Ce projet a été réalisé par des étudiants de Polytech Angers dans le cadre de leur 2e année de cycle préparatoire (Parcours des écoles d'ingénieurs Polytech - PeiP). Il a pour but de les mettre en situation de gestion de projet et de résolution de problèmes scientifiques, techniques mais aussi d'organisation. Voici l'article qu'ils ont rédigé dans le blog de leur promo :

Imaginez une structure en Lego volant grâce à de l’hélium et pilotée à distance avec une manette de PS4… Cela semble être un projet fou n’est-ce pas ? Pourtant, ce projet a vu le jour, sous le nom de “Z’heppelin”.

L’équipe de choc

Nous sommes les 4 étudiants en PEIP2-A à Polytech Angers, qui avons choisi ce projet tutoré proposé par notre professeur M. Sylvain Verron. Voici une petite photo de l’équipe :

De gauche à droite : Séverin DRUGEON, Noah PAQUEREAU, Nassim BOUALAM & Noé CHARPENTIER

Le projet

Qu’est ce que le Z’Heppelin ?

La problématique initiale était la suivante : réaliser un zeppelin miniature (ou en tout cas avec une structure y ressemblant) en Lego, capable de se déplacer dans toutes les directions de l’espace à l’aide d’un pilotage via une manette de PS4. Ce à quoi vous nous répondrez : “Mais un zeppelin, c'est quoi ?” La définition exacte dit que c’est “un aérostat de type dirigeable rigide, de fabrication allemande”. Grossièrement, c’est un énorme ballon d’hélium qui peut transporter des voyageurs. C’était un moyen de transport beaucoup utilisé en fin de 19ᵉ siècle/ début 20ᵉ mais qui fut rapidement abandonné du fait de sa dangerosité (énormément d’accidents, inflammables, peu fiables…). Notre projet est donc de construire un zeppelin miniature, en Lego et piloté à distance à l’aide d’une brique EV3.

Brique légo EV₃

Pourquoi avoir choisi ce projet ?

En premier lieu, nous voulions travailler sur un projet qui nous intéresse suffisamment pour ne pas avoir l’impression de “réellement” travailler. Ensuite c’est un projet cohérent avec nos différents choix de spécialité, entre ceux qui pensent se diriger vers les systèmes mécaniques (pignonnerie des hélices, codage au service de la mécanique…) et ceux vers le génie civil (calcul de structure, répartition optimisée de la masse…). L’intérêt de ce projet est aussi de travailler sur quelque chose de moins conventionnel, les zeppelins ne sont plus utilisés de nos jours, donc on aura sûrement jamais l’occasion de travailler sur ce moyen de transport dans notre vie professionnelle. Et puis, faire des legos c’est plus rigolo que de rester derrière un ordinateur !

Les problèmes

Des débuts difficiles

Une fois l’attribution des projets réalisée, notre groupe est allé s’installer en salle informatique et… Nous ne savions pas par où commencer, il y avait trop de questions différentes qui se posaient et des désaccords dans le groupe. Certains voulaient commencer par réaliser le code, d’autres se demandaient combien de ballons et de quelle forme (rond/hélicoïdale) nous aurions besoin tandis que d’autres regardaient les hélices existantes… alors qu’il faut peut-être une structure de base avant d’y ajouter des trucs dessus non ?!?!!? (signé Noé)

Bref, nous avons fait un brainstorming où nous avons listé toutes les problématiques auxquelles nous serons amenés à faire face. Nous les avons regroupées par catégories, car certaines étaient imbriquées entre elles, comme la disposition des moteurs, le nombre de moteurs et la taille de la structure ; ce qui a été notre point de départ.

Photo d’un des nombreux brainstormings réalisés

Un zeppelin qui zeppeline… ou pas.

Le projet était maintenant lancé, quatre étudiants ambitieux, avec de grandes idées pour leur Z’Heppelin… se sont vite calmés. Nous étions partis sur une structure Lego très grande, pouvant accueillir plusieurs ballons, avec deux moteurs sur le côté et un en dessous :

Malheureusement cela n’a pas marché pour plusieurs raisons : avec le prix de l’hélium (ha… on va y revenir sur l’hélium, il nous en a fait baver celui-là), M. Verron nous a limité à un seul ballon et la disposition des moteurs n’était pas optimisée pour le pilotage : elle était trop fragile. On a donc dû refaire toute une structure similaire à la précédente, mais réduite. Ensuite il y a eu d’autres soucis : où trouver un ballon qui peut accueillir 1 m cube d’hélium (car pour faire planer 1 kilo il faut 1 m cube d’hélium) ? Nous avons aussi eu des difficultés au niveau du code (qui ont HEUREUSEMENT été réglés par la suite). Mais un des premiers problèmes était le manque de puissance et la mauvaise optimisation des moteurs.

