Saison 1 : Idéation 2023 :
Projet né de l'utopie de construire un véhicule entierement bio-dégradable, légér, efficace solide et durable.
La saison 1 à permis:
- construire un maquette échelle 1
- établir un plan économique
- calculer la dépense d'énergie et se rendre compte que Silex est vraiment vraiment bas carbone.
- avoir une reflexion importante sur les matré
3 versions de véhicules ont été imaginé : Silex bambou, Silex bois et Silex bois brut.
La dernier version bois de foret n'est plus d'actualité face au temps supplémentaire qu'il nécessite.
Silex bambou : usage sportif et quotidient : prototype réalisé
le bambou à des caractéristique exceptionnel en poid et resistance comparable au carbone et il est en plus flexible, stock du carbone, pousse très vite. Il semble être un matériaux d'exception.
Cadre: prototype réalisé
- bambou / structure du cadre / 5 kg et 30 litre / prototype
- chanvre / structure du cadre / 300 gr, et 1 litre / prototype
- résine epoxy / structure du cadre / 500 gr et 0.5 litre / prototype
Direction : prototype réalisé
- Roues: Aluminium / faire rouler / 1.5 kg / disponible
- Axe : acier / lien enntre roue et fusée / disponible
- Disque : acier/freine/ 50gr / disponible
- Etrier de freins : acier/ freine/ 100 gr / disponible
- Fusée : Acier / direction / 400 gr et 0.2 litre / prototype
- Rotules : acier / direction et suspension/ 500 gr / Roues: Aluminium / faire rouler / 1.5 kg / disponible
- Disque : acier/freine/ 50gr / disponible
Siége : prototype réalisé
- Siège : Bambou, fibre, résine / 1 kg 5 litre / prototype
Transmission : prototype en cours
- Transmission : acier / chaine / 100 gr / disponible
- Pédalier : acier / 1 kg / disponible
- Dérailleur : acier / 300 kg / disponible
Signalétique: concept
- Signalétique : Plastique / 700 gr et 0.5 litre / disponible
Motorisation: concept
- Moteur électrique : acier, alu, cuivre, aimant / 2kg et 1 litre / disponible
- Batterie : Plomb, plastique / 5 kg et 4 litre / disponible
- Controleur : Plastique et carte électronique / 200 gr et 0.1 litre / disponible
Alimentation solaire : concept
- Panneau solaire : verre/ 17 kg et 3 litre/ disponible
- Régulateur de charge / Cuivre/ 3kg et 2 litre / disponible
Coque: concept
- chanvre tissé / étanchéité / aérodynamisme / 2.4 kg et 8m2 / disponible
- bambou / structure la coque / 1 kg et 10 litre / disponible
- résine époxy / rigidifie / 500 gr et 0.5 litre / disponible
- pare brise / polycarbonate / 300 gr et 0.3 litre / disponible
Silex bois : usage sportif et quotidiens : concept
L'épicéa bois local à le meilleur rapport poid/résistance, son cout est peu élevé et grandement disponible. Contrairement au bambou il accepte d'etre percé ce qui permet de l'assembler avec du métal, ce qui augmenterais l'industrialisation du véhicule. De plus les montants en épicéa boulonner serais plus facile à changer que le bambous assemblé aux chanvre résines.
Seul le cadre varie par rapport au silex bambou
Cadre: concept
- épicéa / structure du cadre / 5 kg et 30 litre / disponible
- acier / structure du cadre / 3kg , et 1 litre / disponible
- boulon / structure du cadre / 500 gr et 0.5 litre / disponible
Choix des matériaux et éco conception
Le choix des matériaux est une partie très importante dans notre projet, le choix de notre nom de projet est lié avec ce choix de matériaux. nous voulons qu’ils soit brut, accessible facile dans la nature en quantité. sans oublié la performance des ses derniers.
Le bois, le bambou, la fibre végétal, les métaux (acier alu inox) et la résine sont les matériaux que nous avons retenu.
le bois est disponible à l’état naturel et industriel.
le bambou est disponible naturellement et en quantité dans bambouseraie plantées.
le chanvre est disponible chez les agriculteurs en france ou dans les coopérative de chanvre, cultivé de manière industriel.
les métaux sont bien sur issu de procédés industriel mais recyclable à l’infini , il y a une grande quantité de vélo que l’on peut utilisé et c ‘est l acier le moins gourmand en energie.
