Gourde Bi-compartiment

Gourde Bi-compartiment :

Sommaire : 

1- Introduction

2 - Choix du sujet

3- Étude préliminaire :

A- Analyse du marché

B- Analyse fonctionnelle

C- Contrôle de validité des besoins :

4- Conception et solutions techniques choisies

5- Industrialisation :

6- Conclusion

7- Annexe

8- Affiche

1- Introduction : 

Nous sommes Faustin, Arthur et Lucas trois élèves en deuxième année de Génie Mécanique. Nous avons développé la gourde bi-compartiment, une gourde permettant de stocker deux liquides différents et de s'adapter sur un cadre de vélo afin de faciliter et optimiser l'hydratation lors de la pratique sportive comme le triathlon une discipline où l'hydratation est primordiale.

2- Choix du sujet :

L’idée de la création de cette gourde nous est venue de Faustin et Lucas pratiquants le triathlon, ils ont fait un constat simple : aucunes gourdes disponibles sur le marché ne permettaient une hydratation complète et optimisée pour la pratique du triathlon (L et XL). En effet pour une hydrations optimisée il est nécessaire d’apporter sous forme de liquide des glucides ainsi que des électrolytes (solution comprenant des minéraux) à son corps en plus d’une eau claire (celle-ci souvent apporter au niveau des ravitaillements). D’où l’idée d’une gourde bi-compartiment. De plus on voulait également une gourde qui nous permettait de boire tout en restant dans une position aérodynamique sur le vélo, c’est à dire en restant couché les avants bras sur les prolongateurs. Il était donc nécessaire de réaliser un système avec des tubes orientés directement vers la bouche et accessible dans cette position.

3- Étude préliminaire :

Avant d'entamer la phase de création de la gourde nous avons fait une étude préliminaire consistant en une analyse de marché et une analyse fonctionnelle.

A- Analyse du marché :

Nous avons répertorié dans le tableau ci-dessous les différents types de gourdes disponibles sur le marché, assurant les mêmes fonctions que notre produit.

Types de gourde	Fonction assuré par la gourde	Fonctions non assurés par la gourde
Gourde acrochable sur le cadre d'un vélo :	- Accrocher la gourde sur le vélo	- Boire sans que l'athlète quitte la position aérodynamique - Séparer les différents liquides
Gourde avec tubes :	- Boire sans que l'athlète quitte la position aérodynamique	- Accrocher la gourde sur le vélo - Séparer les différents liquides
Gourde avec deux compartiments :	- Séparer les différents liquides	- Accrocher la gourde sur le vélo - Boire sans que l'athlète quitter la position aérodynamique

C'est donc en partant de ce constat que nous avons décidé de créer une gourde embarquant ces trois fonctions. 

B- Analyse fonctionnelle

Dans le cadre de notre étude préliminaire nous avons réalisé une bête à cornes et les diagrammes pieuvres (en utilisation et au repos) afin de définir les besoins et fonctions que doit assurer notre gourde .

Bête à cornes :

                                                                    

 

                                         Diagramme pieuvre (en utilisation) :                                                                                                                                                          Diagramme pieuvre (au repos) :   

                                             

Fc1 : Résister aux rayonnements UV                                                                                                                      Fc1 : Être adapter/résister aux températures extérieurs 

Fc2 : Être adapté au milieu atmosphérique                                                                                                             Fc2 : Prendre peu de place lors de son stockage        

Fc3 : Être peu sensible aux mouvements de l'air (design aérodynamique)                                                                 Fc3 : Avoir un design attrayant

Fc4 : Être d'un design attrayant                                                                                                                             Fp2 : Tenir dans une position stable lors de son entreposage

Fc5 : Être ergonomique

Fc6 : Être adapté/résister aux températures extérieurs

Fc7 : Supporter les vibrations liés aux mouvements du vélo

Fc8 : S’adapter à la géométrie des différents cadres

Fc9 : Résister aux chocs (chute de la gourde)

Fc10 : Ne pas excéder le poids d’une gourde classique

Fc11 : Ne pas endommager le cadre du vélo

Fp1 : Permettre à l’homme de s’hydrater correctement sans incidence sur ses performances

 C) Contrôle de validité des besoins : (répondre aux question)

Pourquoi le produit existe-t-il ? (cause, origines, …) :

• Les athlètes ont besoin de pouvoir s'hydrater à l'aide d'eau et d'électrolytes sans obligatoirement s'arrêter.

