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CHAUVET Maxence Terminale STI2D

SOUTENANCE DE PROJET

Lycée Edouard BRANLY 2013-2014

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SOMMAIRE

Introduction

Développement :

I. Contexte/Cadre de l’étude

II. Présentation du système étudié

III. Problématiques

IV. Avantages et inconvénients

V. Mon rôle dans l’équipe

VI. Hypothèses

a) Recherche de solution de perçage

b) Conception préliminaire

VII. Solutions retenues

VIII. Mise en œuvre de la solution retenue

a) Conception par CAO

IX. Résultats obtenus et perspectives

X Processus de fabrication

Conclusion

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INTRODUCTION

En équipe de trois personnes de terminale STI2D, nous avions comme projet de réaliser

un système innovant permettant de percer des boules de chocolat afin de les garnir de fruit de

la passion. Ce projet nous a été confié par la chocolaterie SEVE dans le cadre de notre projet

technologique. Pour mener à bien ce travail, nous devions remplir plusieurs objectifs dont une

bonne coopération et coordination en équipe, la répartition des tâches, le travail préliminaire

de conception, la maîtrise de différents logiciels (CAO), et la maîtrise des techniques

d’innovation et d’éco conception. Nous nous sommes divisés le travail en trois parties : un

élève était chargé de s’occuper du système de perçage, un autre élève chargé de réaliser le

pied soutenant le système de perçage, puis un dernier chargé d’élaborer le système de

déplacement vertical. Afin de réaliser ce travail, notre priorité fut de réaliser la conception

préliminaire du système de perçage (croquis, esquisses, schémas), c’est seulement après cela

que nous nous sommes concentrés sur les autres parties du projet.

PARTIE 1 : LE CADRE DE L’ETUDE

Etant en terminale en STI2D option ITEC, nous avions un projet de fin d’année à réaliser

pour notre baccalauréat par groupe de trois à cinq élèves. Plusieurs projets nous ont été mis à

disposition, et nous avons nous-mêmes choisi par groupe un projet qui nous semblait

intéressant et enrichissant. Une fois le projet choisi (le système de perçage des boules de

chocolat), nous avons réparti les tâches en trois, en fonction de nos compétences personnelles

propres : Maxence s’est occupé de réaliser le système de perçage, Thomas s’est occupé du

pied du système, et Mathieu a réalisé le système de déplacement vertical.

Le but de notre projet était d’éco concevoir un système innovant, avec des solutions

techniques simples, à la portée de notre budget, de nos compétences et réalisable en 70h. Dans

le cadre de l’étude du projet, il y aura trois étapes essentielles : la définition indispensable

avant la réalisation pratique (conception préliminaire), la conception (conception détaillée), la

réalisation (prototypage, maquettage), et les tests.

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PARTIE 2 : PRESENTATION ET PRINCIPE DE

FONCTIONNEMENT DU SYSTEME ETUDIE

Le système de base utilisé par le pâtissier était assez simple et peu pratique. Il utilisait un

fusil pour aiguiser les couteaux qu’il chauffait à l’aide d’un chalumeau, puis perçait la boule à

l’aide de la chaleur du fusil. Ce système était trop peu productif et trop peu rentable.

Diagramme de cas :

Percer la

boule

Introduire

le coulis

Fonctions du produit contraintes

règles

d’hygiène

Précision du

trou

Simplicité du

trou

Rentabilité

PARTIE 3 : PROBLEMATIQUES

Nos différentes problématiques étaient de trouver un système innovant permettant

d’améliorer la rentabilité, la précision, l’efficacité, la sécurité et la pénibilité du travail réalisé

par le chocolatier.

Les problèmes rencontrés durant notre projet furent de se coordonner dans nos différentes

tâches, de trouver des solutions viables en terme d’efficacité et de faisabilité de la maquette.

Toutes les solutions techniques que nous trouvions devaient répondre au cahier des charges

préalablement déterminé par l’équipe et devaient aussi respecter les règles d’hygiène

imposées dans le domaine alimentaire.

De façon plus précise les différentes problématiques que nous avons rencontrées sont :

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- ne pas changer le goût du chocolat ;

- ne pas endommager le reste de la boule ;

- utiliser des matériaux respectant les règles d’hygiène, peu coûteux et faciles

d’utilisation ;

- trouver un système plus rapide, efficace et productif.

PARTIE 4 : AVANTAGES ET INCONVENIENTS

Le système utilisé par le chocolatier présent différent avantages et

inconvénients. Concernant les avantages, le système simplifié était peu coûteux, facile

d’utilisation, ergonomique, nécessitant peu de matériel, peu de compétences personnelles, et

pouvait se laver et se ranger facilement. Mais malgré tous ces avantages, il comportait des

inconvénients importants tels qu’un manque de précision, peu de rentabilité et d’efficacité,

peu sécurisant (brûlures, etc.), et requérait beaucoup de concentration et de minutie.

