SPECIALITE «ITEC» DU BAC STI2D : «INNOVATION TECHNOLOGIQUE - ECO CONCEPTION»

Transcription

1 SPECIALITE «ITEC» DU BAC STI2D : «INNOVATION TECHNOLOGIQUE - ECO CONCEPTION» Avant «d'eco»-concevoir, Concevoir un produit et innover, c'est : Étudier ou établir un Cahier des charges Envisager différentes Solutions Techniques (à l'aide d'outils de créativité) Représenter et Modéliser une solution technique (CAO: Conception assistée par ordinateur en 3D) Simuler, à l'aide de logiciels, pour optimiser (résistance des matériaux, écoulements fluides, calculs dynamiques d'actionneurs, etc,..) Etudier le design, l'ergonomie du système Etudier et simuler les procédés de fabrication Etablir un prototype virtuel ou physique pour valider une forme, un design (prototypage rapide) Les outils informatiques (Conception Assistée par Ordinateur 3D, simulations informatiques, choix des matériaux, composants, etc,..) interviennent à tous les stades du processus du développement Produit au lycée Alexis de Tocqueville (Grasse): Solidworks (Dassault systèmes), CES (étude Matériaux) Imprimante 3D, Moulage injection Stéréo lithographie

2 ITEC est l'une des 4 spécialités du «STI2D» Exemple lampadaire solaire: Chaque spécialité a une influence sur l'étude du système en relation avec «l'efficacité énergétique» du produit. Sur l'exemple, «ITEC» étudie la forme générale (Design, optimisation de la structure, ergonomie), le choix et la résistance des matériaux, les procédés de fabrication, l'impact environnemental sur l'ensemble du cycle de vie (bilan carbone, toxicité des matériaux, recyclage,etc,..)

3 Exemple d'avant Projet (Deuxième trimestre) 1 ière STI2D option ITEC ITEC Conception d'une parabole à concentration solaire. Cette parabole articulée permet une cuisson des aliments (ou mise à ébullition de liquide). l'énergie solaire est concentrée et directement utilisée en tant qu'énergie thermique. Lycée Alexis de Tocqueville La parabole est un Produit recyclé ( Nouvelle fonction d'une parabole de télévision suite à l'arrivée massive de la télévision par Box en Europe) Ce produit est conçu dans l'esprit d'être commercialisé (mobiliers de jardin). Il peut également être envoyé dans les pays d'afrique subsaharienne pour apporter une aide technique et lutter contre la déforestation et contre la précarité énergétique des pays du Tiers monde. 4 Groupes d'élèves (trinômes) ont proposé différentes solutions techniques et conceptions 3D ci dessus.

4 ITEC CONCEPTION PARABOLE CONCENTRATION SOLAIRE Suite à la construction du cahier des charges par les élèves ainsi qu'à la recherche de solutions et à la conception 3D, différentes études et simulations ont été réalisées afin d'optimiser les choix techniques (cinématique, résistance et choix des matériaux, Impact environnemental sur l'analyse de cycle de vie, etc,..). Télécharger les différentes conception CAO sur le site du lycée pour manipuler les maquettes numériques des élèves et entrer dans le monde magique de la conception 3D (à partir de n'importe quel PC muni d'internet Explorer 5.5) Lycée Alexis de Tocqueville

5 Reconception Cadre VTT Renault ITEC pour compatibilité avec moteur YAMAHA de vélo électrique (Conception CAO 3ième trimestre 1 STI2D option ITEC) Les différentes simulations numériques auront pour objectif de minimiser les masses en mouvement (Choix des matériaux et étude des résistances et des déformations) Lycée Alexis de Tocqueville

6 Eco-conception et Eco-innovation des produits se divise en 2 approches L'approche quantitative étant effectuée, l'approche qualitative consiste à trouver un remède au problème. Elle consiste souvent à repenser, simplifier ou réorganiser la solution technique pour aboutir à une même fonction technique. Elle se fait à partir de divers méthodes de créativité liées à l'ecoconception (eco TRIZ, eco ASIT, etc.) L'approche quantitative permet de faire un «diagnostique» du problème, à partir de méthodes divers: bilan carbone, analyse sur le cycle de vie, etc,.. (comme un médecin peut le faire sur un patient) afin de cerner la zone d'étude, l'objectif à étudier. Des outils informatique sont exploitées au lycée: -Module sustainability de Solidworks (Dassault Systèmes) -Module Eco-audit de CES -Bilan Produit (Ademe), etc,.. -Bilan carbone

7 Pourquoi «ECO»-CONCEPTION maintenant? L'écoconception, en spécialité «ITEC», est de concevoir ou re-concevoir les produits techniques en tenant compte, principalement, de 2 contraintes fortes et liées: RAREFACTION DES RESSOURCES NATURELLES Pour vivre dans un monde durable (et en paix), le GIEC (groupement intergouvernemental d'étude du climat) indique qu'il est nécessaire de diviser nos émissions de CO2 par 3 mondialement avant Or chaque produit technique représente une émission de gaz à effet de serre sur l ensemble de son cycle de vie (extractions mines, fabrication, distribution, utilisation, fin de vie). (Crises énergétiques liées au pétrole: augmentation du prix. Diminution du stock des minerais rares, etc,..) 95 % des produits industriels dépendent des énergies fossiles (principalement du pétrole). Dans un monde où l'énergie sera de plus en plus coûteuse, les entreprises sont dans l'obligation de tenir compte de cette contrainte pour être compétitive (et «contourner» les récessions futures) car fabriquer un produit demande beaucoup d'énergie RECHAUFFEMENT CLIMATIQUE L'objectif est d'éviter d'atteindre le seuil fatal de 2 degrés d'augmentation (génocides climatiques, sécheresses, inondations extrêmes, dérèglement planétaire du climat, modification des courants océaniques, etc,..).