Pour quoi ce besoin existe-t-il ? (but, …) :

• Permettre à l'athlète de consommer de l'eau et des électrolytes sans avoir deux contenants différents.(se retrouver dans la situtation où on plusieurs flasques dans la combinaison)

Qu’est ce qui peut le faire évoluer ?

• La popularisation du triathlon et des sport d'endurance.

Qu’est ce qui pourrait le faire disparaître ?

• L'apparition d'un produit répondant encore mieu au besoin qui permettrait le confort de l'athlète.
• La consommation d'eau et d'électrolytes sous autres formes que liquide.

4- Conception et solutions techniques choisies :

Une fois la définition et la validation des besoins et des fonctions que notre produit doit satisfaire, nous avons commencé la conception de notre système. 

Pour la conception de notre système, nous avons concentrés nos réflexions sur les trois fonctions d'usages ci-dessous :

1- Maintien de la gourde sur le cadre

2- Séparation des différents liquides 

3- Pouvoir boire sans que l'athlète ne quitte sa position aérodynamique

1- Maintien de la gourde sur le cadre :

Pour le maintien de la gourde sur le vélo nous avons imaginer un système de deux crochets qui se clipsent sur le cadre du vélo et sur la gourde. 

La première contrainte rencontrée est le fait que chaque vélo à une géométrie de cadre différente. Pour pallier à cela nous avons penser à des crochets adaptables à chaque géométrie de cadre. Malheureusement, cette idée n'a pas aboutie, nous nous sommes alors concentrés sur la création de crochets s'adaptant à la géométrie des cadres de vélo les plus vendues pour la pratique du triathlon : le cyclotouriste RCS500 MICROSHIFT 9V et le Cyclotourisme RC120 vendu par décathlon. Pour notre prototype, nous avons choisi de nous concentrer sur un de nos vélos, avec une géométrie de cadre de tube circulaire.

Grâce à l'accord de décathlon nous avons pu effectuer nos premières mesures sur les vélos citer ci-dessus et sur notre vélo. 

Une fois les dimensions connues nous nous sommes alors penchés sur la modélisation 3D des crochets : 

Une fois le design des crochets et ces caractéristiques connues nous avons décidé de réaliser des simulations numériques via le logiciel Créo afin de vérifier le bon dimensionnement de ceux-ci ainsi que leur bon maintient sur le cadre du vélo.

En parallèle, nous avons effectués des calculs manuels en assimilant les deux branches du crochet à une poutre, ces calculs nous ont permis, en partant d'une force verticale appliquée sur la base du crochet (pour le clipser) d'estimer la contrainte appliquée sur chacune des branches.
Ces simulations nous ont permis d'identifier les points de faiblesses des crochets (ici entourés en rouge, refaire les cercles) et évaluer la force nécessaire au clipsage et au déclipsage des crochets sur le cadre du vélo. Nous avons ainsi pu déterminer la limite élastique minimum nécessaire pour que le crochet résiste dans le temps.

L'étape suivante aux simulations numériques et papier a été le choix du matériaux et le choix de la méthode de fabrication des crochets. Pour nous aider à choisir le matériau adéquat nous avons utilisé le logiciel Edupack, notre analyse s'est portée sur la limite élastique, les matériaux qui nous étaient accessibles et surtout qui seraient les plus adéquats sont les matériaux plastiques imprimables en 3D tels que le PETG ou le PLA. Après divers tests en plusieurs matériaux nous avons retenu la solution du PETG qui permet une souplesse modéré tout en gardant une rigidité correcte. Contrairement au métaux qui ne peuvent pas tolérer de grandes déformations élastiques (la déformation es métaux est permanente, plastique).

