Projets pluridisciplinaires en sciences pour l'ingénieur

L'objectif de ce défi est de construire un dirigeable capable de suivre un parcours de façon autonome et de déposer un colis précisément.

Contexte

On connaît actuellement un regain d'intérêt pour les dirigeables, mobilité douce et sobre permettant de réaliser des missions diverses : collecte de données, surveillance, transport en zone inaccessible et transport de charges lourdes et volumineuses.

Objectif du défi

Le défi consiste en la construction d'un dirigeable et son pilotage pour assurer un transport de colis, en tenant compte de contraintes d'autonomie énergétique, d'autonomie décisionnelle et de géolocalisation d'intérieur.
Travail attendu : 

• optimisation des cinématiques de vols existantes (hélices, moteurs, batteries), 

• Conception et réalisation d’une nouvelle nacelle (nombres, puissance et position, orientation des hélices),

• Conception et réalisation de systèmes de préhension et dépôt (CAO mécanique, RdM, optimisation),

• Prise en main et amélioration de la localisation (centrale inertielle, télémètre IR, vision + tags, GPS indoor), 

• Modélisation dynamique et asservissement du dirigeable (modélisation, essais, identification, simulation, dimensionnement des correcteurs), 

• Constitution de trois équipes au second semestre (choix, développement et mise au point d’un ensemble de solution).

Évaluation

Le premier livrable à mi-parcours vise à réaliser un rapport thématique (cinématique de vol, préhension, localisation, asservissement) et un démonstrateur avec des résultats d'expériences. 

Le livrable final consiste en la conception, le dimensionnement et la réalisation d'un dirigeable autonome et précis. Une rapport est à réaliser. Une course challenge sera réalisée (aller-retour en automatique dans l'Atrium avec un dépôt précis d’un colis), qui sera évaluée sur la durée d'exécution et la précision du dépôt.

L'objectif de ce défi est de fabriquer des éoliennes domestiques et de contribuer si possible à l'amélioration des performances de ces éoliennes "artisanales".

Contexte

Des réseaux collaboratifs se montent pour aller vers l'autonomie énergétique de petits groupes d'individus (éolien, hydrolien, solaire). Des réseaux échangent entre eux pour améliorer leur savoir-faire.

Objectifs du défi

Les objectifs sont :

• Fabriquer 2 éoliennes domestiques (d'environ 300W): de diamètre d'hélice environ 1,8 m, de fabrication à faible impact écologique, muni d'un dispositif de recharge de batteries et d'une page web de suivi de la production électrique,

• si possible contribuer à l’amélioration des performances de ces éoliennes "artisanales" (contribution collaborative).

Évaluation

Le premier livrable attendu à mi-parcours consiste en la modélisation/dimensionnement de l’alternateur, le développement d’outils, de techniques, de gabarits pour fabriquer les différentes pièces, le test d’une hélice à échelle réduite.
Le livrable final consiste en les éoliennes assemblées fonctionnelle, une page web de suivi de la production électrique.
 Les fabrications seront évaluées selon les critères suivants :

• aspects techniques (50%) : efficacité énergétique de la génératrice, efficacité de la gestion des batteries, robustesse (chaud/froid, pluie, vent froid), qualité du suivi en ligne de la production et de la consommation,

• aspects écologiques (50%) : utilisation de matériaux à faible impacts écologiques (bois, métal, matériaux biosourcés ou recyclés), bruit limité, soucis des collisions aviaires, esthétique, impact sur le paysage.

L'objectif de ce défi est de construire un pont lancé éco-responsable.

Contexte du défi

• Prise en compte des problématiques environnement et mobilité,
   
• souhait d'une approche ingénieure intelligente (adaptation aux contraintes de site, caractérisation et modélisation de matériaux, sélection d'une structure optimale, modélisation et réalisation.

Objectif du défi

Le défi consiste en la conception et réalisation d'un pont lancé, de 87 m de portée à l'échelle 1:87 (soit 1 mètre), en minimisant le coût CO2eq des matériaux et de la mise en place, en respectant les contraintes géométriques des gabarits de passage de train, d‘impact visuel du pont, avec une mise en plaçe par lançage.
Avec comme point de départ :

• des bâtonnets de glace, de la colle à bois, des fils, ...
• et l'analyse de l'existant.