La résine est elle aussi de procéder industriel et serais biodégradable si composté industriellement en présence de 2 bactéries, on va donc la considérer comme difficilement biodégradable.
Nos ancêtres utilisait de la colle d’os, de la colle de nerf , de la résine d’arbre résineux mélanger avec du carbon de bois , de l’argile de la cire d ‘abeille. ces colles sont encore utilisé notamment dans la lutherie.
la colle d’os est très résistante mais sensible a l’humidité, c’est pourquoi la combinaison colle d’os et colle paléolithique qui imperméabilise serait une bonne combinaison.
Le fait d’utiliser de la colle de nos ancêtre permettrait de rendre le véhicule Silex Bambou (excepter moteur,batterie,contrôleur) entièrement recyclable.
Le cadre du véhicule « Silex bois » est entièrement biodégradable pour le bois et recyclable pour l’acier mais surtout les cadres sont réparable à l’infinie et très facilement.
En ce qui concerne le cadre :
- La combinaison bois et acier est la solution la moins carboné
- la combinaison bambou, chanvre et résine est la solution la plus performante et si résine biodégradable la moins carboné mais nécessite plus de délicatesse dans l’utilisation.
- l’acier est le plus durable mais plus carboné que le bois qui lui stock le carbon
- l’alu le plus léger des métaux et durable mais le plus carboné.
Plus il y a du bois et du bambou et plus l’impact carbone est nul voir positif et d’avantage avec le bambou car le moyen de récolte n'est pas mécanique et plus doux.
Plus il y a du métal et résine et plus il y a un impact carbone.
Le grand défi de notre projet est dans la géométrie du cadre.
On se rend compte que la base de construction de presque tout ce qui nous entoure est sur une base de cube. Le cube est un polyèdre régulier c ‘est a dire que si on le met dans une sphère qui a le même centre que le cube, les angles de ce derniers seront en contact avec la surface de la sphère. On dit qu’il est régulier car toutes les arrêtes du cube sont de même taille.
Il existe 5 polyèdre réguliers, on les appel aussi les solides de platon : tétraèdre, cube, octaèdre, icosaèdre et dodécaèdre.
Parmis ces solides, 3 sont stables (c’est a dire qu’il ne se déforme pas): tétraèdre, octaèdre et icosaèdre et 2 sont instables : cube et dodécaèdre.
Les volumes stable sont fait uniquement avec des triangles et les volumes non stable sont fait de carré et de pentagone.
Construire avec des solides non stable oblige à trianguler à contre venté. On voit très bien ce phénomène dans la charpente qui est une base cubique, qui doit être contreventé pour être stabiliser.
Le défi que nous souhaitons relever est d’utiliser une géométrie stable composé uniquement de triangle. l’avantage est en terme de poids, les sections font travailler uniquement en traction et en compression, ce qui nous permet d’avoir un gain de matière et donc de poids.
Il y a un tendance à faire des pièces plus organique, certain appel cette géométrie alien, d’autre bio mimétisme.
Cette différence de base de construction nous aide pas pour travailler avec des logiciels de conception, nous préférons travailler dans un premier temps avec des maquettes, du moins pour la conception du cadre.
Liste de fournisseurs envisageables
bois de scierie sapin/pin : scierie verdot , 25 ou toutes autres scierie de résineux.
chanvre : coopérative de chanvre, haute saône. 70
filasse de chanvre : vendu dans les magasins de bricolage pour etanchéifier les filletage des tuyaux
bambou : le parc au bambou 09 / bambouserais d’anduze 30 / et de nombreuses bambouserais de particuliers
acier découper laser : SAS Oudot 25
alu usinage : SAS Oudot 25
colle d’os : les frères Nordin
résine de pin: naturasphère 40
résine epoxy : épodes
Saison 2 : Prototype 2024
La saison 2 a permis de mettre en matière les concepts développés lors de la phase de conception. Ce prototype nous a permis de tester concrètement les matériaux biosourcés, les assemblages, la géométrie du cadre et plusieurs solutions mécaniques.