Avec le choix de l'impression 3D comme procédé de fabrication, de nouvelles questions se sont posées : Est ce que les caractéristiques matériaux indiquées par  notre base de données sont conservées ? Quel motif de remplissage est le plus adapté à notre utilisation ? Pour quel pourcentage de remplissage allons nous opter ? Pour répondre à ces questions nous avons dû apprendre à utiliser à la fois la théorie et la pratique. Nos recherches nous ont permis de déduire que un remplissage classique (en grille) est plus rigide (autorise moins de déformation) mais est plus cassant, à l'inverse un remplissage en nid d'abeille est plus souple et moins cassant (il autorise de grande déformations). De même, plus le remplissage est important, plus les forces tolérées par le produit pourront être élevées mais ceux-ci toléreront moins de déformation. Un remplissage faible en nid d'abeille semblait être la meilleure solution pour notre projet.

Afin de valider entièrement la conception des crochets nous avons réalisé des tests de clipsage et de déclipsage sur un tube simulant un cadre de vélo tout en mesurant la force nécessaire pour mettre en place les crochets sur le cadre.

A l'instar des portes de voitures qui sont ouvertes et fermées des centaines de fois par des robots, nous avons répété les opérations de clipasge et de décplisage de nombreuses fois avec des matériaux et remplissages différents pour confirmer ou infirmer les résultats obtenus avec les simulations. Ainsi, comme prévu, le PETG s'est révélé être le meilleur candidat avec un remplissage en nid d'abeille à 10%.

Ces tests ont été concluant, nous avons pu évaluer la force nécessaire au clipsage et au déclipsage des crochets a environ 150N soit une force de tirage et de pousser de 15 kg (donc 7,5 kg par crochet). Cette estimation est légèrement inférieur à la simulation numérique mais permet d'assurer le bon maintient de la gourde sur le cadre du vélo. 

A la suite de ces tests, nous avons enfin validé la conception du système de maintient de la gourde sur le vélo.

2- Séparation des différents liquides :

Pour réaliser la séparation des différents liquides, deux idées ont émergé : la création d'une paroi directement dans l'architecture de la gourde, l'utilisation de deux flasques comme récipient permettant de séparer les liquides.

Après réflexion, nous avons choisie l'utilisation de flasque comme récipient afin de faciliter la circulation du liquide, alléger le système final et garantir la biocompatibilité.

Quelques clics et un ajout au panier plus tard, nous avions reçu nos deux flasques.

Malheureusement, les dimensions des flasques et de leurs bouchons était plus importante que ce que nous imaginions. Pour assurer la fixation des flasques dans notre gourde nous avons dû augmenter les dimensions de les gourde et de son capuchon impactant directement l'aérodynamisme du système.

3- Pouvoir boire sans que l'athlète ne quitte sa position aérodynamique

Pour réaliser cette fonction, nous avons choisi de reprendre un système déjà existant : l'utilisation de tuyau afin d'amener le liquide directement de la gourde à l'athlète. 

Une fois la solution choisie, nous avons réfléchi au système permettant de maintenir les tuyaux en position. Dans un premier temps, nous avons imaginé un unique système de crochet permettant de maintenir les deux tuyaux sur la potence du vélo.

Nous avons alors réalisé notre premier croquis :

Tout comme pour la conception des crochets s'accrochant sur le cadre, nous avons réalisé des mesures sur les potences des vélos que nous avions retenues.

Une fois la solution imaginée, nous sommes parties prendre des mesures sur la potence des vélos sélectionnées. Lors de ces mesures, nous nous sommes rendus compte chaque potence de vélo à une forme différentes. Ainsi nous avons repensé notre système d'accroche. 

Une fois les dimensions connues nous nous sommes alors penchée sur la modélisation 3D des crochets : 

Ayant déjà valider la conception des crochets s'adaptant sur le cadre du vélo qui sont relativement semblables, nous avons tout naturellement choisie de réutiliser la méthode d'impression 3D et le PETG comme matériau.

Afin de valider entièrement la conception des crochets nous avons réalisé des tests de clipsage et déclipsage sur la potence des vélos retenues. Ces tests ont été concluants et nous ont permis mettre fin au développement de cette fonction. 

5- Industrialisation :

Dans cette partie, nous avons réfléchi à la manière d’industrialiser la confection de notre système. 

