant l’action manuelle par un moteur à courant continu (comme le montre l’image ci-contre).
Mais cette idée fut de loin la plus chronophage, car nous avons rencontré de nombreux problèmes. Nous souhaitions adopter une démarche écologique pour cette étape, en réutilisant au maximum d’anciens composants. Cependant, certains composants étaient défectueux et modifiaient le comportement attendu de notre système. Nous avons donc passé de nombreuses heures à identifier ces problèmes et à trouver les solutions adéquates.
Nous sommes finalement parvenus à faire décoller notre hélice grâce à un motor driver L298N. C’est un composant qui permet de gérer la vitesse et le sens de rotation d’un moteur.
Enfin, pour détecter la présence de l’hélice sur son socle, nous avons utilisé un bouton poussoir actif surfront descendant. Ce dernier est couplé à un système d’engrenage que vous pouvez apercevoir sur l’image ci-contre. Lorsque l’utilisateur exerce une force sur l’hélice pour la replacer, il exerce également une force sur l’axe de l’engrenage qui appuie sur le bouton poussoir.
Étape 4 : Conception CAO
Une fois toutes nos fonctionnalités réunies dans un même système, nous avons pu réaliser le design final de notre réveil.
Après avoir pris en compte toutes les cotations de nos composants, nous avons utilisé le logiciel SolidWorks pour créer un premier design numérique. Nous avons ensuite utilisé l’impression 3D pour rendre ce projet tangible.
Enfin, nous avons ajouté une plaque de polycarbonate opaque afin de transmettre la lumière des LED, sans que l’intérieur du boitier soit visible.
Le résultat final
Voici le résultat final de notre Réveil Connecté Personnalisable, que nous serons fiers de présenter au forum des projets Peip2, le vendredi 6 juin 2025.
Nous avons adoré réaliser ce projet !
Apprendre à se répartir mutuellement les tâches pour être plus efficaces et gagner du temps, mettre en commun l’avancement de nos idées, établir des deadlines comme au sein d’une start-up, réunir nos parties pour réfléchir à un design final… Tout cela nous a permis de travailler dans une bonne ambiance et de nous concentrer exclusivement sur le développement de notre projet. En outre, échanger avec des professeurs ou des chercheurs pour exposer nos problèmes et trouver une solution commune était passionnant. Ce n’était pas un enseignement linéaire de professeurs à élèves, mais plutôt une réflexion collaborative entre deux cerveaux autour d’une même idée.
In fine, nous tenons à remercier notre professeur référent, Monsieur Bignon, ainsi que le responsable du FABLAB, Boris Rayer, pour le temps et l’aide précieuse qui nous ont été accordés.
Bonjour à toutes et tous, nous sommes Adeline et Noé, deux étudiants de 2ème année, et afin de finir en beauté le cycle prépa, nous avons dû réaliser un projet de 100h. Parmi les projets proposés, un seul nous a vraiment attiré. Son intérêt : il liait le Génie Civil et l’Automatisme.
Ce projet, c’est la Maquette de Régulation Thermique.
Le principe est assez simple. Il faut construire un bâtiment miniature et y installer des capteurs et des actionneurs pour réguler la température et le taux d’humidité.
Chapitre 1 : De l’idée à la conception
Mais avant tout ça la première étape fut d’imaginer la maquette. Nous avons hésité entre plusieurs designs plus ou moins beaux et plus ou moins pratiques. Une seule pièce rectangulaire nous semblait trop simple et nous voulions quelque chose de plus créatif, qui puisse ressembler à un bâtiment moderne sans être extravaguant, tout en étant assez pratique à automatiser. Et pour ça quoi de mieux que le génie d’Adeline pour la conception et le design. En un rien de temps, elle avait réalisé un bâtiment à la fois simple et moderne.
Deux étages, un rez-de-chaussée de 150cm², et un premier étage déporté, soutenu par un poteau.
Quoi qu’on puisse en penser, le rendu 3D nous a parus vraiment exceptionnel, et ça s’est confirmé lors de la construction réelle de la maquette.
Avoir une maquette 3D c’est bien, mais pouvoir la construire c’est encore mieux. Pour ça, Adeline a remodélisé chaque mur, plafond, fenêtre et sol afin que ceux-ci puissent s’emboiter parfaitement et tenir à la construction.