1. Fibre de chanvre
Nous pensions initialement partir de fibre de chanvre brute et en extraire nous-mêmes les fibres. Ce procédé est tout à fait possible, mais demande un peu de technique. Il faut retirer la chènevotte, puis carder les fibres jusqu’à obtenir des mèches fines, comparables à des cheveux. La méthode est accessible, mais elle demande beaucoup de temps.
Nous avons finalement choisi d’acheter de la filasse de chanvre, habituellement utilisée pour l’étanchéité de la tuyauterie. Son coût au kilogramme est nettement supérieur, mais reste raisonnable pour le prototype : environ 35 €/kg, contre environ 2 €/kg pour la matière brute si nous réalisons nous-mêmes la préparation.
Jusqu’à présent, environ 2 kg de fibres ont été utilisés.
2. Colle d’os
Réaliser les connexions entre les montants en bambou avec de la colle d’os aurait permis d’envisager un cadre presque entièrement biodégradable, avec une énergie grise potentiellement très faible.
Les essais ont cependant montré deux limites importantes : la colle d’os n’est pas suffisamment rigide pour certains assemblages structurels et elle est sensible à l’humidité, avec un risque de moisissure.
Sur certaines parties non structurelles du cadre, la colle a fonctionné et est encore présente sur le prototype. Un assemblage structurel a également été testé avec de la colle d’os pour les premières couches, puis renforcé par des couches de fibre de chanvre et de résine époxy. Cette partie se comporte correctement jusqu’à présent.
3. Résine époxy / fibre de chanvre
Pour les assemblages nécessitant davantage de résistance, nous avons choisi d’utiliser de la résine époxy associée à la fibre de chanvre.
Le composite chanvre/époxy se comporte très bien et présente une bonne rigidité. Nous utilisons principalement des mèches de chanvre, car elles permettent de limiter la quantité de résine par rapport à un textile entièrement tissé.
Des essais ont néanmoins été réalisés avec du textile tissé en dernière couche, pour des raisons esthétiques et afin de protéger les fibres de chanvre.
4. Bambou / chanvre / résine
Les montants en bambou reliés par des fibres de chanvre imprégnées de résine fonctionnent très bien sur le prototype.
Des stries ont été réalisées sur chaque extrémité des bambous afin d’augmenter la surface d’accroche et d’améliorer l’adhérence de l’assemblage.
5. Structure biomimétique et bambou
La structure fortement triangulée fonctionne très bien. Dans la majorité du cadre, le bambou travaille principalement en traction et en compression. La zone du siège constitue une exception, car certains éléments y travaillent davantage en flexion.
Les montants peuvent rester de faible section, ce qui limite le poids. À l’arrière, certains montants sont constitués de deux lamelles : cette solution allège encore la structure et limite le risque de fente du bambou.
Le cadre est étonnamment stable et la souplesse naturelle du bambou contribue à absorber les défauts de la route.
L’innovation technique du prototype repose en grande partie sur cette géométrie biomimétique et triangulée. Les essais réalisés jusqu’à présent valident le principe.
6. Fusée – premier essai
Nous avions initialement prévu de faire usiner les fusées. Comme le design n’était pas encore validé, un premier prototype a été réalisé à partir de pièces en acier destinées à la construction.
Les premiers essais ont été effectués avec des roues de récupération. Le principe fonctionnait, mais l’axe de roue était trop petit et se déformait sous l’effort. Cet essai a conduit à revoir le dimensionnement de l’ensemble roue–axe–fusée.
7. Axe et roues
Après avoir sollicité la communauté sur le forum et étudié plusieurs solutions de roues, nous avons choisi des roues cargo de 27,5 pouces montées sur des axes de 20 mm.
Ce choix apporte une meilleure rigidité et une capacité de charge plus adaptée au véhicule.
8. Fusée – seconde version
Une nouvelle version, plus solide, a ensuite été prototypée, toujours à partir de pièces en acier initialement destinées à la construction.
