Recycleur de bouteilles PET par découpe

Recycleur de bouteilles PET par découpe - SK3 - PROJECT

 

INTRODUCTION:

  Dans le cadre de notre projet du troisième semestre en optimisation produit, nous avons décidé de nous consacrer à la conception d'un mécanisme d'un recycleur de bouteilles PET par découpe à fil chaud.

 Trois grands arguments nous ont orientés vers ce sujet .

   Au départ, nous avons fait un brainstorming où chacun a réfléchi à diverses idées que nous avons dûes mettre en commun et nous en avons choisi une. A la fin, l'idée qui a été retenue est celle du recycleur de bouteilles PET par découpe à fil chaud.

   Premièrement, cette idée nous paraissait la plus élaborée et la plus exploitable dans la mesure où elle touche le secteur environnemental, secteur qui nous tient particulièrement à cœur vu l'état actuel de la planète. En effet, cette idée faciliterait le recyclage de bouteilles puisque grâce à notre recycleur nous pourrons non seulement diviser les deux types de plastiques que compose une bouteille mais aussi diminuer l’espace car nous découperions la bouteille en deux.

  Deuxièmement, nous avons mené plusieurs recherches et expériences afin de mieux nous démarquer du lot. Au début nous avons pensé à écraser les bouteilles, puis à les couper à l’aide d’une lame et enfin à les couper avec un fil chaud. Écraser les bouteilles ne nous différenciait pas vraiment des autres et couper les bouteilles avec une lame n'était pas rentable. Ainsi, nous avons conclu qu’utiliser un fil chaud pour découper nos bouteilles serait pratique et ingénieux car pas c'est un système innovant, il est encore très peu utilisé.

  Enfin, différentes controverses rencontrées lors de nos recherches nous ont aussi influencés. D’une part, nous avons appris que des machines dans certaines usines de recyclage confondaient les bouteilles en plastiques aplaties avec du carton et du papier. D’autre part, des usines considèrent comme gaspillage de volume de ne pas écraser les bouteilles, c’est ainsi que nous est venue l’idée de découper les bouteilles en deux : ceci constituerait le juste milieu entre les différents avis et permettrait de satisfaire les deux points de vue. 

  Pour réaliser notre projet, nous avons convenu ensemble qu'il serait judicieux de suivre les 4 étapes principales de la réalisation d'un produit/service, à savoir :

• L'étape de cadrage
• L'étape de conception et de planification
• L'étape de réalisation du projet
• L'étape de clôture

      DÉVELOPPEMENT:

      l-ÉTAPE DE CADRAGE et LANCEMENT DU PROJET

          > ANALYSE FONCTIONNELLE

  Afin de caractériser les fonctions que pourraient offrir notre produit pour satisfaire les besoins de son utilisateur, nous avons décidé de faire une analyse fonctionnelle. Cependant, nous avons décidé de nous concentrer sur quelques outils de cette analyse, notamment le diagramme bête à cornes, le diagramme pieuvre et le cahier des charges fonctionnel.

• Bête à cornes

  Avant d'aller plus loin dans la réalisation de notre projet, il a fallu que nous cernions le besoin principal auquel répondront les fonctions souhaitées. Le diagramme bête à cornes constitue un moyen efficace d'exprimer le besoin sous forme de fonctions simples que devra remplir notre recycleur. Ainsi, grâce à celle-ci, nous avons pu expliciter simplement notre besoin primaire.

 Fig 1: Bête à cornes

  Le diagramme bête à cornes nous a permis d’identifier que notre recycleur de bouteilles rend service à un utilisateur, en agissant sur les bouteilles dans le but de faciliter son recyclage.

• Diagramme pieuvre:

  Le diagramme pieuvre est un schéma qui représente la relation entre le produit et son environnement. Il offre une représentation des fonctions (primaires ou secondaires) de services d'un produit. Il permet aussi de voir comment ces fonctions réagissent avec le milieu extérieur . 