L’intérêt a également été dans le choix des matériaux, car celui-ci était assez large. Bois, PVC, plexiglass, verre, plastique pour la réalisation des murs et fenêtres et laine de verre, liège ou polystyrène pour l’isolation. Il nous fallait trouver un matériau pratique et élégant pour notre maison miniature. Bon le choix s’est assez vite réduit pour des soucis pratiques et esthétiques mais on y reviendra plus tard.
Chapitre 2 : La partie technique de la régulation thermique
Passons maintenant à la partie technique. Bien sûr, pour que la maquette puisse réguler, il faut de la technologie. Et qui dit technologie, dit programmation et carte programmable. Pour ça, nous sommes partis sur une carte Arduino afin de pouvoir contrôler nos composants électroniques.
programme de contrôle des ventilateurs, de la pompe et de la résistance chauffante en fonction de la température et du taux d’humidité
Contrôle des ventilateurs avec le taux d’humidité
Contrôle de la résistance chauffante pour faire chauffer l’eau (la résistance fait chauffer l’eau une première fois à 40°C puis la maintient entre 35°C et 40°C)
Contrôle de la pompe (qui fait circuler l’eau chaude sous le sol pour chauffer la pièce)
Enfin pour pouvoir les programmer encore faut-il les avoir. La première étape fut donc de chercher et de commander des composants électroniques adaptés à notre maquette. Afin de réguler le taux d’humidité du rez-de-chaussée, nous sommes partis sur 2 ventilateurs placés aux extrémités de la pièce pour créer un courant d’air à l’intérieur de la maquette. Quant à la température, un système de chauffage par le sol a été la première idée qui m’est passée par la tête. Et ce fut le système le plus long et complexe à réaliser de la maquette. Pourtant la méthode semble au premier abord assez simple. Une résistance chauffante chauffe l’eau d’une réserve puis cette eau est distribuée sous le sol grâce à une pompe.
Schéma du principe de ventilation
Schéma du principe de chauffage par le sol
Pour le premier étage, le système est un peu plus simple. Deux fenêtres s’ouvrent et se ferment pour créer un courant d’air naturel. Deux capteurs viennent également capter (c’est leur métier) la température et l’humidité aux deux étages et affichent les valeurs sur un petit écran.
Le but final de notre projet étant de le présenter, j’ai également créé une application pouvant communiquer en Bluetooth avec la carte. Et oui, car si toutes les conditions sont bonnes, rien n’est en marche et ce n’est pas très marrant à regarder. C’est pourquoi cette petite application peut activer et désactiver les fenêtres, la pompe et les ventilateurs manuellement. Là, c’est tout de suite plus amusant !
Bref, une fois tous les composants branchés à la carte et aux différentes alimentations (eh oui, il y en a trois), il ne reste plus qu’à lancer notre programme principal et à voir si tout fonctionne, enfin ça, ça sera quand la maquette sera assemblée.
Test des ventilateurs et de la pompe (dans notre réserve d’eau expérimentale)contrôlés par des relais
Chapitre 3 : Une maquette est sortie de terre (ou de bois)
Passons au vif du sujet : la réalisation et la construction de notre maquette. Pour ça, nous avons pu compter sur les machines du FabLab et sur l’aide de Boris (un grand merci à lui) pour la découpe de nos mûrs, vitres et isolations, ainsi que sur l’impression des éléments en 3D comme le poteau.
Bon comme dit dans la première partie, le choix du matériau pour la construction des mûrs s’est rapidement tourné vers du bois. C’était en effet le seul matériau que nous avions sous la main, simple à découper et avec un bon rendu. Pour l’isolation, nous avons décidé d’utiliser du polystyrène pour le rez-de-chaussée (1cm de polystyrène entre deux murs en bois) et du liège pour le premier étage. Ça permet de varier les plaisirs et de comparer la capacité d’isolation des deux matériaux.
Un fois tous les murs, plafonds, sol et isolations découpés, il a fallu les assembler et les coller les uns aux autres afin d’avoir notre première ébauche de bâtiment.