Travail attendu

• État de l’art,

• Conception/Réalisation de la structure du pont : caractérisation des matériaux à disposition, étude numérique de la structure à réaliser, étude expérimentale de différents éléments structuraux pour valider les calculs,

• Conception/Réalisation des éléments modulaires : modélisation de l‘assemblage, conception et réalisation des pièces mécaniques.

Évaluation

Le premier livrable à mi-parcours vise à réaliser un tronçon de pont sur deux appuis (max 50 cm de portée), avec présentation des calculs a priori (réalisés avant l‘essai), analyse des éventuelles différences entre calcul et résultats d‘essai et présentation d‘un modèle numérique et d‘un prototype du système de lançage.
Le livrable final consiste en le pont prêt à être lancé et testé avec charge de service!
Les critères d'évaluation s'appuient sur :

• des items impératifs : le respect des gabarits,
• des items graduels : conception et construction éco-responsable, coût CO2,eq des matériaux utilisés, coût CO2,eq de la mise en place, conception optimisée, tenue à la charge de service (mais limiter le surdimensionnement), réussite du lancement du pont, tenue mécanique pendant le lancement, liaisons entre les cotés, alignement/guidage, qualité artistique.

L'objectif de ce défi est de proposer un aménagement éphémère extérieur (en milieu urbain ou pour des festivals) permettant un ombrage tout en exploitant l'énergie solaire récupérable.

Contexte

Le contexte environnemental actuel pousse à mettre en oeuvre des actions d'adaptation des zones extérieures aux conditions d'ensoleillement pour un meilleur confort des usagers de ces zones, tout en cherchant à tirer profit de l'énergie solaire récupérable sur ces périodes d'ensoleillement pour un usage immédiat ou différé.

Réalisation 2023-2024

Une première maquette a été réalisée à l'échelle 1:4 permettant un ombrage partiel avec une exploitation d'énergie solaire pour la cuisson d'aliments.

Objectifs du défi

Les objectifs sont :

• étudier et améliorer la maquette existante en caractérisant l'existant en terme de puissances en jeu et de capacité de focalisation,

• améliorer le confort,

• optimiser le pilotage et instrumenter la maquette,

• produire une nouvel usage à partir de la chaleur produite par conversion de celle-ci en énergie mécanique.

Évaluation

Le premier livrable à mi-parcours vise à transmettre un rapport d'analyse de l'existant quantifiant les performances actuelles, ainsi que les études et choix de solutions pour les 2 groupes de travail d'optimisation du pilotage et de production d'énergie mécanique. 

Le livrable final consiste en la conception, le dimensionnement, la réalisation et l'intégration à la maquette des solutions d'amélioration choisies, en transmettant les notes de calcul et la notice de montage et d'utilisation associée.

L'objectif de ce défi est de construire un dirigeable capable de suivre un parcours de façon autonome et de larguer un colis.

Contexte

On connaît actuellement un regain d'intérêt pour les dirigeables, mobilité douce et sobre permettant de réaliser des missions diverses : collecte de données, surveillance, transport en zone inaccessible et transport de charges lourdes et volumineuses.

Objectif du défi

Le défi consiste en la construction d'un dirigeable et son pilotage pour assurer un transport de colis. Travail attendu :

• modélisation dynamique: pour dimensionner la propulsion et simuler la commande,

• Caractérisation d’une chaine de propulsion à hélice:effort de poussée, consommation, masse,

• Caractérisation d’une chaine de propulsion à plasma:effort de poussée, consommation, masse,

• Evaluation des structures du système propulsif:nombre, position et orientation possible des moteurs,

• Evaluation des systèmes de localisation en intérieur:centrale inertielle, vision, radio,

• Constitution de quatre équipes: projetsur une enveloppe commune, chaqueéquipe développant sa propre nacelle.