Mais pourquoi parle-t-on de moteurs ?

Alors c’est vrai que depuis le début, vous lisez des paragraphes sur les moteurs sans savoir à quoi ils servent. On en a mis deux en dessous, un derrière et un autre sur le côté, chacun avec un rôle défini. Les deux du dessous servent à générer une force de poussée pour contrer la force de pesanteur. Mais si vous suivez depuis le début vous nous rétorquerez : “Mais ce n’est pas le but du ballon de faire ça ?” Alors oui, le ballon va faire monter le zeppelin, donc avec un ballon qui fait plus d’1 m cube et une structure de 900 grammes… on le récupère comment notre ballon une fois arrivé à on ne sait combien de mètres de hauteur ?

Donc, on a trois modes de vol :

• Moteur éteint = le zeppelin redescend lentement
• Moteur allumé puissance 1 = vol stationnaire
• Moteur allumé puissance 2 = le zeppelin monte

On a utilisé deux moteurs pour pouvoir augmenter leur couple/puissance/vitesse grâce à un système de pignonnerie.

Ensuite, si vous avez des bases en physiques, vous comprendrez qu’une hélice qui tourne crée une force et un moment en un point et fait donc tourner le zeppelin sur lui-même… Bref on a mis un troisième moteur sur le côté pour contrer cette force, et à nouveau trois modes :

• Moteur puissance 1 = zeppelin tourne dans un sens
• Moteur puissance 2 = zeppelin ne tourne plus
• Moteur puissance 3 = zeppelin tourne dans l’autre sens

Si on garde le moteur éteint, l’hélice du dessous génère un moment et notre appareil tourne sur lui-même.

Enfin, le quatrième moteur à l’arrière permet de faire avancer/reculer le zeppelin (en changeant le sens de rotation des hélices).

Structure finale de notre Z’Heppelin, posée sur son support

Donc le ballon s’attache par magie à la structure ?

Alors, on aurait bien aimé mais on est en Peip ici, pas à Poudlard. Donc on s’est procuré une pièce en forme de demi cylindre ouvert…. Regardez la photo, ça sera plus parlant.

                                                           Pièce permettant d’attacher le ballon à la structure :

La pièce comprend un trou sur lequel on a fixé la valve, et on a mis du scotch pour éviter de percer le ballon lorsqu’on l’accroche sur la pièce. Ensuite, on met un collier de serrage en plastique, et à l’aide de trous faits au bord de la pièce, on passe de la ficelle pour attacher le ballon à la structure.

La réussite

Un code qui code

“Mais comment pilotez-vous votre zeppelin ?” nous direz-vous. Tout simplement grâce à un code informatique, et une extension présente dans la carte SD de la Brick lego afin qu’elle comprenne le code. Ce code permet que chaque moteur soit associé à une touche de la manette. Par exemple, l’hélice de dessous et de côté sont chacune pilotées par un joystick différent tandis que l’hélice arrière est contrôlée par deux touches différentes (avant/arrière).

L’arrivée légendaire de l’Hélium

Nos quatre jeunes PeiPs ont fini d’optimiser la masse de la structure du zeppelin, codé l’ensemble des fonctions de ses moteurs et trouvé un moyen d’attacher le ballon à la structure… Il ne leur reste plus qu’à attendre TROIS LONGUES SEMAINES l’arrivée de l’hélium, TROIS SEMAINES de doutes, de peur, de flou total ! Que faire de plus en attendant l’arrivée de l’hélium ? Si ça ne marche pas, est ce qu’on doit recommencer le projet à zéro ?? Est-ce qu’un ballon sera vraiment suffisant ? Finalement, on a mis en place un protocole de test en prévision de l’arrivée de l’hélium. Une fois la bonbonne arrivée, c’était un bonheur !

La concrétisation du projet : Regardez, il vole !