Construction du rez-de-chaussée :
Assemblage des murs intérieurs
Assemblage des murs extérieurs
Construction du premier étage :
Assemblage des murs et du sol
Collage de l’isolation en liège
C’est à partir de ce moment-là qu’on s’est réellement rendu compte de la taille de notre maquette.
Assemblage de la maquette
Une fois le tout assemblé, il ne restait plus qu’à s’occuper de la décoration de la maquette. Nous avons donc décidé de créer une rambarde en bois sur le toit du rez-de-chaussée, et d’ajouter de la pelouse synthétique pour imiter un jardin de toiture. Après quelques coups de peinture et de vernis sur les murs, il ne restait plus qu’à créer et imprimer les supports pour le servomoteur et l’afficheur en impression 3D.
La dernière étape fut d’implanter le servomoteur, relié aux fenêtres par des tiges en acier afin de pouvoir les ouvrir et les fermer simplement, ainsi qu’un capteur de température et d’humidité au premier étage, puis une fois le tout assembler de tester si tous fonctionne.
C’est d’ailleurs souvent à cette étape que les problèmes commencent.
Chapitre 4 : A chaque problème, une solution il existe
Passons maintenant à la partie la plus importante de ce blog. Les Problèmes, avec un grand P.
Tout a commencé relativement tôt, lors de la recherche de composants. En effet, trouver des composants adaptés à la taille de la maquette, qui consomment peu et qui puissent être alimentés en 5V est tout bonnement impossible. Il a donc fallu innover et demander de l’aide à des personnes compétentes.
Premièrement, les ventilateurs et la pompe sont tous les 2 alimentés en 12V, il a donc fallu ajouter une alimentation 12V externe en plus de l’alimentation pour ma carte Arduino (en 5V). Jusque-là rien de très complexe.
Deuxièmement, la $#%!?@¡ de résistance chauffante. Si le système de chauffage par le sol est aussi complexe, c’est en partie grâce à elle. Les seules résistances chauffantes vendues sur le marché étaient soit des résistances de chauffe-eau, d’aquarium ou de bouilloire biens trop grandes pour rentrer dans notre réserve d’eau (qui est une tasse). Après une dizaine d’heures de recherche à essayer de trouver une solution, Adeline a eu la merveilleuse idée de demander à son père, ingénieur en électronique, s’il avait une solution. Et c’est à ce moment-là que le ciel à commencé à s’éclaircir, et qu’un rayon d’espoir a surgit d’entre les nuages. La solution parfaite était là. Une toute petite résistance, semi immergeable, avec une faible consommation.
Résistance chauffante 27.3 ohm
Au-delà des problèmes techniques, il y a également eu quelques petits soucis lors de l’assemblage de la maquette. A part quelques problèmes de dimensionnement pour emboiter les murs entre eux et quelques ajustements de l’isolation et du plancher à la ponceuse, le vrai problème fut lors de l’impression du poteau en 3D, ou plutôt, lors de la mise en place de celui-ci pour soutenir le premier étage. Et oui car dans un souci d’organisation des taches, nous avons décidé d’imprimer le poteau quasiment en premier. Sauf qu’après un changement d’épaisseur du plafond et du sol, notre poteau faisait 1cm de trop. Il a donc fallu le redécouper proprement à la scie à métaux (finalement plutôt bien adaptée pour les poteaux en 3D).
La partie programmation n’a pas non plus toujours été une partie de plaisir. Passer une demi heure sur un problème dont la solution se trouve juste sous nos yeux n’est jamais agréable. Mais pour ça, rien de mieux que de demander de l’aide et de réfléchir à plusieurs, la solution arrive rapidement et souvent par soi même.
“On appelle ça la technique du canard en plastique. Quand tu bloques sur un problème, tu en parles à un canard en plastique et tu finis souvent par trouver la solution tout seul ! “
Nathan Gallerand
Après quelques réglages, comme le remplacement d’un tuyau qui fuit ou le réglage du servomoteur qui n’en est pas un, notre maquette était enfin prête pour la dernière étape du projet.
Chapitre 5 : Test et rendu final
Bon concrètement qu’est ce que ça donne ?
