PROJET S6 : PLATEAU DE SEMIS

– CONCEPTION PRODUIT -

Membres du groupe : COUPEAU Agathe, DERRIEN Léa et PETERSCHMITT Mathys.

Professeurs encadrants : CAVALLUCCI Denis et CECCHET Xavier.

Année universitaire 2022/2023
 

SOMMAIRE

1. DÉFINITION DU PROJET

1.1 Reformulation du sujet

1.2 Diagramme de Gantt

1.3 Découverte et prise en main de Ideas

1.4 Recherche de solutions innovantes

1.5 Présentation de la solution retenue

2. REALISATION DU PROJET

2.1 Choix matière

2.2 Conception et Modélisation

2.1.1 Pot de semis

2.1.2 Filtres

2.1.3 Plateau support

2.1.4 Plateau semis

2.3 Premiers essais

2.3.1 Test de filtration

2.3.2 Thermoformage

2.4 Difficultés rencontrées

3. PROJET FINAL

3.1 Présentation de la version finale du projet

3.2 Améliorations possibles

4. CONCLUSION

ANNEXES

---

 

1. DÉFINITION DU PROJET

Dans le cadre du Projet S6, nous avons été amenés à travailler en groupe sur une attente client : la réalisation d’un plateau de semis innovant, capable à la fois de bloquer les racines pour faciliter le rempotage tout en assurant une bonne hydratation des semis.

1.1 Reformulation du sujet

Tout l’enjeu de notre sujet est donc de trouver une solution innovante pour : assurer une bonne hydratation, aération et croissance du semis grâce aux trous présents dans les pots ET améliorer le rempotage de ces-derniers, c’est-à-dire bloquer le passage des racines à travers ces trous. 

Figure 1 : Illustration montrant les dessous de pots de semis

​​Cela paraît très ambitieux et c’est sûrement pour cela que la solution n’existe pas actuellement sur le marché. Sans forcément réaliser un état de l’art très détaillé, on peut cependant mettre en avant quelques solutions partielles existant déjà sur le marché pour répondre à ce problème. La quasi-totalité des plateaux de semis disponible à l’achat en grande surface ou en magasin spécialisé n’assurent pas une hydratation automatique et se contentent d’évacuer le surplus d’eau via des orifices ou une matière absorbant en partie l’humidité (notamment les pots en cartons ou en plastique perforé). De plus, les produits perforés ne proposent aucune solution pour empêcher les racines de passer à travers ces trous, ce qui peut nuire au rempotage du semis. Ces problèmes sont le point de départ de notre projet.

 

1.2 Diagramme de Gantt

Figure 2 : Diagramme de Gantt de notre projet

Nous nous sommes équitablement réparti le travail et avons la plupart du temps travaillé à trois sur chaque tâche. Léa s’est beaucoup consacrée au travail de CAO, Mathys s’est plus investi dans la prise en main des machines là où Agathe s’est concentrée sur les recherches bibliographiques ainsi que le rapport et la présentation orale.

 

1.3 Découverte et prise en main de Ideas

Pour innover et concevoir notre solution, nous avons découvert et utilisé la méthode Triz. Ainsi, nous avons commencé par nous former avec M. Cavallucci sur le site Ideas. La première étape du projet consiste à mettre en évidence les contradictions auxquelles nous allons faire face, pour ce faire, nous avons commencé par réaliser le graphe des problèmes: 

Figure 3 : Graphe des problèmes

Dans cette première version du graphe des problèmes, nous avons identifié 4 problèmes principaux auxquels nous souhaitions répondre :

• Conservation de chaleur
• Résistance aux maladies
• Facilité de rempotage
• Filtration des racines. 

Ce premier graphe est assez ambitieux puisqu’on y retrouve 11 problèmes à résoudre. Ainsi, nous avons par la suite décidé de nous centrer sur les problèmes principaux afin de pouvoir y répondre convenablement dans le laps de temps à notre disposition. Voici la version plus réaliste : 

 

Figure 4 : Graphe des problèmes V2

Une fois les problèmes et les solutions partielles identifiés, on va pouvoir extraire les contradictions auxquelles il va falloir le mieux possible répondre. On peut, par exemple, s’attarder sur une de ces contradictions : 

Figure 5 : Tableau problèmes / solutions

On met ici en évidence la contradiction entre le rapport racine/trou et l’hydratation de la plante. Réduire le diamètre des trous d’hydratation permet de bloquer les racines mais diminue l’hydratation et met donc en péril les plants. Nous avons donc dû passer à la seconde étape : la recherche de solutions innovantes.

