Un projet réalisé par :
- Yasmine Abouda 🎓
- Ernest Kezel 🎓
- Quentin Pichaud 🎓
Sous la tutelle de :
- Sylvain Verron 🪪
Ça roule ?!
Quand on pense à une voiture, on pense tout de suite à 4 roues, avec une carrosserie magnifique de notre couleur préférée, au son du moteur quand on presse la pédale d’accélérateur …🚗 Mais si je vous disais qu’on peut faire de la distance sans moteur ? Et bien oui, c’est possible ! Tout ça grâce à une technologie qui n’est pas toute récente : le volant d’inertie !
D’après un article paru sur le site internet connaissancedesenergies.org, les premiers volants d’inertie dateraient du néolithique avec l’invention des premiers tours à potier. En revanche c’est durant la révolution industrielle que ceux-ci auraient gagné en popularité, parce qu’ils étaient utilisés afin de “lisser la production d’énergie des machines à vapeur”. En effet, c’est un moyen économe de stocker l’énergie produite par ces machines.
Parce que c’est notre projet !
Pour notre projet, le principe est simple : on pousse un peu la voiture, la rotation des roues entraine le volant grâce à un fabuleux système d’engrenages et lui fait emmagasiner de l’énergie rotative, enfin on relâche la voiture laissant ainsi le volant faire son travail pour transmettre son énergie aux roues via le même système d’engrenages.
Une chose importante à savoir c’est que plus le volant à une masse élevée, plus il emmagasine d’énergie et donc plus il en a à restituer. Mais alors pourquoi on prend pas un gros cylindre bien plein en acier bien lourd ? Et bien ce n’est pas si simple … En effet, un volant d’inertie plus massif permettrait d’emmagasiner plus d’énergie. Cependant, cela créerait trop de masse à “transporter” pour le véhicule. Dans le sport automobile comme la Formule 1 par exemple, on parle souvent de “rapport poids/puissance”. On cherche toujours à en avoir un meilleur mais au fond ce que cela signifie, c’est qu’on veut un véhicule puissant, donc qui restitue beaucoup d’énergie (énergie utilisée afin de faire avancer le véhicule), avec un poids minimal. En effet si on restitue beaucoup d’énergie et qu’il en faut peu pour faire avancer la voiture, elle avancera plus vite, et l’inverse est aussi vrai : si on produit peu d’énergie mais qu’il en faut beaucoup pour faire avancer la voiture, elle avancera lentement voir pas du tout. Mathématiquement parlant, on a l’équation de l’énergie bien connue des ingénieurs mécanique qui régit le comportement du volant :
“L’énergie cinétique de rotation est égale à la moitié du moment d’inertie multiplié par la vitesse de rotation (en radians par seconde) au carré”
Ce qui veut dire que l’énergie du volant est en lien avec sa vitesse de rotation, donc plus il tourne vite, plus il a d’énergie et cela croit de manière exponentielle (à cause du carré), mais aussi de son moment d’inertie qui est lié à sa forme (creux ou plein, carré ou cylindrique, …) et aussi à sa masse. Donc pour résumer : plus la masse et la vitesse est grande, plus le volant emmagasine de l’énergie. 📈 Or il vient des problèmes potentiels : une masse trop grande va déformer ou casser le véhicule et une vitesse de rotation trop grande va générer trop d’énergie et risque aussi de casser le véhicule (et cela représente un risque non négligeable pour la sécurité de ceux qui manipulent la voiture 😬‼️)
Notre petit prototype comme vous le voyez sur l’image du dessus fonctionne bien. On a eu pas mal de problèmes notamment pour trouver les bonnes dimensions des engrenages, la position et le rayon du volant ne nous permettant pas d’en avoir de tout petits qui seraient plus légers, mais aussi pour tout ce qui est découpage car le plexiglass commençait à manquer. Aussi le prototype est très lourd et pas uniquement à cause du volant d’inertie. On a environ 1/4 de la masse totale qui vient du volant alors qu’on a calculé sur un modèle réduit que le volant de celui-ci valait 2/3 de la masse totale. En revanche le projet est plutôt écologique car il réutilise des composants et matériaux des projets passés, notamment les roues et le plexiglass.
Et la suite ?
Malgré tout, nous sommes fiers d’avoir réussi à faire ce prototype car il représente l’achèvement de notre projet. On sait qu’il n’est pas fini et c’est pour ça qu’il restera au stade de prototype, mais on un produit qui avance et qui est monté solidement. Plusieurs pistes sont à suivre pour faire évoluer ce prototype : comme dit précédemment, le véhicule est très lourd, donc on pourrait réfléchir à réduire son poids tout en gardant une certaine robustesse (et oui un volant lourd qui tourne vite peut casser le véhicule). La voiture a également beaucoup de frottements à cause des jeux entre les pièces. On pourrait donc penser à concevoir et utiliser des pièces plus précises afin de limiter les frottements, comme par exemple des engrenages magnétiques. Pourquoi pas également penser à la disposition du volant et aux matériaux des pièces comme les roues, le châssis ou les supports imprimés en 3D …
Pour terminer votre lecture, nous vous proposons une petite compilation de photos de notre prototype dans son état naturel. Merci de nous avoir lu et à bientôt.
Remerciements :
- Sylvain Verron, le tuteur de ce projet
- Boris, le gérant du Fablab
- Tous les enseignants qui nous ont apportés de l’aide précieuse
- Les autres groupes pour leur soutien et avis