Et bien ça fonctionne plus ou moins bien, du moins, d’un point de vue physique. Sur le plan technique en revanche, tout fonctionne parfaitement. La résistance chauffante chauffe les 25cl de notre réserve d’eau de 20°C à 40°C en une dizaine de minutes, la pompe se met en route quand la température est trop basse, les ventilateurs font circuler l’air pour diminuer le taux d’humidité, et après avoir découpé les fenêtres en deux pour diminuer leur poids, le servomoteur (qui n’en ai toujours pas un) arrive à les ouvrir et les fermer.
Mais du coup, qu’est-ce qui ne marche pas ? Et bien… c’est un peu le principe même de notre maquette qui fait défaut. Pour réguler le taux d’humidité tout se passe parfaitement. En revanche les tuyaux en plastique qui transportent l’eau chaude sous le sol conduisent assez peu la chaleur, et l’eau à beau être à 40°C, la température de la pièce évolue trop peu par rapport à notre objectif de base. Malgré ça, nous sommes vraiment contents du résultat, et surtout heureux d’avoir mené à bien notre projet (jusqu’au bout). Ces 100 heures nous ont permis de découvrir plein de choses, d’apprendre à travailler en équipe, et surtout de déconnecter un peu du théorique, ou du moins de l’appliquer à la réalisation de notre projet !
Nous sommes quatre étudiants de PEIP2 à Polytech Angers et nous avons décidé, dans le cadre de notre formation de réaliser un kart autonome. Passionnés de mécanique et de programmation, vous êtes au bon endroit!
Introduction:
Avant de vous parler de ce que nous avons fait, il est important de vous expliquer ce qui a été réalisé par nos prédécesseurs. En effet, nous avons repris le projet des élèves de l’année passée. Ces derniers avaient réalisé un travail monumental en fabriquant à l’aide de pièces de récupération un châssis et une direction. C’est donc avec cette solide base que nous avons commencé notre projet. Cependant au vu de la complexité de notre tâche, nous nous sommes divisés cette dernière en plusieurs sous-parties : le frein, la direction, l’automatisation, la motorisation, et enfin, la carrosserie.
Le frein:
Le frein, élément indispensable sur tous les véhicules, est l’une des premières choses sur laquelle nous nous sommes attelés. De fait, l’année passée, les étudiants avaient dû, par manque de temps, se contenter d’un frein à main seulement sur la roue arrière droite. Ainsi nous avons décidé de réaliser un tout nouveau système de freinage, cette fois-ci à la pédale.
Etape 1: Assemblage des roues arrières
A l’origine, la raison pour laquelle le véhicule ne freinait que de la roue arrière droite provenait du fait que les deux roues n’étaient pas reliées. Cependant, on ne pouvait pas simplement effectuer l’assemblage à l’aide d’une tige en métal que l’on soudrait. En effet, cela aurait empêché nos suspensions de réaliser leur fonction, ou cette tige se serait cassée en cas d’efforts trop importants. Ainsi nous avons envisagé une solution technique nécessitant deux cardans, un arbre cannelé et une douille lisse nervurée (respectivement ci-dessous).
Les deux cardans nous permettent de gérer la différence de hauteur entre les roues. L’arbre et la douille permettent quant à eux de transmettre la rotation tout en gérant la variation de l’écart entre les roues. Effectivement, étant donné que nous avons un triangle de suspension à l’arrière, plus il y a du poids dans le véhicule, plus les roues s’écartent.
Etape 2: Mise en place du système
Une fois ce problème de roues réglé, nous avons réfléchi à un système de freinage à la pédale. Pour réaliser celui-ci, nous nous sommes servis d’un câble de frein de vélo, de plaques métalliques, d’une pédale et d’un frein à disque provenant d’un motoculteur. De cette manière, nous avons attaché le câble au frein puis nous l’avons tendu et caché à l’aide d’une plaque métallique. Enfin, nous l’avons attaché à la pédale. Cette dernière est fixée sur une tige métallique traversant perpendiculairement le kart dans la largeur. Grâce à la tension importante du câble, la pédale se relève d’elle-même. Cependant la course de celle-ci est faible.
Direction :
En parallèle, nous nous sommes attaqués à l’automatisation de la direction. Nos prédécesseurs avaient pour projet de gérer la direction avec un capteur relié à une carte Arduino pour contrôler un moteur électrique.