8 Raréfaction des ressources naturelles? L énergie est précieuse et en quantité limitée. Elle se compose, en très grande majorité, d énergies fossiles (Pétrole, Gaz, Charbon) et est l unité de transformation du monde économique au 21ième siècle. En 2010, plusieurs rapports tirent la sonnette d'alarme (rapport armée allemande septembre 2010, pentagone avril 2010) indiquant la possibilité de quitter le plateau de production de pétrole plutôt que prévu (la demande de pétrole serait donc supérieure à l offre prochainement) AIE (Agence internationale de l'énergie):nous avons déjà franchi le pic pétrolier, reconnaît l Agence internationale de l énergie (AIE). La production de pétrole conventionnel a atteint son «pic historique» en 2006, elle ne le dépassera «jamais»...

9 RAREFACTION DES RESSOURCES NATURELLES? Mais un développement socioéconomique nécessite une demande importante d énergie (donc principalement énergies fossiles) Dans l'histoire, une récession a suivi chaque hausse brutale du prix du pétrole.la loi du marché entraîne une hausse du prix lorsque la demande se «rapproche» de l'offre. Une récession entraîne l'inverse. Or l'offre diminue actuellement... D'où la nécessite de diminuer rapidement la dépendance du pétrole: dé carbonisation des produits et de l'industrie...c'est un des intérêts, pour les entreprises, de L Eco-conception des produits.

10 Pour un monde durable et en paix, limitons le réchauffement climatique: Des interactions coexistent entre le développement socioéconomique et le réchauffement climatique L un a une influence sur l autre, et réciproquement. (voir figure ci dessous extraite du rapport de synthèse pour décideurs,giec 2007) Le GIEC utilise l'équation de KAYA pour expliquer aux décideurs les voies de solutions crédibles afin d'éviter le seuil fatal de 2 degrés d'augmentation. Le GIEC recommande de diviser mondialement par 3 les émissions d'équivalent CO2 (coté gauche de l'équation). (TEP: tonnes équivalent pétrole: unité d'énergie) Pour analyser l'équation, il faut étudier la valeur devant chaque rapport pour 2050 et commencer par la droite. (De plus, l'équation permet de comprendre, facilement, que le «technique» ne pourra pas, seul, résoudre la division par 3. Les études des énergies renouvelables et nucléaires viennent compléter cette équation pour aboutir à la même conclusion...)

11 Un monde durable, c est éviter le réchauffement climatique (ne jamais atteindre les 2 degrés d augmentation avant 2050) L'eco-conception des produits se situe sur le rapport «Intensité ou efficacité énergétique de l'économie». (un système technique se cache derrière chaque activité économique, même dématérialisée,donc de l'énergie pour le fabriquer et l'utiliser...) L équation de KAYA donne des solutions pour essayer de diminuer les émissions de gaz à effet de serre et comprendre le positionnement de l écoconception des produits (et services) et le travail de l ingénieur. 2 rapports sont liés au domaine «économique et social» et 2 liés au domaine «technique» L éco-conception consiste à repenser le produit (Créativité sur la fonction, réorganisation technique, matériaux, procédés et lieux de fabrication, étude de fin de vie, etc,..)

12 Et nous, concepteur de produits, en «ITEC»? Concevoir et reconcevoir les produits a une influence sur la colonne «biens de consommations» ci joint, afin de diminuer le bilan carbone de chacun d'entre nous, consommateur quotidien. Pour construire des objets et systèmes, il est nécessaire de consommer de l'énergie et de produire des «kg équivalent CO2». Un français, en consommant, représente 10,5 tonnes de CO2 par an, alors que pour vivre dans un monde durable (et en paix), il est nécessaire de diminuer cette valeur à... moins de 2500 kg CO2. (rapport 4) avant L'eco-conception vient donc partiellement contribuer à cette diminution, (en attendant des mesures complementaires des pouvoirs publics). Une erreur, reproduite souvent, est de penser qu'il suffit d'éteindre un système qui consomme de l'énergie pour régler le problème alors que l'impact environnemental est souvent sur la phase de fabrication du produit. (Exemples: 1 PC portable= 1 tonne équ CO2, à la fabrication, mais moins de 10 % d'énergie consommée sur toute sa durée de vie, comparée à l'énergie qu'il a fallu pour le construire...). Certains téléphones portables=70 kg équ CO2 à la fabrication (l'énergie sur sa durée de vie est négligeable..,) L'Eco conception permet d'étudier un produit sur l'ensemble de son cycle de vie dans le but de diminuer son impact environemental.