Évaluation

Le premier livrable à mi-parcours vise à réaliser un rapport thématique (dynamique, motorisation, système propulsif, positionnement) et un démonstrateur. 
Le livrable final consiste en la conception, le dimensionnement et la réalisation d'une nacelle opérationnelle. Une course challenge sera réalisée (aller-retour en automatique dans l'Atrium avec un largage contrôlé), qui sera évaluée sur la durée d'exécution du parcours et la précision du largage.

L'objectif de ce défi est de proposer un aménagement éphémère extérieur (en milieu urbain ou pour des festivals) permettant un ombrage tout en exploitant l'énergie solaire récupérable.

Contexte

Le contexte environnemental actuel pousse à mettre en oeuvre des actions d'adaptation des zones extérieures aux conditions d'ensoleillement pour un meilleur confort des usagers de ces zones, tout en cherchant à tirer profit de l'énergie solaire récupérable sur ces périodes d'ensoleillement pour un usage immédiat ou différé.

Objectifs du défi

Les objectifs sont :

• réaliser une maquette à l'échelle 1/4 d'une structure éphémère démontable permettant d'apporter un ombrage,

• intégrer à cette structure un dispositif de concentration d'énergie solaire permettant l'alimentation d'usages divers (cuisson, eau chaude sanitaire, réfrigération...) sans recours à des puissances électriques,

• optimiser l'exploitation de cette énergie solaire via un système de stockage permettant de maintenir des usages possibles en dehors des périodes d'ensoleillement.

Évaluation

Le premier livrable à mi-parcours vise à proposer des solutions technologiques indépendantes pour les 3 sous-systèmes à réaliser : la structure mécanique, la concentration optique, l'exploitation énergétique, avec des propositions d'intégration. 
Le livrable final consiste en la conception, le dimensionnement et la réalisation de la maquette du système final choisi.

Le défi orchestre urbain consiste à créer des instruments de musique adaptés à un environnement urbain (parc, place, quai, etc.).

Contexte

Julien Green disait : "La musique embellit les lieux où on l'entend". De nos jours, l'art et la musique sont des incontournables du paysage urbain.

Un exemple récent : https://www.youtube.com/watch?v=4wKyhwDwssA

Objectifs du défi

L'objectif est donc de concevoir et fabriquer un instrument de musique adapté à l’environnement urbain et d'en tester les performances musicales.

Forme de l'évaluation finale

Le jour de la soutenance finale, une courte pièce musicale devra être jouée avec chaque instrument. Les critères suivants permettront de comparer les solutions entre elles.

Critères d'évaluation du défi

Ces instruments devront respecter les exigences suivantes :

- Résistance au public.

- Niveau sonore compris entre 60 dB et 90 dB à 5 mètres de l'instrument.

- Qualité de réalisation.

- Tessiture la plus grande possible. Une octave minimum ou 12 notes minimum.

- Richesse harmonique.

- Pas de haut-parleur.
 

Livrables à mi-parcours

L'équipe devra produire une ébauche ou une maquette de l'instrument modélisant le phénomène.
 

Livrable pour la soutenance finale

L'instrument complet.

L'objectif de ce défi est de proposer des aménagements permettant à un quartier urbain de réduire son impact énergétique de manière soutenable, et d’améliorer le confort des usagers dans ses espaces extérieurs.

Contexte

Le contexte environnemental actuel pousse à des actions de rénovation des zones urbaines dans une recherche de résilience, c'est à dire d'adaptation de ces quartiers aux enjeux énergétiques, i.e. diminution de leur consommation énergétique, et de confort, i.e. réponse à des problématiques d'îlots de chaleur par exemple.

Objectifs du défi

Les objectifs sont :

• réaliser à partir d'éléments existants une maquette de quartier (limitation à 4 bâtiments), équipée de son propre système de chauffage à eau chaude,

• intégrer à cette maquette un système de gestion permettant de réguler sa température intérieure et mesurer l'énergie consommée,

• développer un jumeau numérique représentant le comportement thermique de cette maquette,

• proposer des solutions techniques d'amélioration des performances énergétiques et du confort à l'échelle du quartier.