Moteur Néma 23Carte Arduino UnoCapteur YDLIDAR
Nous pensions que cela aurait été assez rapide. Finalement, après avoir raccordé le moteur au volant de notre Kart, nous nous sommes rendus compte que le couple du moteur électrique était trop faible. Ainsi, nous avons décidé de concevoir un réducteur pour réduire la vitesse et augmenter le couple. Ne disposant que d’imprimantes 3D et d’une découpeuse laser, nous avons dû concevoir ce réducteur en plastique, en bois et en plexiglass. Après un long travail de CAO, nous nous sommes attelés à la réalisation du réducteur.
Après l’avoir terminé, nous l’avons testé sur notre kart. Malheureusement, un problème important est survenu: le moteur arrivait à bien faire tourner les arbres du réducteur, et par conséquent le volant. Cependant, quand nous tournions le volant, cela cassait le dernier arbre du réducteur dû à une différence de couple entre le moteur et le réducteur. Ainsi, nous avons décidé de concevoir un différentiel que nous placerions entre le moteur électrique et le réducteur. De cette manière, le moteur électrique entraîne le différentiel qui lui-même entraîne le réducteur, mais à l’inverse quand le volant tourne, il entraine le réducteur et arrive au différentiel qui continue de tourner mais n’entraine pas le moteur.
Pour finir, nous devions faire un bâti reliant le moteur, le différentiel et le réducteur. Cependant, l’impression de ce dernier a rencontré un problème. Ainsi, nous avons dû nous résoudre à faire le bâti en bois ce qui nous a pris plus de temps et de place. Enfin, nous avons réussi à coder un programme pour faire tourner le moteur en fonction de la direction demandé.
Automatisation:
A l’origine, l’objectif était d’automatiser à la fois la direction et le freinage. Malheureusement, par manque de temps, nous nous sommes rapidement concentrés sur la direction. Pour ce faire, nous avons utilisé un capteur lidar (capteur laser) et plus particulièrement le YDLIDAR G2 (image ci-dessus) qui permet de détecter, à 360 degrés, des obstacles allant de 0,12 à 12 mètres. Ce capteur, réputé simple d’utilisation, peut fonctionner sous Arduino. Ainsi, une fois la carte d’acquisition correctement reliée à notre appareil, il ne nous restait plus qu’à écrire le programme.
Dans un premier temps, nous avons défini ce que concrètement nous devions faire. De cette manière, nous avons déterminé qu’il fallait que le véhicule tourne en cas d’obstacle sur sa route et que dépendamment de la position de celui-ci (à droite ou à gauche), le kart choisisse le côté le plus optimal. Aussi, en cas de présence de plusieurs obstacles, il évite l’entrave la plus proche.
Une fois ceci bien défini, nous avons retranscrit cela en langage Arduino. Ainsi, nous avons demandé au capteur de réaliser plusieurs tours (afin d’avoir une meilleure précision) à l’aide de la condition: if (old_angle>angle). En effet, celle-ci signifie que la mesure de l’angle précèdent est supérieur à celle de l’angle du point actuellement étudié. Ce qui implique que le capteur a fait un tour complet. Des calculs de trigonométrie nous ont permis de localiser les différents obstacles. De cette manière, nous sommes parvenus à récupérer et à analyser les données du capteur.
