Groupe A

 

 

 

 

 

 

 

  Introduction 

 

La création d’un produit innovant doit souvent partir d’un besoin. Aujourd’hui, certains musiciens attendent une réponse à un problème lié à l’instrument à vent. De la condensation se crée dans les trompettes et barytons (et d’autres encore) et ces musiciens sont obligés de l’extraire via la clé d'eau. La condensation se retrouve donc régulièrement sur le sol où les répétitions ont lieu et n’est pas nettoyée.

Comment pourrait-on empêcher que cette condensation se retrouve sur le sol?  La condensation étant un problème intrinsèque à ces instruments, nous allons devoir utiliser un récupérateur de condensation.

 

Etat de l‘art

Lors de notre recherche de sujet, après une réflexion collective, après une discussion avec nos proches, un trompettiste a relevé la problématique suivante: Que faire de la condensation générée lors l’utilisation de l’instrument ?

Dès lors, la question nous paraissait intéressante. Nous avons  fait des recherches sur internet et sur le site de l’INPI (Institut National de la Propriétée Intellectuelle), afin de savoir si un produit répondait déjà à la problématique mais rien de tel n’existait déjà. Voilà pourquoi nous voulions tenter de répondre au besoin.

 

Pour expliquer la problématique de l’utilisation des instruments à vent, nous pourrions faire l’analogie avec un système de récupération de pluie :

 

 

Bien que l'ordre de grandeur soit très distinct entre les deux produits, les fonctions principales des sous-parties seront identiques.

 

 

Analyse de la valeur

Bête à corne

 

 


MindMap

Le Mindmap nous a permis une représentation visuelle et une organisation des idées autour du récupérateur de condensation pour instruments à vent. 

 

 

 

Fonctions de service et de contraintes

 

Fp1:  Récupérer la condensation produite lors de l’utilisation de l’instrument par le musicien.

  - Pourquoi? Parce que sinon elle tombe sur le sol.

  - Pour quoi? Pour la récupérer proprement.

  - Évolution? Transformation du système de vanne sur les instruments

 

Fp2 :  Permettre au récupérateur de rester sur l’instrument.

  - Pourquoi ? Parce qu’il est utilisé fréquemment.

  - Pour quoi ? Pour être rapidement utilisable.

  - Evolution ? Rangement du récupérateur.

 

Fc1:  Ne pas faire de bruit lorsque le musicien joue.

  - Pourquoi ? Car le bruit interfèrent avec la musique que joue le musicien.

  - Pour quoi ? Pour être silencieux lors de l’utilisation de l’instrument.

  - Évolution ?  Augmentation du volume sonore de l’instrument.

 

Fc2:  Ne pas basculer lors des mouvements de l’instrument.

  - Pourquoi ? Parce que la condensation contenue dans le réservoir se renverserait.

  - Pour quoi ? Pour garder la condensation dans le récupérateur.

  - Évolution ? Les musiciens jouent immobile.

 

Fc3:  Résister aux rayons UV.

  - Pourquoi? Parce que l'on peut jouer à l'extérieur.

  - Pour quoi? Pour assurer la durée de vie prévue du récupérateur.

  - Évolution? Ne plus jouer au soleil.

 

Fc4:  S'adapter au milieu atmosphérique.

  - Pourquoi? Parce que l'on peut potentiellement jouer dans n’importe quelle condition (intérieur/extérieur, été/hiver, en montagne/à la mer, etc)

  - Pour quoi? Pour assurer la durée de vie prévue du récupérateur.

  - Évolution? Jouer dans un seul milieu atmosphérique.

 

Fc5:  Ne pas gêner le musicien.

  - Pourquoi? Parce qu'il faut de la place pour jouer.

  - Pour quoi? Pour que l'utilisation en soit agréable.

  - Évolution? La position lors de l’utilisation de l’instrument.

 

Fc6:  S'adapter au tube de l'instrument.

  - Pourquoi? Parce qu'il doit être accroché à l’instrument.

  - Pour quoi? Pour être facilement installé.

  - Évolution? La taille du tube de l’instrument.

 

Fc7 :  Être capable de contenir toute la condensation produite.

  - Pourquoi? Parce que sinon il déborde.

  - Pour quoi? Pour avoir une autonomie suffisante.

  - Évolution? La durée d'utilisation de l’instrument.

 

Fc8:  Avoir un design attrayant.

  - Pourquoi ? Parce que c’est un gadget ajouté sur l’instrument.

  - Pour quoi ? Pour attirer et plaire à l’utilisateur.

  - Evolution ? Tendance ou goûts des musiciens.

 

Fc9:  Ne pas abîmer l’instrument.

  - Pourquoi? Parce que le récupérateur est en contact avec l’instrument.

  - Pour quoi? Pour conserver le bon état de l’instrument.

  - Evolution? Nouveaux matériaux pour instrument.