Fig 2:Diagramme pieuvre

 Nous pouvons alors identifier les fonctions suivantes :

FP1 : Faciliter le recyclage des bouteilles utilisées

FC1 : Alimenter la machine en énergie 

FC2 : Résister au milieu extérieur

FC3 : Etre stable par rapport au sol

FC4 : S'adapter à toutes les dimensions des différentes bouteilles

• Cahier des charges fonctionnel

  Grâce au cahier des charges fonctionnel, nous avons pu présenter de manière détaillée et structurée les spécifications, les services à rendre et les contraintes de notre recycleur. Le cahier des charges donne une vision plus globale et complète permettant de cadrer un projet. Il était donc indispensable que nous le fassions.

      2-ETAPE DE CONCEPTION ET DE PLANIFICATION

          > Schéma

  Après plusieurs esquisses, fruits de nos différentes imaginations, nous nous sommes mis d’accord sur la structure que devrait avoir notre produit.

Fig 3:Coupe A-A                                                         Fig 4:Schéma vu de droite

          > Comment fonctionne notre recycleur de bouteilles ?

  Notre recycleur est une boîte composée de deux tiroirs, d’une porte circulaire et d’un fil en nichrone. 

   Tout de suite après sa dernière gorgée, l'utilisateur peut séparer le bouchon de la bouteille de plastique, car un des tiroirs est dédié aux bouchons. Une fois cela fait, il tire et ouvre la porte circulaire afin d’introduire la bouteille dans le trou. Il devra pousser celle-ci contre le fil chaud afin qu'elle se coupe en deux. Ce tiroir à bouteilles est composé d’une surface munie de plusieurs trous à travers lesquels passent les collerettes une fois séparés des bouteilles. Ainsi, dès que le tiroir à bouteilles est plein, les usines de recyclage pourra récupérer séparément les bouteilles et les bouchons qui ne seront pas recyclés de la même manière puisqu’ils ne sont pas constitués de la même matière. De ce fait, le recyclage est amélioré. Nous gagnons aussi en volume car au fur et à mesure que des personnes introduisent des bouteilles dans notre recycleur et qu'elles sont coupées en deux, les demies bouteilles peuvent être empilées les unes dans les autres.

          > Choix des dimensions

  Le premier objectif que nous nous étions fixé était de confectionner un recycleur qui pourrait être utilisé et disposé dans les rues de Strasbourg. Mais après avoir reçu des conseils de nos professeurs par rapport à l'alimentation du fil chaud et par rapport à l’objectif du produit, nous avons changé d'avis sur les dimensions - le recycleur pourra alors être utilisé par des familles ou par des particuliers, et ainsi il s'agit d'un premier concept. Le recyclage commence à la maison ! Nous avons donc finalement décidé de réduire les dimensions de notre boîte.

Notre boîte a les mesures suivantes:

Fig 4:Face droite du recycleur                                                                                                                                       Fig 5: Face du haut du recycleur

Fig 6: Trou par lequel l'utilisateur devra introduire la bouteille

  Nous avons décidé de faire des pièces complémentaires qui pourraient être assemblées grâce au principe d’assemblage en queue d’aronde . 

          > Modélisation sur CREO

  Cette étape constitue le pont entre l’idée et la conception de notre sytème. Elle nous a permis d'obtenir un rendu plus précis et en 3D. La modélasation nous a rapproché de l’idée finale que nous nous étions faits de notre recycleur.

Ainsi, notre modélisation a donné :

Fig 7:Modélisation de notre recycleur

         > Choix des matériaux

  Notre recycleur doit être fait d’un matériau isolant thermique à cause du fil chaud, mais aussi résistant et peu coûteux. Ainsi, parmi les matériaux que nous proposait la palette du FabLab, nous avons choisi le plexiglass.

      3-ETAPE DE RÉALISATION

        > Test

Avant d'aller plus loin dans la réalisation de notre projet, il a fallu que nous nous assurions que le fil soit suffisamment chauffé afin d'être capable de couper les bouteilles. Ainsi, nous avons réalisé un test dans l'une des salles du FabLab : Lien vers la vidéo

         > Comment alimenter notre boite

Nous avons allimenté notre boite avec un generateur que nous avons a notre disposition au FabLab. Nous avons eu l'opportunité d'experimenter sur deux diamétres de fils en nichrome. Le fait que les fils soit en nichrome est important, car c'est un metal très resistant. Nous pouvons trouver les fils de nichrome dans les plaques de cuission ou des cigarettes électriques due à la chaleur produite par le passage de l'électricité dans le fil.