Les fusées ont été principalement assemblées par boulonnage. Quelques soudures ont été ajoutées pour renforcer l’ensemble, mais elles ne constituent pas le principe structurel principal.
Les supports ont accueilli les étriers de frein sans complication particulière. Bien que les fusées n’aient pas été réalisées par usinage, la précision obtenue est suffisante pour cette phase de prototype.
9. Direction
La direction actuelle est directe : la tige filetée qui maintient la fusée dans son axe est solidaire de la poignée de direction.
Le système fonctionne, mais sa manipulation n’est pas suffisamment naturelle. Il devra évoluer vers une direction indirecte afin de bénéficier d’un meilleur bras de levier, d’améliorer l’ergonomie et de faciliter le réglage de la géométrie de direction.
10. Siège
Le siège est réalisé en lamelles de bambou. Malgré la simplicité de sa construction, il s’est révélé étonnamment confortable lors des essais.
La souplesse des lamelles participe également à l’amortissement des irrégularités de la route.
11. Transmission
Le pédalier est emboîté dans un tube en acier, lui-même monté sur un élément en bambou.
Les essais montrent que la transmission demande beaucoup de rigidité. Le bambou présente une certaine flexibilité et, dans cette zone, la structure n’est actuellement pas suffisamment triangulée. Cette configuration n’est donc pas encore adaptée aux efforts transmis par le pédalier.
Nous prévoyons de renforcer cette partie par triangulation, selon le même principe que le reste du véhicule. Il reste également à intégrer un dérailleur ainsi qu’un pignon intermédiaire afin de mieux guider la longue chaîne.
Enseignements du prototype 2024 et orientations
Le prototype 2024 valide plusieurs choix fondamentaux du projet Silex. La géométrie fortement triangulée permet d’exploiter efficacement le bambou en traction et en compression tout en conservant une structure légère. Le comportement routier obtenu est stable et confortable.
Les essais ont également mis en évidence les limites de certains choix. La colle d’os est intéressante pour des assemblages peu sollicités, mais elle ne répond pas seule aux exigences des zones structurelles et résiste mal à l’humidité. Le composite chanvre/époxy est performant, mais l’usage de résine époxy réduit fortement l’intérêt recherché en matière de biodégradabilité et augmente l’énergie grise du cadre.
La prochaine évolution devra donc chercher à conserver les qualités de la géométrie tout en simplifiant la fabrication. Une piste est d’étudier une structure associant épicéa et pièces métalliques localisées : le bois pour les éléments principaux travaillant en traction, compression ou flexion, et l’acier pour les axes, pivots, supports de frein et zones soumises à des efforts concentrés.
Sur le plan mécanique, les priorités sont le renforcement et la triangulation du support de pédalier, le passage à une direction indirecte et l’amélioration de la précision géométrique des fusées et des axes. Un gabarit dédié permettra d’obtenir une meilleure symétrie entre les côtés droit et gauche.
Enfin, la motorisation devra être dimensionnée en fonction de l’usage réel du véhicule. Les travaux menés après ce prototype montrent l’intérêt d’étudier une motorisation électrique avec une batterie aussi petite que possible, plutôt que de rechercher une autonomie très importante au prix d’une masse et d’une énergie grise élevées.
Conclusion
La saison 2 a transformé les principes du Silex en un véhicule expérimental concret. Elle a permis de valider la structure biomimétique triangulée et les assemblages bambou/chanvre/époxy, tout en identifiant précisément les points à améliorer. Le prototype suivant pourra ainsi se concentrer sur la reproductibilité, la rigidité de la transmission, la direction, la précision des liaisons au sol et la réduction de l’impact environnemental des matériaux.
Fichier Véhicule (AAP Ideation) : Dossier_vehicule_silex.PDF Fichier Véhicule (AAP Proto) : Rapport final AAP prototype 2024 silex.PDF Fichier Véhicule (AAP Indus) : Fichier associé au guide de montage : 20260630_190143.jpg Lien vers un espace de stockage des fichiers 3D : Partenaire impliqué (industriel, fablab, labo...) :Lien vers un espace de stockage de la vidéo du véhicule :
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