Évaluation

Le premier livrable à mi-parcours vise à préparer la rénovation énergétique d'un bâtiment en réalisant une maquette d'un bâtiment non rénovée, instrumentée et son jumeau numérique. 
Le livrable final consistera en l'ajout des solutions techniques choisies pour l'amélioration des performances énergétiques et du confort au sein de la maquette finale du quartier rénové, à l'échelle des bâtiments et des espaces extérieurs du quartier. L'optimisation via la rénovation des consommations d'énergie et du confort devra être mesurable à l'aide des systèmes de pilotage et supervision.

Contexte

La RoboCup est une compétition mondiale créée en 97, durant laquelle des équipes de robots disputent des matchs de football. La compétition est divisée en quatre ligues chacune se différenciant par la complexité de pilotage des robots mis en jeu :

• Humanoid : les joueurs sont des robots humanoides ;
• Standard Platform : les joueurs sont des robots Nao ;
• Middle Size : les joueurs sont des robots non-humanoides de taille intermédiaire totalement autonomes (gestion décentralisée) ;
• Small Size : les joueurs sont des robots sont de petite taille : Diamètre 180mm pour une hauteur de 150mm et il sont pilotés par radio depuis un ordinateur "coach d'équipe" (gestion centralisée).

Bien que réduite en dimension, la dernière porte des problématiques très fortes d'ingénierie du fait de l'espace réduit et de l'importance des performances du robot.

C'est donc sur cette base qu'est construit ce défi. Ainsi les étudiants seront divisés en 5 équipes, qui s'affronteront lors d'un championnat en fin d'année.

Objectifs du défi

L'objectif pour chaque équipe est de concevoir, réaliser et piloter une équipe de football constitué d'un duo de robots et de leur coach informatique. Le terrain et les moyens de localisation par vision sont fournis.
Chaque équipe devra concevoir/améliorer la mécanique et l'électronique des robots : travail sur la réalisation de roues compacts, optimisation des paramètres PID des servomoteurs, conception d'un système de tir orientable, travail sur la transmission de puissance du système de tir, programmation du robot... Pour cela, une étude de l'existant pourra être faite, la longévité et l'esprit « open-data » de la compétition fournissant une large littérature.

En parallèle, chaque équipe devra mettre en place un système de pilotage décentralisé se basant sur les informations fournies par le serveur de vision faisant aussi office d'arbitre. L'équipe sera alors représentée par un ordinateur portable (coach, non fourni) écoutant l'arbitre et transmettant ses ordres aux 2 robots (joueurs). Le serveur de vision / arbitre fournira la position de l'ensemble des joueurs et du ballon, ainsi que quelques informations simples comme début, but ou fin.

Pour travailler sur la stratégie, en parallèle du développement des robots, un simulateur dynamique 3D est fourni.

Forme de l'évaluation finale

L'évaluation finale reposera sur des challenges en automatique : actions footballistiques, manoeuvres d’évitement, ... Matchs entre les équipes (réels et simulés)

Livrables à mi-parcours

À mi-chemin, les équipes seront évaluées lors de matchs télécommandés entre équipes.

Le défi orchestre urbain consiste à créer des instruments de musique adaptés à un environnement urbain (parc, place, quai, etc.).

Contexte

Julien Green disait : "La musique embellit les lieux où on l'entend". De nos jours, l'art et la musique sont des incontournables du paysage urbain.

Un exemple récent : https://www.youtube.com/watch?v=4wKyhwDwssA

Objectifs du défi

L'objectif est donc de concevoir et fabriquer un instrument de musique adapté à l’environnement urbain et d'en tester les performances musicales.

Forme de l'évaluation finale

Le jour de la soutenance finale, une courte pièce musicale devra être jouée avec chaque instrument. Les critères suivants permettront de comparer les solutions entre elles.

Critères d'évaluation du défi

Ces instruments devront respecter les exigences suivantes :

- Résistance au public.

- Niveau sonore compris entre 60 dB et 90 dB à 5 mètres de l'instrument.

- Qualité de réalisation.

- Tessiture la plus grande possible. Une octave minimum ou 12 notes minimum.

- Richesse harmonique.

- Pas de haut-parleur.
 

Livrables à mi-parcours

L'équipe devra produire une ébauche ou une maquette de l'instrument modélisant le phénomène.
 

Livrable pour la soutenance finale

L'instrument complet.