PARTIE 5 : MON RÔLE DANS L’EQUIPE

Le projet fut répartit en trois parties comme expliqué auparavant. Mon rôle dans ce projet était

De concevoir la partie qui permettait le perçage dans la boule de chocolat. Je devais être

rapide pour commencer à concevoir ma pièce car les deux autres parties dépendaient de la

mienne. Tout au long de ce projet j’ai favorisé les réunions d’équipe en cas de problèmes puis

pour valider les solutions techniques que je mettais en place.

PARTIE 6 : HYPOTHESES

a) Recherche de solutions

Pour émettre des hypothèses, j’ai du garder les avantages et travailler sur les

inconvénients afin d’y remédier. Avant toute réflexion sur un système complet de perçage,

J’ai étudié environ toutes les possibilités existantes :

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- le perçage avec foret (le forage) : concernant les avantages, ce système est facile à

mettre en place et peu coûteux. Concernant les inconvénients, il n’est pas adapté à la matière

et il y a des risques de dégradation de la boule.

- le perçage avec un laser : ce système est extrêmement précis mais comporte trop

d’inconvénients tels que la rareté, le coût trop onéreux, le système inadapté à la matière, trop

puissant, difficile à mettre en place et demande des connaissances particulières pour

l’utilisation.

- le perçage par percussion (le perçage vibratoire) : ce système ne présente aucun

avantage. Il ne pourrait pas être employé sur une boule de chocolat car la matière est trop

fragile pour résister aux vibrations.

- le perçage par résistance thermique : ce système présent beaucoup d’avantages puisqu’il

est facile à mettre en place, peu onéreux, il permet de faire un trou avec précision et sans

effort mécanique. Mais des inconvénients sont envisageables car si la résistance thermique est

trop chaude cela peut dégrader la boule et changer son goût, et cela ne respecterait pas les

normes de sécurité.

-Percer à l’aide d’un pistolet thermique.

-Machine composées de trois parties ; têtes de perçage, système de déplacement verticale

et d’un pied pour tenir le tout.

b) Conception préliminaire :

Nos hypothèses étaient les suivantes :

Pistolet thermique

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Machine

PARTIE 7 : SOLUTION RETENUE

Après avoir analysé toutes les hypothèses émises, j’ai retenu le perçage par résistance

thermique et la machine composée des trois parties.

-Sept têtes de perçage chauffé a 100°c (le nombre permet d’augmenter la productivité)

-Sept cônes de jonctions ; permettant la fixation des têtes de perçage

-Barre profilé soutenant les cônes de jonction et les têtes de perçage

Les cônes de jonction seront réalisés en aluminium car il s’agit d’un matériau recyclable

(éco conception, faible charge environnemental), facile d’entretien, très rigide (supporte les

contraintes mécaniques), léger, robuste, avec une grande longévité dans le temps. De plus, il

fait parti des rares matériaux utilisables dans le domaine de l’alimentaire (normes d’hygiène et

de sécurité). Les têtes de perçage seront réalisées en acier inoxydable car c’est un matériau

écologique (100% recyclable), qui respecte les normes d’hygiène et de sécurité, facile

d’entretien, il résiste aux agents nettoyants agressifs et à une bonne conductivité thermique. Il

permet aussi de résister au contrainte thermique exigé sans ce dégrader.

Ce mode de perçage fut retenu car économiquement il est le plus rentable du fait de son

faible coût et car il allie efficacité et productivité. Ce système peut être facilement utilisé de

façon quotidienne par le pâtisser, il ne requiert pas de connaissances techniques précises,

n’altère par l’aliment et respecte les normes d’hygiène et de sécurité.

La machine quant à elle fut retenue car elle garde tous les avantages de l’ancien système,

et répond aux problématiques posées dont notamment celle de la productivité.

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Schéma tête de perçage :

PARTIE 8 : MISE EN ŒUVRE DE LA SOLUTION

RETENUE

a) Conception par CAO

Pour la mise en œuvre de notre solution retenue, nous sommes tout d’abord passés par

une étape papier (dessins, croquis), puis nous avons réalisé un schéma côté avec toutes les

dimensions afin de commencer le travail sur le logiciel de conception 3D.

CONCEPTION 3D :

Buse de perçage en acier inoxydable, système de fermeture « ¾ de tour »

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Cône de jonction en aluminium.

