Fête de la Science 2009 Lycée LIVET – Nantes Microtechniques

1. Fête de la Science 2009Lycée LIVET – NantesMicrotechniques Projet « Eco-conception d’une voiture radiocommandée » Année 2009 – 2010 Lycée LIVET – Nantes, 1ère STI Microtechniqueshttp://livet.bacmicrotech.free.fr/

2. Programme • Présentation du projet « Éco-conception Voiture RC » : 10 ’ • Démarche ACV (analyse du cycle de vie) : 20 ‘ • Analyse fonctionnelle, cahier des charges du produit : 20 ‘ • Instrumentation et mesures : 10 ‘ • Procédés de fabrication : injection plastique … : 10 ‘ • Conclusion : 10 ‘

3. Le projet • Réalisé par les élèves de 1ère STI Microtechniques. • Cours : TP Construction mécanique & TP Microtechniques. • Formation : Technologie, conception de produits, instrumentation. • Début du projet : septembre 2008.

4. Problème technique • Que devient la conception de cette voiture si on place le critère environnemental au premier plan ? • Analyse de l'impact d'une voiture radio-commandée sur l'environnement tout au long de son cycle de vie. • Instrumentation du produit pour mesurer ses caractéristiques (vitesse, consommation, ...). • Etude et re-conception afin d'améliorer ses performances environnementales : matériaux, conception mécanique, motorisation.

5. Pourquoi ce projet ? • Pourquoi mener un projet d’éco-conception ? • Cela devient incontournable dans la formation technologique. • Les concepteurs et fabricants de produits sont tous confrontés à la prise en compte environnementale (ISO 14000, …). • Cela permet d’aborder toutes les étapes du cycle de vie du produit. • Il y a encore beaucoup à faire … c’est motivant ! • Pourquoi travailler sur une voiture radio-commandée ? • C’est un produit pluri-technique : mécanique, motorisation, électronique, énergie … • La partie mécanique est précise et composée de petites pièces. • Le support est attractif pour les jeunes. • C’est un produit de grande série, de conception très aboutie, donc intéressant à étudier !

6. Matériel 3 voitures radio-commandées à moteur thermique 1/10 piste : • Modèle : Thunder Tiger TS-4N V3 PLUS Réf. 6168-F. Masse : 1500 g • Moteur PRO12 : 2,11 cm3 – alés. 13,85 mm – course 14 mm – plage 3000 à 30.000 tr/mn – puissance 0,6 ch à 29.000 tr/mn. (1 ch = 736 W) • Transmission : 4 roues motrices, différentiels AV, AR. • Carrosseries : Megane Trophy, Skyline GT, Lancer EVO. • Radiocommande : JAGUAR T2D à 2 voies. • Carburant : mélange 20% lubrifiant + 70% méthanol + 10% nitrométhane.

7. Banc d’essai • Banc réalisé sur mesure • Permet de recevoir des appareils de mesure 4 rouleaux PVC Positionnement AV et AR du châssis Roulements à billes Support de tachymètre

8. Instrumentation du banc • Actuelle : • Tachymètre numérique avec visée laser Voltcraft DT1-L (Conrad). • Balance de précision • Evolution : • Débitmètre FCH-mini-PP. • Intégration de la mesure de vitesse par codeur. • Gestion des données par composant programmable (PIC) et affichage des résultats. • Mesure de CO2 , du bruit … Analyseur de gaz d’échappement

9. Mesures sur banc d’essai Caractéristiques de la voiture actuelle : vitesse, consommation, autonomie, coût d’utilisation en carburant. Recherche du meilleur rendement : courbe consommation – vitesse, influence du réglage de carburation (richesse), influence du mélange Étude de modification : refroidissement moteur … Étude d’instrumentation : mesure de débit, de vitesse, gestion électronique … 4689 tr/min, Ø roue = 65 mm. Quelle est la vitesse de déplacement ? 9

10. Déroulement du projet • Recherches documentaires : Développement durable, éco-conception, ACV … • Ecriture du cahier des charges du produit existant. • Rencontre avec un Designer, spécialiste de l’éco-conception (Sté FALTAZI) : expérience, conseils. • Premières idées (brainstorming). • Essais sur banc. • Cahier des charges du nouveau produit. • Solutions modificatives du produit. ?

11. Eco-conception • Un nouveau critère de conception pour les produits : minimiser l’impact environnemental. • Démarche de Développement durable : « Un développement qui répond aux besoins des générations du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs » (Rapport Brundtland – Commission mondiale sur le développement, 1987). • Produire différemment, de façon plus économe en matériaux et en énergie  éco-conception. • Prendre en compte toutes les étapes de la vie du produit : de l’extraction des matières premières à son traitement en fin de vie  ACV.

12. Analyse du cycle de vie (ACV) • Établir un bilan chiffré des impacts environnementaux à chaque étape de la vie du produit : • Trouver des solutions plus favorables à l’environnement. • Attention à ce que les solutions choisies pour améliorer une étape du cycle n’entraînent pas d’impact défavorable sur les autres étapes ! Ou :

13. Le choix des matériaux Réduction de la masse et du volume de matière Choix de matériaux pas ou peu toxiques Choix de matériaux peu consommateurs d’énergie Utilisation de matériaux recyclés Utilisation de matériaux recyclables 13

14. La production Réduction des rejets vers l’environnement (eau, sol, air) Techniques de fabrication peu gourmandes en énergie Réduction du volume de déchets (usinage, découpe, moulage …) Réduction du nombre d’étapes de production Utilisation de techniques de production « propres ». 14

15. La distribution Réduction du volume d’emballages Emballages plus propres (peu de métaux lourds) Emballages réutilisables / recyclables Choix de transports moins consommateurs d’énergie 15

16. L’utilisation Consommation d’énergie minimum Pas ou peu de fuites, de rejets, de bruit Durabilité des produits Maintenance et réparations facilités 16

17. La fin de vie Produit facile à désassembler Réparation / remise à neuf Recyclage des matériaux Matériaux non toxiques (incinération) Notice de fin de vie 17

18. Recherche de solutions Projet « Eco-conception d’une voiture radiocommandée » Année 2008 – 2009 Lycée LIVET – Nantes, 1ère STI Microtechniqueshttp://livet.bacmicrotech.free.fr/ 18

19. Cahier des charges du produit existant Diagramme pieuvre : 19

20. Recherche de solutions Schéma à main levée Explication de la solution, gain envisagé 20

21. Pistes étudiées : Motorisation Amélioration du rendement du moteur Changement de moteur … TS-4E : 3340 g Moteur 2,11 cm3 PRO12-BXS 21

22. Pistes étudiées : Énergie Récupération d’énergie Utilisation d’énergie renouvelable … KIT MOTORISE FORMULA E-CAR Voiture à hydrogène FCJJ-20 Kit générateur d’hydrogène (Conrad) 22

23. Pistes étudiées : Modifications mécaniques Boîte de vitesses Réduction du nombre de pièces Fiabilisation Amélioration du démontage … 23

24. Pistes étudiées : Matériaux Identification Utilisation de matériaux facilement recyclables Réduction du nombre de matières … Chassis carbone, autre modèle de voiture TS-4N PRO 24

25. Pistes étudiées : Instrumentation Affichage de la consommation, de la pollution Gestion électronique … 25

26. Pistes étudiées : captage polluants Filtrage des fumées Récupération du lubrifiant Réduction du bruit … 26

27. Conclusion Le projet est ambitieux mais passionnant ! Il faut avancer de façon progressive Mener de front recherche de solutions et essais / mesures Mettre en place une amélioration continue 27