Projet final : Bateau sur l'eau - Yasmine, Rita, Maélanne, Marya

Objectif : 

Notre projet final consiste àà concevoir un prototype d'un bateau intéintégrant un systèsystème Arduino et une héhélice. Ce compte rendu a pour objectif de documenter l’l’ensemble du processus, intéintégrant les technologies vues en atelier dont: conception et impression 3D, conception 2D et dédécoupe laser, ou éélectronique numénumérique.

Deux approches sont possibles : crécréer un prototype visuellement proche de l’l’objet final ou dédévelopper un systèsystème éélectronique simulant son comportement —— voire une combinaison des deux.

PARTIE 1 : Contexte et Objectifs du Projet : Bateau DéDécoratif AniméAnimé avec SystèSystème Arduino

1. DéDéfinition du projet

Ce projet ne se contente pas d’êd’être un simple objet dédécoratif statique. Imaginez un bureau ou une étagèétagère oùoù un bateau miniature prend vie, son héhélice tournant au grégré des réréglages, offrant un spectacle àà la fois hypnotique et technologique. InspiréInspiré par l’l’univers de LEGO Technic, ce projet cherche àà allier esthéesthétique, innovation et interactivitéinteractivité.

Dans un monde oùoù la dédécoration devient de plus en plus intelligente et modulable, l’idél’idée est d’d’introduire un objet interactif et ééducatif, accessible aussi bien aux amateurs de design qu’qu’aux passionnépassionnés de technologie. Pourquoi se limiter àà des objets dédécoratifs statiques quand on peut leur donner du mouvement et une dimension ludique ? 

2. Public cible

Le projet vise plusieurs types d’d’utilisateurs :

• Les passionnépassionnés de LEGO Technic et de modémodélisme, qui cherchent des moyens d’intéd’intégrer de nouveaux mémécanismes motorisémotorisés àà leurs crécréations.
• Les amateurs de design d’intéd’intérieur qui veulent apporter une touche d’originalitéd’originalité àà leur espace avec un objet dédécoratif interactif.
• Les adeptes du DIY et de l’él’électronique, qui aiment construire, programmer et expéexpérimenter avec des circuits Arduino.

En offrant une expéexpérience immersive et modulaire, ce projet s’s’adresse aussi bien aux curieux souhaitant apprendre l’él’électronique qu’qu’aux passionnépassionnés de modémodélisme cherchant un dédéfi crécréatif.

3. FonctionnalitéFonctionnalités

Principale : Animation de l’hél’hélice via un potentiomèpotentiomètre

L’L’utilisateur peut ajuster la vitesse de rotation en tournant un bouton, ce qui crécrée une sensation de contrôcontrôle fluide et intuitif, comme s’s’il pilotait réréellement un bateau en miniature.

Secondaires :

• Un design soignésoigné et personnalisable, qui permet d’intéd’intégrer le bateau dans diffédifférents styles d’d’environnement (bureau, salon, vitrine).
• Une modularitémodularité : possibilitépossibilité d’d’ajouter d’d’autres animations, d’améd’améliorer l’él’éclairage ou d’intéd’intégrer des capteurs supplésupplémentaires.
• CompatibilitéCompatibilité avec les tendances LEGO Technic et modémodélisme, facilitant son intéintégration dans des collections existantes.

4. Analyse de la probléproblématique et veille sur l'existant

Pourquoi ce projet est-il pertinent aujourd’aujourd’hui ?
L’L’univers du modémodélisme et de l’él’électronique interactive connaîconnaît un essor considéconsidérable. Cependant, la plupart des objets dédécoratifs interactifs sur le marchémarché sont soit trop complexes, soit limitélimités àà des fonctionnalitéfonctionnalités prédéprédéfinies.

ÉÉtude de l’l’existant :

• ModèModèles de bateaux animéanimés : souvent destinédestinés au modémodélisme naval, nénécessitent un montage complexe et un espace dédiédédié.
• LEGO Technic motorisémotorisés : proposent des mémécanismes intéintéressants mais ne sont pas spéspécifiquement pensépensés comme des objets dédécoratifs.
• Objets dédécoratifs interactifs : principalement lumineux ou statiques, avec peu d’éléd’éléments en mouvement mémécanique.
• Ce projet cherche donc àà combler ce vide en proposant un objet àà la fois fonctionnel, dédécoratif et accessible.

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5. Lean Canvas

 ProblèProblème : 
Le marchémarché actuel des objets dédécoratifs interactifs préprésente deux limitations majeures :

1. Les produits existants sont souvent trop techniques et difficiles àà assembler pour un public non expert (ex. : modémodélisme naval traditionnel).

2. ÀÀ l’l’inverse, les objets interactifs accessibles manquent de modularitémodularité ou d’intérêd’intérêt technologique (ex. : simples lampes LED dédécoratives).