Nous pouvons voir notre montage dans la figure 8. La distance entre les deux points d'accroche est imporant, parce que en reduisant la distance, nous avons une plus faible resistance. La resistance (R) est égale à la resistivité (p) de la matiére fois la longueur (l) du fil entre les accroches divisé par la section du fil (A) : R = p * l / A. La loi qui nous a aidé dans les calculs de dimensionnement des piéces autour du fil est la loi de Jules qui dit que la chaleur dégagé (H) est égale à la resitance (R) fois le courrant (I) au carré: H = R * I^2. 

Pour couper la bouteille plus facilement, nous cherchons un H le plus élevè possible. Ainsi, nous obtenons cela en augmentons la resistance et en augmentons le courrant. La difficulté que nous avons rencontré est que la generateur avait un courant maximal qui était autour de 2 Ampers et nous avons une distance maximal aussi. Mais nous sommes content avec le resultat que nous avons eu.

         > Machines utilisées

  En parallèle au matériau choisi, nous avons aussi dû choisir une machine pour travailler ce dernier afin d’obtenir notre boîte. La découpeuse laser est la machine que nous avons jugé la plus apte à découper le matériau que nous avons choisi. Sur la vidéo ci-dessous,vous pourrez observer une découpe de pièce que nous avons fait. Lien vers la vidéo

      4-ÉTAPE DE CLÔTURE

   Dans cette étape, nous avons terminé de découper nos pièces et nous avons pu les assembler afin d’obtenir notre recycleur monté.

Fig 8: Recycleur de bouteilles PET par découpe à fil chaud par SK3.

> Produit final

Recycleur PET final

Cette vidéo illustre bien le fonctionnement du produit que nous avons réalisé. Notre recycleur permet de séparer les deux types de plastique dont est constitué une bouteille. Il permet aussi de gagner en espace parce que les bouteilles sont coupées en deux et qu’elles s’empilent par la suite.

 Sur la figure ci-dessous, nous pouvons voir le résultat d'un de nos tests. A gauche, nous pouvons observer trois bouteilles de tailles différentes découpées par notre recycleur puis empilées et à droite une bouteille entière. Nous remarquons le gain d'espace grâce notre produit.

Fig 9: esapce gagné après passage de bouteilles dans notre recycleur.

  >  Quelles améliorations apporter ?

Notre produit n’est bien sûr pas parfait. De ce fait, nous pouvons nous pencher sur certaines améliorations qui pourraient être faites. 

En premier lieu, notre produit pourrait être totalement automatisé. En effet, nous sommes conscients que dans l’état actuel des choses le recycleur demande à l’utilisateur de fournir un certain nombre d’efforts (pousser la bouteille contre le fil, ouvrir le tiroir pour y mettre le bouchon) qui pourraient être remplacés avec une automatisation du recycleur. 

Deuxièmement, le design du recycleur n’est pas optimal. Il pourrait être amélioré.

Si nous devions revoir notre projet, nous consacrerions plus de temps au design et nous nous pencherions sur l'automatisation d'un tel système. 

   CONCLUSION:

   En somme, ce projet nous a appris plusieurs choses. Premièrement, il nous a familiarisés au travail d'équipe. Il nous a appris que prendre en compte l’avis de chacun est important pour le bon fonctionnement du projet. Deuxièmement, il nous a appris à rester organisés et à communiquer davantage peu importe la situation. En effet à cause de la situation actuelle (nous étions en présentiel une semaine sur deux, puis en confinement) il nous a fallu faire preuve d’organisation pour suivre l’avancement du projet. Enfin, ce projet nous a appris à persévérer face aux difficultés que nous avons rencontrées.Tout au long de ce projet, nous avons été confrontés à plusieurs problèmes que ce soit par rapport à l’accès aux différentes ressources. Mais, nous n’avons pas baissé les bras pour autant ! Ce projet fut une très belle expérience qui nous a fait grandir et qui nous a donné un avant goût de quelques aspects de nos futures vies d’ingénieurs.

Merci pour tout !