 

1.4 Recherche de solutions innovantes

Pour trouver la meilleure solution possible, il est important de brainstormer entre nous, mais parfois, la solution ne vient pas de nous. En effet, pour être innovant, on peut soit inventer de toute pièce la solution, soit regarder dans les autres domaines (optique, architecture, …), si un problème analogue n’a pas déjà une solution que l’on pourrait réadapter à notre projet. Pour effectuer ce travail de recherche, Ideas nous permet de parcourir une base de données de brevet en spécifiant les contradictions auxquelles nous faisons face. Ainsi, nous avons pu économiser beaucoup de temps et trouver rapidement des résultats. Nous avons ainsi trouvé des brevets de plateaux de semis existant, voici quelques visuels et les principaux avantages et inconvénients que nous avons pu y déceler :

         

Figure 6 : Double plateau - lien Figure 7 : Plateau à alvéoles trouées - lien

Ces brevets innovent en grande partie sur la forme des alvéoles et le rempotage des semis, mais n'apportent pas de réelles solutions à notre problème principal, à savoir l’hydratation des semis.

C’est en regardant dans les autres domaines que nous avons trouvé des solutions plus intéressantes, en particulier dans le domaine de l’architecture : 

Figure 8 & 9: Photo du Musée du Louvre d’Abu Dhabi

Le Musée du Louvre d’Abu Dhabi est une perle d’architecture. C’est la conception de son toit qui nous intéresse. Il consiste en une superposition de plusieurs couches à géométrie identique mais empilées selon un ordre bien précis. Cette superposition permet deux choses : filtrer la lumière et laisser passer l’air. 

 

1.5 Présentation de la solution retenue

Maintenant que nous avons une idée pour réaliser notre projet, il faut l’adapter à nos besoins. Nous ne souhaitons pas filtrer la lumière mais plutôt les racines et laisser passer l’eau à la place de l’air.

Notre projet est composé de 4 parties : 

• Le filtre mécanique
• Les pots de semis
• Le plateau de semis 
• Le réservoir à eau

---

2. REALISATION DU PROJET

2.1 Choix matière

Voici les principaux critères de choix concernant la matière :

Figure 10 : Tableau comparatif de matières plastiques pour le plateau, réservoir et pots

Figure 11 : Tableau comparatif de matières plastiques pour les filtres

 

2.2 Conception et Modélisation

Une fois la solution retenue, nous sommes passés à la conception et la modélisation des modèles CAO. Nous avons commencé par modéliser les pots de semis, les filtres, un plateau de semis et un réservoir qui sert de support au plateau et retient l’eau. 

Le plateau de semis et le réservoir sont tous les deux destinés au thermoformage, ainsi, nous avons réalisé la CAO des moules (réalisés en stratoconception). Pour les pots et les filtres, nous avons directement réalisé la CAO des pièces car elles sont destinées à être réalisées en impression 3D.

2.1.1 Pot de semis

Pour dessiner les pots, nous nous sommes basés sur des dimensions standards que l’on trouve en grande surface. Ainsi, nos plateaux s’adaptent à nos pots mais aussi à ceux de la concurrence. Voici un visuel des pots que nous avons utilisé comme référence et ses dimensions :    

2.1.2 Filtres

Les filtres sont réalisés par imprimante 3D, ils se trouvent au fond du pot en plusieurs couches. Ainsi, ils sont aux mêmes dimensions que la base inférieure du pot. Pour les tests, nous les avons fait en ABS. La matière finale retenue est renseignée dans la partie choix de matière vue précédemment. Voici des visuels des modèles CAO de la 1^ère et de la 2^nde version du filtre :

     

    Figure 12 : Design filtre - Version 1           Figure 13 : Design filtre - Version 1 

     Figure 14 : Design filtre - Version 2  

2.1.3 Plateau support

Nous avons choisi de faire un plateau de semis ne contenant que 4 pots, ce choix fait suite aux dimensions de la thermoformeuse. Cela ne poserait aucun problème d’augmenter le nombre de pots par plateau et donc la taille du plateau, mais cela n’est pas possible sur la thermoformeuse à l’INSA.

Voici les dimensions théorique que nous proposons s’il faudrait produire en grande quantité/ industrialisé le produit : 

Les moules sont conformes aux normes de thermoformage (dépouille > 5°, dimensions, pas d'arêtes vives).
Nous avons d’abord modélisé les modèles puis nous avons effectué les moules grâce à la stratoconception.

 

Figure 15 : Modèle CAO du réservoir à eau   

      

 Figure 16 & 17 : Dimensions précises du moule

2.1.4 Plateau semis

Pour le plateau de semis, les mêmes remarques s'appliquent que pour le plateau support. Il est aux mêmes dimensions et est réalisé de la même manière.

