Activités1 : Comment choisir un matériau
 | Le drone étudié est constitué de composants standard tels que les moteurs, l'hélice, l'accumulateur, la caméra et autres accessoires qui n'ont pas été réalisés par les concepteurs du drone [document 1]. Mais l'élaboration du drone impose par ailleurs la création de pièces originales comme les deux plaques PCB constituant le châssis et les quatre bras supportant la motorisation. Nous allons nous intéresser au choix du matériau constituant le bras de liaison entre le bloc propulseur et le châssis. |
◆ Démarche de résolution
La liaison du bras avec le châssis au groupe propulseur nécessite un matériau résistant, à la fois rigide, léger
et ayant une empreinte CO2 sur son cycle de vie la plus faible possible.
À l'aide du logiciel CES EduPack de la société Granta, on retient quatre critères de choix [document 2] :
la masse volumique : 500 à 1 250 kg·m–3 (la pièce doit être la plus légère possible) ;
la limite élastique : 50 à 100 MPa ;
le module de Young : 1 à 10 GPa (pièce rigide) ;
l'empreinte CO2 en production primaire : 0,1 à 10 kg CO2·kg–1 (la production primaire représente 80 % de l'empreinte C02, la fabrication 10 %, le recyclage et autres 10 %).
Le choix va se porter sur une matière plastique, la pièce sera obtenue par injection plastique sous pression,
avec un faible coût de production.
◆ Résultats avec le logiciel CES EduPack
Une fois les données définies par le concepteur, le logiciel propose une liste de six matériaux plastiques qu'il faut analyser afin d'en extraire le plus performant au regard de l'utilisation pour le drone [documents 3 et 4].
◆ Analyse des résultats et choix du matériau
Pour ces six matériaux, il faut hiérarchiser les quatre critères afin d'extraire le matériau le plus performant [Chapitre 1].
1. Limite élastique élevée (critère de résistance et de sécurité de l'engin).
2. Module de Young élevé (rigidité de la pièce).
3. Empreinte CO2 faible (critère d'écoconception et de développement durable).
4. Masse volumique faible (les six matériaux restent dans la même fourchette de masse).
Nous pouvons réaliser, avec le logiciel CES EduPack, des graphiques croisés qui vont nous permettre de décider du choix du matériau [documents 5 et 6].
Le choix se portera sur un polyamide (nylon, PA) car ses qualités mécaniques conviennent parfaitement. Il a aussi un autre avantage en matière de design : il se colore facilement. Par contre, ce matériau n'est pas le meilleur du point de vue de l'empreinte CO2. Il conviendra d'avoir, dans la démarche globale d'écoconception, d'autres pièces qui équilibreront ce point négatif.
◆ Travail à faire :
Méthode : Choisir un matériau
Utilisez le logiciel CES EduPack afin de répondre aux questions suivantes.
Dans notre recherche, les critères sont centrés sur les polymères. En insérant des valeurs minimales plus faibles dans le logiciel, quels sont les matériaux proposés ?
Pourquoi une structure en carton ne peut-elle convenir ?
Si l'on modifie la hiérarchisation des quatre critères en mettant en avant le critère « empreinte CO2 en production primaire », quel est le matériau le plus performant ?
Quelles sont les conséquences sur la stabilité de vol si le bras ne respecte pas le comportement mécanique attendu (trop de déplacement en bout de bras par exemple) ?