 

Choix et évaluation des solutions techniques

 

Les diamètres des tubes/conduits et la position de la vanne sont différents suivant les instruments. Nous devons donc choisir les caractéristiques de notre futur collecteur. C’est à dire qu’il sera soit à angle fixe, soit articulé et nous imprimerons une attache pour chaque instrument ou une qui s’adapte à plusieurs diamètres de tube.

 

L’avantage d’un récupérateur à angle fixe est qu’il sera très étanche pour l’instrument concerné car il sera conçu sur mesure. En revanche le nombre d’acheteur potentiel sera plus restreint.

 

L’avantage d’un récupérateur articulé est la capacité d’adaptation à tous les instruments à vent, peu importe l’angle de courbure du tuyau. Nous toucherons donc un plus large public avec un seul modèle mais l’étanchéité peut diminuer. Les pertes de condensation resteront tout de même faibles et nous pourrons utiliser des matières plastiques adaptés au frottement et glissement des surfaces de contact de l’articulation.

 

Fabriquer une attache pour chaque instrument à vent ne serait pas économiquement rentable. C’est pourquoi, celle que nous imprimerons s’adaptera à plusieurs instruments grâce à l'élasticité de la matière plastique utilisée.

 

Forme

 

La partie réservoir en elle-même peut évidemment être conçue de différentes manières. Les formes de sphère, de fiole, de cylindre présentaient toutes des inconvénients qui nous ont permis de les éliminer ( esthétisme, contraignant à vider, minimise les mouvements de l’instrument).

 

Une des formes qui paraissait concevable était la forme en L. En effet, la condensation circule peu à l’intérieur lors des mouvements éventuels du musicien. Et pour éviter le renversement du réservoir, nous aurions prévu de l’incliner (comme sur le dessin ci-dessous) de +/- 80°. En revanche, la forme n’est ni symétrique ni parallèle au tube de l’instrument, ce qui diminue l’esthétisme du reservoir.

 

La forme finale que nous avons adopté est la suivante : le T. Celle-ci autorise au musicien presque toutes les positions imaginables. Elle est symétrique, discrète et esthétique.




 

L’élément important qui devra être présent sur la partie entonnoir du réservoir est la rainure afin de permettre le passage du levier de fermeture de la clé d’eau.

 

Principe de l’attache

 

Une des premières solutions envisagées fut celle utilisant une goupille pour maintenir la liaison pivot entre l’attache et la partie réservoir. En revanche le maintien par la goupille pouvait être imprécis et instable.Le réservoir ne se serait également pas adapté à toutes les courbures possibles d’instrument à vent. Cette solution ne répondait donc pas entièrement au cahiers des charges.

 

 

La solution retenue est celle présentée sur le dessin suivant. Nous utiliserons une vis papillon pour réaliser le maintien en position.


 

 

 

Hypothèses et calcul de bras de levier

 

Nous avons mené un court raisonnement afin de terminer les longueurs l1, l2, l3 (limites et autorisées) représentées ci-dessous et afin de vérifier que notre réservoir ne puisse pas casser.

 

 

Nous considérons un pavé vide pour “l’entonnoir” et un pavé vide pour le “réservoir”. Le réservoir doit contenir environ 5 cl de condensation. Nous négligeons la masse du goulot.

On a : Vre=5*1*1=5 cm^3 et Vent=2*2*1=4 cm^3.

D’où, Vtot=5+4=9 cm^3.

 

Ensuite, nous considérons les volumes extérieurs des “pavés”, c’est à dire que nous leur attribuons une épaisseur de 1mm.

Ce qui nous donne: Vre(ext)=5.2*1.2*1.2= 7.5 cm^3 et Vent(ext)=2.2*2.2*1.2=5.8 cm^3

D’où, Vtot(ext)=13.3 cm^3

 

Finalement, le volume de matière est : Vm= 13.3-9=4.3 cm^3

 

Nous supposons l’utilisation de l’ABS et on obtient : m=4.3*1.05=4.5g

 

Nous considérons la concentration de masse en un point, d’où le poids P=m.g= 0.00046 N

Nous aurons donc un moment égal à :  M=l3*0.00046N.m

 

Conclusion des calculs: Le moment sera très faible. A l’échelle du réservoir et compte tenu de sa masse, tous les choix imaginables de l1, l2, l3 sont réalisables.