 

Figure 18 : Modèle CAO du plateau de semis

   

 Figure 19 & 20 : Dimensions précises du moule

Cependant nous nous sommes rendus compte tardivement que nous ne disposions pas de piston adapté à cette géométrie. Malgré l’envie de rentabiliser l’espace de la thermoformeuse et de proposer un moule avec 4 pots, nous avons revu nos objectifs afin de proposer une version comportant seulement 2 pots mais correctement thermoformée !
Voici les nouveaux moules réalisées : 

 

 

           

Figure 21 & 22 : Moules réservoir à eau et plateau de semis pour thermoformage

Ce plateau est repris par la suite en usinage, puisque nous venons couper le fond des alvéoles (à 30 mm), la partie restante réalisant uniquement le guidage et le maintien en position des pots.

 

2.3 Premiers essais

Nous avons présenté auparavant les versions finales de chaque pièce, mais pour déterminer ces versions finales nous avons parfois dû réaliser de nombreux tests, notamment pour la conception du filtre. Nous avons pour cela créé un protocole et testé les différentes versions des pièces.

Les protocoles et la méthodologie de ces tests se trouvent en annexe de ce rapport, sous le nom : METHODOLOGIE & PROTOCOLE de test.

2.3.1 Test de filtration

Pour expliquer rapidement ce test, nous avons pris des grains de différents diamètres (granulés de plastique, sable, …) et les avons filtrés au travers de différents systèmes. Nous avons ainsi étudié l’efficacité de chaque version du filtre, et  aussi l’impact qu’à le nombre de couches sur le taux de filtration. Voici rapidement les résultats : 

Figure  23 : Graphe des tests de filtration

De ces tests nous avons tiré deux conclusions : le nombre de couches idéal semble être de 4 et la deuxième version du filtre est la meilleure. Cette version apporte deux avantages : elle réduit l’encombrement du système de filtration (division par 2 de l’épaisseur d’une couche) et améliore grandement la filtration. 

 

2.3.2 Thermoformage

Le plateau et le couvercle sont tous les deux thermoformés. Une fois la matière choisie, il a fallu tester les paramètres de thermoformage (température de chauffe, temps de chauffe, bullage, …). Après plusieurs tests, nous sommes arrivés aux paramètres suivants : 

Matière : PET 900 microns

Température : 150°C

Bullage : 0.8s

Pistonnage : 3s

 

2.4 Difficultés rencontrées

Pour le moule 4 pots, il fallait un piston en croix. Cependant, nous n’avons pas pu en réaliser un, même en essayant d’assembler des équerres au piston déjà existant. Nous avons aussi essayé de fabriquer un serre-flan en croix, mais tout comme précédemment, cela ne tenait pas à cause du bullage.

Nous avons donc réduit le moule à 2 empreintes pour les pots, comme expliqué précédemment, afin une forme de plateau correcte.

---

3. PROJET FINAL

3.1 Présentation de la version finale du projet

 

 

 

               

Figure 25 : Photo de la solution finale

Ce prototype final est donc composé de deux alvéoles, d’un bac à eau, d’un plateau et d’un filtre mécanique. 

 

3.2 Améliorations possibles

Les pistes d’améliorations sont nombreuses, on a notamment des solutions dans le marché qui utilise le papier kraft, traité vapeur d’un côté et libre de l’autre, afin de laisser passer l’eau dans un sens uniquement. Cependant, cette solution existant déjà, nous n’aurions que très peu innover, ce qui n’aurait pas rempli les critères d'évaluations du projet.

Nous avons également fait des recherches côté matériaux. Une solution possible aurait été de faire des filtres en PHA, une matière imprimable et biosourcée, qui se dégrade rapidement de la nature. Ainsi, si les racines s'infiltrent dans le filtre, il est compostable avec la plante. On pourrait aussi utiliser des matériaux chargés en marc de café, etc… pour faciliter leur compostage.

---

4. CONCLUSION

Le projet nous a permis de développer de nombreuses compétences, nous avons notamment pû gagner en autonomie sur la thermoformeuse, mais aussi sur les machines du FabLab, telles que la stratoconception, l’impression 3D et la découpe laser.

De plus, ce projet nous a permis de nous familiariser avec une nouvelle méthode de conception, la méthode Triz. Contrairement aux projets précédents, nous ne sommes pas passer par une analyse fonctionnelle, une analyse du besoin.

 

 

 

ANNEXES

→ Méthodologie et protocole de test