Assemblage final de ma partie

Vue en coupe de l’assemblage

PARTIE 9 : RESULTATS OBTENUS ET

PERSPECTIVES

Le lycée nous a mis à disposition un logiciel connu et fiable : Solidworks. A la fin de notre

conception sur ordinateur, nous avons procédé à différents tests :

- les tests de résistance des matériaux

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Je voulais déterminer s’il n’y avait pas d’effondrement soudain sous la pression de la

main de l’utilisateur j’ai donc simulé une pression de 200 N/m² pour avoir un coefficient de

sécurité de deux.

Buse de perçage

Nous pouvons constater que la contrainte maximum est de 28 932,3 N/m² et que la limite

d’élasticité de ma pièce est de 241 275 000 N/m² j’en conclus donc que ma pièce résiste sans

problème à la pression exercée. Nous pouvons quand même remarquer que la contrainte

maximale s’effectue au niveau des angles cela est sûrement du à des angles trop incisifs.

Cône de jonction

Nous pouvons constater que la contrainte maximum est 810,8 N/m² et que la limite

d’élasticité de ma pièce est de 27 574 200N/m² j’en conclus donc que ma pièce résiste sans

problème a la pression exercée.

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- le calcul du poids (assemblage à 636.38 g)

- la durabilité et éco conception (fiabilité du système, une base de 20 ans)

- le transfert thermique (conductivité thermique des matériaux ; dilatation des pièces)

Aluminium 200 w/(m.K) acier inoxydable 38 w/(m.K)

Ce test n’a pu être réalisé du a une licence solidworks pas assez élevé, je ne disposais pas de

moyens informatique nécessaire pour le faire, cependant j’ai procédé a un calcul manuel.

avec :

ΔL la variation de longueur en mètre (m) ;

α le coefficient de dilatation linéaire en kelvin puissance moins un (K -1

) ;

L0 la longueur initiale en mètre (m) ;

ΔT = T - T0 la variation de température en kelvin (K) ou en degré Celsius (°C).

Pour la buse ΔL= 1.5*10^-5 *0.051*80= 6.12*10^-5 m

Pour le cône de jonction ΔL=2.4*10^-5*0.032*80= 6.14*10^-5m

Je peux en conclure donc que la dilatation des pièces chauffées est vraiment infime.

- Etude avec Sustainability (impact environnementale)

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PARTIE 10 : PROCEDE DE FABRICATION

Dans la réalisation de ma partie je devais intégrer le fait de pouvoir facilement réaliser

mes différentes pièces. J’ai donc adapté mes matériaux à cette contrainte. A l’aide

DMFXpress j’ai pu savoir si mes pièces étaient manufacturable ou pas. Il c’est avéré que pour

la buse de perçage, mes angles pour le système de fermeture ¾ étaient trop incisifs j’ai donc

du procéder à des congés. Puis avec la fonction costing je me suis intéressé au coût de ma

pièce si je devais la faire réaliser en usine. Le total reviendrait à environ 47 euros.

. Suite à la réalisation par CAO de notre système, les différents tests que nous lui avons

appliqués et l’accord de notre professeur, nous avons décidé d’imprimer à échelle réduite par

souci de prix en résine le système.

Nous n’avons jamais pu le modéliser aux réelles dimensions et avec les matériaux choisis

car nous ne disposions pas des moyens techniques et financiers suffisants.

En espérant que notre système convienne aux besoins et réponde aux problématiques de

l’entreprise SEVE, et que celle-ci puisse un jour la mettre en œuvre dans sa chocolaterie

CONCLUSION

Grâce à notre travail d’équipe, le problème concernant le perçage des boules de chocolat a

été résolu. L’objectif fut atteint, le système de perçage pourra être appliqué dans l’entreprise

SEVE. Cependant, il existait tout de même d’autres méthodes mais celles-ci étaient plus

longues et plus coûteuses à réaliser. Nous avons privilégié une méthode plus simple et moins

onéreuse par rapport à notre niveau. Il resterait à faire un prototypage du système dans la

matière souhaitée et de le mettre en pratique dans la chocolaterie. Pour que celui-ci soit mis en

pratique, il faudra négocier le projet avec l’entreprise SEVE et que celle-ci l’accepte.

Notre projet fut intéressant à concevoir mais pas aisé à mettre en place car il n’y avait pas

d’existant auparavant. De ce fait, nous avons du tout concevoir, imaginer nous-mêmes. Ce

projet nous permis à chacun d’apprendre le travail en équipe, de mieux comprendre

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l’importance de l’organisation et de la confiance au sein d’une équipe, et d’améliorer nos

capacités de réflexion sur une problématique.