Pour les plus téméraires d’entre vous, voici le code:
void loop() {
if (lidar.waitScanDot() == RESULT_OK) { //(lidar.waitScanDot() == RESULT_OK)
const scanPoint &p = lidar.getCurrentScanPoint(); //Recuperation du point
float angle = float(p.angle); //Renommer la variable
float distance = float(p.distance); //Renommer la variable
if (angle < old_angle){ // si le capteur a fait un tour complet
nb_tour +=1; // incrementation du nb de tours
if (nb_tour==30){ // nb tours au bout duquel on prend une décision
nb_tour =0; // reinitialisation de la variable
if(obs_droite == 1){
printf("Tourner gauche\n");
digitalWrite(11,LOW); // activation des sorties digitales pour tourner à gauche
digitalWrite(10,HIGH); //
digitalWrite(12,LOW); //
distance_obs = 6000; // réinitialise la distance de l'obs en dehors de notre zone de détection
obs_gauche = 0; //Reinitialisation des variables obs
obs_droite = 0; //
}else if(obs_gauche == 1){
printf("Tourner droite\n");
digitalWrite(10,LOW); // activation des sorties digitales pour tourner à droite
digitalWrite(11,HIGH); //
digitalWrite(12,LOW); //
distance_obs = 6000; // réinitialise la distance de l'obs en dehors de notre zone de détection
printf("\n");
obs_gauche = 0; //Reinitialisation des variables obs
obs_droite = 0; //
}else {
printf("Avancer\n");
digitalWrite(10,LOW); // activation des sorties digitales pour avancer
digitalWrite(11,LOW); //
digitalWrite(12,HIGH); //
}
}
}else{
if (angle <= 258 && angle > 180){ // tourner à gauche
x = distance * cos (angle * PI/180 - PI); // coordonnées de l'obs en mm
l = distance * sin (angle * PI/180 - PI); //
if ( x<= 5000 && x >= 120 && l <= 555 && distance_obs>distance){ //condition pour que l'obs appartienne à la zone de détection et que l'obs détecté soit le plus proche
distance_obs=distance; //nouvelle distance obs
obs_gauche = 0;
obs_droite = 1;
}
}
}
if (angle >= 102 && angle <= 180){ //tourner à droite
l = distance * cos (angle* PI/180 - PI/2); // coordonnées de l'obs en mm
x = distance * sin (angle* PI/180 - PI/2); //
if ( x<= 5000 && x >= 120 && l <= 555 && distance_obs>distance){ //condition pour que l'obs appartienne à la zone de détection et que l'obs détecté soit le plus proche
distance_obs=distance; //nouvelle distance obs
obs_gauche = 1;
obs_droite = 0;
}
}
old_angle = angle; //Mise a jour de la valeur de l'angle
}else {
// printf("Fail to get scan point!\n");
delay(1);
}
}
Ensuite, nous nous sommes servis des entrées/sorties digitales de notre carte Arduino afin de transmettre, en fonction des valeurs (0 ou 1) reçues, la commande à effectuer. Cette seconde carte contient le programme permettant de faire tourner le moteur chargé de la rotation du volant. Ce programme était fourni avec le moteur, nous l’avons simplement légèrement ajusté à nos besoins.
Motorisation:
Dans un premier temps, notre but était de fixer le moteur au kart. Nous avons utilisé le même principe que pour un vélo électrique. Nous avons intégré une partie rigide d’un cadre d’un ancien vélo. Puis, l’objectif consistait à relier le moteur au pignon par la chaîne mais aussi de raccorder le pignon à l’arbre. Pour cette dernière étape, nous avons créé une pièce 3D afin d’entraîner tout l’essieu arrière du kart.
Toutefois, lors de la mise en fonctionnement du moteur, nous avons été confrontés à un problème majeur qui a été la perte de puissance dû au soulèvement de l’essieu arrière. Pour essayer de résoudre ce problème, nous avons pensé à la réalisation d’une pièce 3D fixée aux suspensions pour empêcher ce soulèvement. Malheureusement, cette pièce a rompu lors de notre premier test car nous avions sous-estimé la pression soumise par l’essieu arrière sur la pièce. Le temps nous a manqué pour en concevoir une plus solide.
Carrosserie:
La dernière étape de notre projet a consisté à réaliser une carrosserie nous permettant ainsi de rendre notre véhicule plus esthétique. Dans ce but, nous avons utilisé des planches de contreplaqué que nous avons fixé au châssis à l’aide de vis. Nous nous sommes ensuite attelés à peindre notre kart aux couleurs de l’école.
Conclusion:
Nous sommes ravis d’avoir pu travailler sur ce projet à travers lequel nous avons appris énormément sur la mécanique et la programmation mais aussi l’organisation du travail en équipe. Au vu des difficultés rencontrées, nous sommes fiers du travail accompli bien que celui-ci ne soit pas pleinement abouti. Nous souhaitons particulièrement remercier notre tuteur de stage M. Lagrange, ainsi que toutes les personnes qui nous ont aidés sur ce projet: Boris pour toutes nos questions au fablab, M.Guyonneau pour son aide sur la programmation du capteur et enfin M.Bouljroufi pour ses conseils.
Nous vous remercions d’avoir lu notre blog et espérons qu’il vous ait plu.