 

Valorisation et quantification des fonctions du récupérateur


 

Fonction

Critère

Niveau

Flexibilité

Fp1

-Pourcentage de condensation récupérée


-Etanchéité

- 95% minimum

- 100% maximum


- Etanche

F1



F0

Fp2

Forme de l’attache ajustée au diamètre du tube de l’instrument et matière adaptée

-Expérience de résistance de l’attache

-Limite élastique en extension

F1

Fc1

Intensité sonore occasionnée par le récupérateur

< 20 dB

F1

Fc2

Inclinaison maximale du récupérateur

+/-90°

F1

Fc3

Choix d’une matière peu sensible aux rayons lumineux

Résistance à l’exposition à la lumière

F2

Fc4

Choix d’une matière adaptée aux conditions d’utilisation

Résistance à l’humidité

F2

Fc5

Volume de la pièce

Masse de la pièce

< 100cm3

< 100g

F1

F1

Fc6

Diamètre de l’attache

12.5 mm < d < 14 mm

F1

Fc7

Capacité de stockage du réservoire

1.35cl < V < 16cl

F2

Fc8

Choix d’une forme / couleur

Au goût de l'utilisateur

F3

Fc9

Choix d’une matière

Ne pas rayer

F1

 

F0 : niveau impératif    F1 : niveau peu négociable   F2 : niveau négociable   F3 : niveau très négociable

 

Les valeurs indiquées pour les fonctions Fc2, Fc5, Fc7 ont été choisies grâce à l’expérience:

  • l’angle donné pour la Fc2 correspond à une position extrême de l’instrument dans laquelle le musicien pourrait jouer.

  • le volume et la masse de la pièce est tolérable pour ne pas gêner le musicien. En réalité, nous avons mesuré un volume de 15±1 mL pour la capacité du réservoir.

  • l’intervalle correspond aux valeurs de diamètre des tubes de trompettes et baryton.

  • La capacité de stockage est valable pour une utilisation intense de l’instrument pendant environ 3h30.

 

 

Modélisation et conception de la solution technique choisie

 

Il nous était nécessaire d’utiliser un logiciel de conception assistée par ordinateur pour réaliser notre pièce car le seul moyen mis à notre disposition pour la créer était l’impression 3D. En effet, l’impression 3D requiert obligatoirement un fichier de CAO. L’avantage de la CAO est qu’il est très aisé de faire des modifications sur notre modèle. Cela nous a effectivement été utile car notre premier essai ne correspondait pas aux dimensions de l’instrument. Il nous a donc juste fallu changer quelques valeurs de dimensions sur le logiciel de CAO.

Nous avons choisi de travailler sur Creo Parametric. Même si ce logiciel n’était pas disponible sur les ordinateurs du Fablab, il nous était plus pratique de travailler sur Creo car nous étions déjà habitué à ce logiciel en raison de nos quelques heures passées à travailler dessus en TP de Construction.

 

Pour dimensionner le modèle, nous nous sommes basé sur les mesures présentes dans notre tableau de quantification des fonctions et sur celles faites directement sur l’instrument de référence.

 

La forme finale modélisée est basée à la fois sur les solutions techniques envisagées, sur les fonctions du récupérateur, sur nos compétences de modélisation et sur notre inspiration.


 

Lors de la première impression, nous avons modélisé le récupérateur sur creo avec des mauvaises dimensions. La partie embouchure (entonnoir) avait un diamètre très inférieur à celui du tube de l’instrument mais la rainure avait une bonne largeur. La partie réservoir était trop petite pour contenir le volume de condensation produit lors de l’utilisation de l’instrument ( environ 0 ml). De plus nous nous sommes rendu compte du défaut majeur suivant. Le réservoir de forme cylindrique (voir photo ci-dessous) ne pouvait pas se vider après remplissage, sauf ajout d'une vanne de vidange.

 

 

 

 

Réservoir aux mauvaises dimensions et formes

 

Après cet échec, nous avons modifié notre modèle sur Creo : ses dimensions ainsi que sa forme pour la rendre plus ergonomique. Un réservoir en entonnoir avec des arêtes arrondies. Les photos ci-dessous représentent notre modèle de réservoir final.   

 

 

 

Vue supérieure du réservoir



 

 

 

 

Vue inférieure du réservoir

 

 

 

Vue droite du réservoir avec sa fixation

 

 

Vue gauche du réservoir avec sa fixation
 

La deuxième impression du modèle final fut concluante. Les dimensions du récupérateur correspondaient parfaitement aux dimensions de l’instrument.



 

Le récupérateur en phase d'utilisation







Vue approchée du récupérateur en phase d'utilisation

 

 

 

Le récupérateur incliné avant son démontage de l'instrument

 

 

 

Le récupérateur démonté de son instrument

 

Conclusion

 
Lors de ce projet, nous avons utilisé au maximum les outils d'analyse de la valeur, enseignés en première année. Le premier prototype réalisé au début du projet ne nous permettait pas de répondre entirèrement au cahier des charges. Nous avons fait évoluer nos dessins, nos schémas et part la suite, de manière empirique la géométrie de la pièce. Finalement, avec notre récupérateur de condensation, nous avons répondu à la problématique énoncée par des musiciens de notre entourage. Nous sommes fier de vous présenter notre produit fini. Dorénavant, vous, utilisateurs d'instruments à vent, vous n'aurez plus les pieds mouilés.

  

 

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