Nous avons alors détaillé pour chaque élément de notre système, les matériaux et les procédés de fabrication retenues après étude.  

1- Corps de la gourde

2- Capuchon de la gourde

3- Crochets de fixation

4- Tuyaux et flasques

1- Corps de la gourde

Pour le corps de la gourde, nous avons cherché un matériau plastique ayant :

• Une bonne rigidité afin de garantir une fixation correcte des crochets.
• Une bonne résistance au choc.
• Une faible densité pour minimiser le poids
• Un prix au kilo peu élevé afin de garantir la compétitivité de notre gourde sur le marché.
• Une bonne durabilité et facile d’entretien.
• Une recyclabilité correcte

Après des recherches sur le logiciel Edupack et sur divers sites, nous en avons conclu que le matériau le plus adapté était le Polypropylène. 

Une fois le matériau choisi, nous nous sommes penchés sur la méthode de fabrication adaptée au polypropylène ayant :

• Un rendu correct (sans défauts visibles à l’œil nu)
• Un coût peu élevé pour sa mise en place et son fonctionnement afin de garantir la compétitivité de notre gourde sur le marché.
• Une vitesse de production rapide 

Après quelques recherches deux choix se sont offerts à nous : le moulage par injection et le moulage par soufflage. Nous avons retenu le procédé de moulage par soufflage car le moulage par injection est difficile à mettre en place pour la fabrication d’une pièce creuse. De cette manière nous garantissons un coût modéré pour une clientèle novice dans le sport. Il faut également avoir deux rails pour coulisser les crochets, cette partie plus rigide est collée sur le corps moulé précédemment. (dessin pour illustrer)

2- Capuchon de la gourde

Pour le capuchon de la gourde, nous avons cherché un matériau plastique ayant :

• Une grande rigidité afin de garantir le maintien des flasques sur celui-ci.
• Une bonne aptitude à être moulé afin de garantir la précision du filetage. 
• Une bonne résistance au choc.
• Une faible densité pour minimiser le poids
• Un prix  au kilo peu élevé afin de garantir la compétitivité de notre gourde sur le marché.
• Une bonne durabilité et facile d’entretien.
• Une recyclabilité correcte

Tout comme pour le choix du matériau composant le corps de la gourde nous nous sommes servis du logiciel EduPack, il nous à alors conseillé l’utilisation de L’ABS (Acrylonitrile Butadiène Styrène)

Une fois le matériau choisi, nous nous sommes penchés sur la méthode de fabrication adaptée à l’ABS ayant :

• Un rendu correct (sans défauts visibles à l’œil nu)
• Une grande précision afin d’obtenir les pictogrammes présents sur la partie supérieur du capuchon
• Un coût peu élevé pour sa mise en place et son fonctionnement afin de garantir la compétitivité de notre gourde sur le marché.
• Une vitesse de production rapide 

Après quelques recherches, nous avons retenu le procédé de moulage par injection pour la précision qu’il permet d’obtenir, la facilité de sa mise en place et son coût de fabrication qui est très faible. (Contrairement aux métaux, le moulage plastique permet un rendu avec une porosité faible à moindre coût.)

3- Crochets de fixation 

Pour les crochets de fixations, nous avons cherché un matériau plastique ayant :

• Une bonne rigidité tout en gardant une élasticité élevée afin de faciliter leur accrochage sur le cadre du vélo.
• Une faible densité pour minimiser le poids
• Un prix peu élevé afin de garantir la compétitivité de notre gourde sur le marché.
• Une bonne durabilité et facile d’entretien.
• Une recyclabilité correcte

Après quelques recherches, le matériau le plus adapté à la conception des crochets serait le Polyamide. Toutefois, il faudrait réaliser des tests de fixations afin de valider le choix du matériau pour vérifier que ceux-ci ne cassent pas lors du clipsage, c’est d’ailleurs ce qui a été réalisé lors du prototypage des crochets. 

Une fois le matériau choisi, nous nous sommes penchés sur la méthode de fabrication adaptée au polyamide ayant :

• Aucune influence sur les propriétés élastiques du matériau (certaines méthodes d’industrialisation comme l’impression 3D modifient les propriétés des matériaux)
• Un rendu correct (sans défauts visibles à l’œil nu)
• Un coût peu élevé pour sa mise en place et son fonctionnement afin de garantir la compétitivité de notre gourde sur le marché.
• Une vitesse de production rapide 

Tout comme pour la conception du capuchon, le procédé de fabrication retenue est le moulage par injection.