Il existe un manque d’d’alternatives ludiques, ééducatives et personnalisables qui allient àà la fois esthéesthétique, technologie et simplicitésimplicité de prise en main.

Solution : 
DéDéveloppement d’d’un bateau miniature interactif motorisémotorisé, intéintégrant un systèsystème Arduino :

• ContrôContrôle de l’hél’hélice via un potentiomèpotentiomètre, pour simuler une navigation.

• Design personnalisable (formes, couleurs, finitions), adaptable àà diffédifférents environnements (bureau, salon, vitrine, etc.).

• Structure modulaire : possibilitépossibilité d’d’ajouter capteurs, ééclairages LED ou autres animations.

• FacilitéFacilité d’d’assemblage grâgrâce àà l’l’impression 3D et àà la documentation fournie.

Segments de clientèclientèle : 

• ModéModélistes recherchant un projet crécréatif mêmêlant mémécanique et esthéesthétique.

• PassionnéPassionnés de LEGO Technic curieux d’éd’élargir leur univers avec des composants Arduino.

• Makers et bricoleurs DIY attiréattirés par les projets accessibles et éévolutifs.

• Amateurs de dédécoration geek/design tech souhaitant intéintégrer un objet original àà leur intéintérieur.

• Enseignants ou animateurs STEM àà la recherche de supports pépédagogiques interactifs.

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Proposition de valeur unique : 
Un objet esthéesthétique et intelligent, àà la frontièfrontière entre design, technologie et jeu :

" Un mini-bateau dédécoratif, programmable et personnalisable, qui donne vie àà votre espace tout en stimulant votre créativitécréativité."

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Canaux de distribution : 

• • Plateformes de partage et de vente de projets DIY : Thingiverse (modèmodèles 3D gratuits), Etsy (kits ou objets finis), Cults3D.

  • Boutiques spécialiséspécialisées en éélectronique ou modémodélisme (en ligne ou physiques).

  • CommunautéCommunautés de passionnépassionnés : forums Arduino, groupes Facebook, Reddit, Instructables.

  • ÉvéÉvénements et salons : Maker Faires, salons de modémodélisme ou de l’él’électronique.

  • RéRéseaux pépédagogiques : éétablissements scolaires, Fablabs, associations ééducatives

• Structure de coûcoûts : MatéMatériaux, composants éélectroniques, outils de fabrication.

• Sources de revenus : Vente de kits, fichiers de conception 3D, tutoriels payants.

4. Choix techniques

Arduino et éélectronique :
Nous avons utiliséutilisé une carte Arduino pour piloter le moteur àà courant continu, avec un potentiomèpotentiomètre permettant de faire varier sa vitesse. L'éélectronique comprend éégalement une diode pour la protection contre les retours de courant, une rérésistance, et un transistor servant d’d’interrupteur éélectronique entre la carte et le moteur.

MatéMatériaux de construction :
La coque du bateau et ses composants ont étéété impriméimprimés en 3D àà l’l’aide de plastique PLA, un matématériau àà la fois léléger et robuste. Le pont a étéété conçconçu àà partir d'une planche de bois de 3 mm d’éd’épaisseur, gravégravée au laser pour un rendu esthéesthétique (effet parquet) et un bon maintien mémécanique.

Justification :
Ces choix ont étéété guidéguidés par plusieurs critècritères :

• CompatibilitéCompatibilité : L’L’Arduino est facile àà intéintégrer avec d’d’autres composants éélectroniques standards.

• AccessibilitéAccessibilité : Tous les matématériaux sont facilement disponibles en fablab.

• EsthéEsthétique : Le bois apporte un rendu visuel chaleureux et réréaliste.

• Robustesse : L’L’ensemble offre une bonne durabilitédurabilité pour un prototype manipulable.

MVP (Minimum Viable Product) :
Le premier objectif éétait d’d’obtenir un prototype fonctionnel capable d’d’animer une héhélice grâgrâce àà un moteur contrôlécontrôlé par un potentiomèpotentiomètre. Ce MVP a étéété atteint aprèaprès une sésérie de tests.

Planification :
Le projet a étéété menémené en plusieurs éétapes :

1. Conception (croquis, modémodélisation 3D, choix des composants),

2. Fabrication (impression 3D, dédécoupe laser, montage éélectronique),

3. Tests (fonctionnement de l’hél’hélice, ajustements du pont et de la coque),

4. AméAméliorations (rérévision des dimensions, stabilisation du moteur).

MéMéthodologie :
Nous avons adoptéadopté une approche itéitérative : àà chaque éétape, des tests ont étéété réaliséréalisés, suivis d’d’ajustements. Cela nous a permis de progresser rapidement tout en corrigeant les erreurs au fur et àà mesure.

5. Gestion de projet

• MVP (Minimum Viable Product) :
  Le premier objectif éétait d’d’obtenir un prototype fonctionnel capable d’d’animer une héhélice grâgrâce àà un moteur contrôlécontrôlé par un potentiomèpotentiomètre. Ce MVP a étéété atteint aprèaprès une sésérie de tests.