4- Tuyaux et flasques

Pour la conception des flasques et des tuyaux, nous avons trouvé qu’il serait plus économique de faire appel à des fournisseurs comme nous l’avons fait pour le prototypage. En effet, les offres proposées par les fournisseurs sont en parfaite adéquation avec les besoins que nous avons établis. Il serait malgré tout intéressant de faire un partenariat avec le fournisseur pour avoir des flasques à des dimensions plus adaptées à celles de nos gourdes.

6- Conclusion :

Pour conclure ce projet, nous a permis d’apprendre à trouver et solutionner une problématique. Dans un premier temps nous avons dû trouver le problème à résoudre et il nous semblait évident de chercher des problématiques dans nos centres d’intérêts. Etant donné que nous sommes des étudiants sportifs, un projet en rapport avec le sport était complètement cohérent.  Il a ensuite fallu commencer à établir un plan pour résoudre notre problématique, sur le papier cela semblait évident mais nous nous sommes vite confrontés à la réalité du terrain. Nous avons rencontré de nombreuses difficultés qu’il a fallu surmonter en ralentissant le moins possible notre progression. Grâce à ce projet nous avons pu entrevoir la réalité du métier d’ingénieur.

Nous sommes fiers de ce que nous avons pu produire, une gourde fonctionnelle, qui permet une hydratation optimisée. Pour la concrétisation, il nous resterait à commercialiser notre gourde pour qu’elle puisse entrer sur le marché. Nous avons bien conscience que l’impression 3D est un procédé qui nous autorise à faire des géométries complexes et que nous sommes bien loin de la production en série, il faudrait pour cela penser à d’autres procédés comme ceux que nous avons évoqué précédemment.

Diagramme de GANT : 

Légende : 

• Faustin
• Arthur 
• Lucas

7- Annexe : Méthode Pré-Mortem :

Dans le cadre de notre projet, nous avons utilisé la méthode Pré-Mortem lors du début de la quatrième phase : Conception et Solutions Techniques choisies. 

Voici une rapide explication de ce qu'est la méthode Pré-Mortem : 

La méthode pré-mortem est une technique de gestion des risques qui consiste à anticiper les problèmes possibles d’un projet avant qu’ils ne surviennent, en se projetant dans un scénario d’échec. Elle se déroule ainsi :

1. Mise en contexte : Avant de démarrer, l'équipe imagine que le projet a échoué de manière catastrophique.

2. Analyse des causes : Chaque membre identifie et liste les raisons possibles de cet échec, en réfléchissant de manière créative et sans contraintes.

3. Actions correctives : Des mesures préventives ou des plans d'action sont élaborés pour réduire ces risques ou y répondre efficacement.

Voici notre étude sur la méthode Pré-mortem : 

2. Analyse des causes : 

Trois causes majeures sont ressorties de nos analyses : 

• Mauvais dimensionnement des raccords entre la gourde et les flasques et entre la gourde et les tuyaux souples.
• Mauvais dimensionnement des crochets : impossibilité de monter les crochets sur le cadre.
• Mauvaise résistance mécanique des crochets : empêchant la gourde de rester en position sur le cadre.
• Un design peu attrayant et aérodynamique qui n'encourage la vente.

3. Actions correctives :

Une fois les causes d'échecs potentielles imaginées nous nous sommes réunis pour imaginer les mesures correctives à mettre en place : 

• Contacter le vendeur des flasques et le vendeur des tuyaux souples afin d’avoir plus d’informations sur le produit et être sûr qu'il est possible de raccorder la gourde et les flasques, et la gourde et les tuyaux souples.
• Réaliser des tests quotidiens sur les crochets afin de trouver les dimensions et la géométrie parfaite. 
• Rechercher et trier les matériaux susceptibles d’être intéressants pour la conception des crochets afin de garantir une bonne résistance mécanique des crochets.

8- Affiche :