  Planification :
  Le projet a étéété menémené en plusieurs éétapes :

  1. Conception (croquis, modémodélisation 3D, choix des composants),

  2. Fabrication (impression 3D, dédécoupe laser, montage éélectronique),

  3. Tests (fonctionnement de l’hél’hélice, ajustements du pont et de la coque),

  4. AméAméliorations (rérévision des dimensions, stabilisation du moteur).

  MéMéthodologie :
  Nous avons adoptéadopté une approche itéitérative : àà chaque éétape, des tests ont étéété réaliséréalisés, suivis d’d’ajustements. Cela nous a permis de progresser rapidement tout en corrigeant les erreurs au fur et àà mesure.

6. Conception et fabrication

• Croquis et dimensions : Le bateau a étéété pensépensé àà partir de formes simples sur Tinkercad (carrécarrés, paraboloïparaboloïde), en adaptant les proportions selon les composants àà intéintégrer.

• Liste des matématériaux et composants :

  • PLA pour l’l’impression 3D,

  • Bois 3 mm pour le pont,

  • Moteur 5V CC,

  • PotentiomèPotentiomètre,

  • Diode, rérésistance, transistor,

  • Arduino Uno.

• Fichiers 3D et captures d’éd’écran : Les formes ont étéété réaliséréalisées sur Tinkercad, puis ajustéajustées pour accueillir tous les composants. Le pont a étéété modélisémodélisé sur Inkscape avec vectorisation d’d’un motif parquet.

• Code Arduino commentécommenté : Voir la partie détaillédétaillée du code dans la section précéprécédente. Chaque ligne est expliquéexpliquée pour faciliter la comprécompréhension et la maintenance.

7. Prototypage et tests

• Photos et analyse des tests :
  Des photos ont étéété prises àà chaque éétape de fabrication : impression de la coque, gravure du pont, intéintégration des composants éélectroniques. Les tests ont montrémontré que le moteur rérépond bien au potentiomèpotentiomètre, avec une vitesse modulable.
• Documentation des erreurs et ajustements :
  Des erreurs de dimension ont étéété constatéconstatées lors des premièpremières impressions : certaines ouvertures éétaient trop petites pour les composants. Nous avons corrigécorrigé cela en agrandissant les formes et en recalibrant les perçperçages.
• Analyse du produit final :
  Le prototype fonctionne conforméconformément àà l’l’objectif initial. L’héL’hélice tourne, la structure est stable, et les composants tiennent bien en place. Le rendu visuel est propre, grâgrâce àà l’l’effet bois et àà la finition des formes.

8. AméAméliorations et éévolutions possibles

• IntéIntégration d'une télétélécommande (par infrarouge ou Bluetooth) pour piloter le moteur àà distance.

• Optimisation du design et des matématériaux pour rendre le bateau plus léléger ou éétanche.

• Ajout d'autres mouvements animéanimés comme une direction (servo moteur), un mat mobile ou des LED d’d’ambiance.

9. Ressources et inspirations

• Tutoriels : Documentation Arduino officielle, forums Instructables, vidévidéos YouTube sur les bases de la motorisation.

• RéféRéférences techniques : SchéSchémas de circuits Arduino de base, articles sur l’l’impression 3D et la dédécoupe laser.

• Inspirations : Design nautique simplifiésimplifié, LEGO Technic pour les systèsystèmes mémécaniques, et modémodélisme naval pour la structure globale.

PARTIE 2 : ExéExécution et conception du design sur Tinkercad

A/ CréCréation de la forme 1 : la coque du bateau 

Pour dédébuter, nous avons créécréé deux carrécarrés, puis ajoutéajouté un paraboloïparaboloïde que nous avons coupécoupé en deux. Ensuite, nous avons assembléassemblé les diffédifférentes parties ensemble avant de dupliquer la premièpremière forme afin d'obtenir la forme intéintérieure du bateau. Cette éétape nous a permis de dédéterminer les dimensions intéintérieures àà ajuster. La deuxièdeuxième forme a étéété réréduite de deux millimèmillimètres pour correspondre aux besoins du projet. 

 

La plus petite forme a ensuite étéété percépercée pour permettre l’intél’intégration des diffédifférents composants.

Cependant, aprèaprès vévérification, nous nous sommes rendus compte que les dimensions de nos formes initiales n’én’étaient pas correctes. Nous avons donc ajustéajusté et agrandi les formes, puis repris l’él’étape de perçperçage.

Ensuite, nous avons procédéprocédé àà l'installation de cales (indiquéindiquées en rouge sur l'image ci-dessous) afin de soutenir la plateforme supésupérieure du bateau (le pont), qui sera réaliséréalisée par la suite.

Nous avons éégalement intégréintégré un petit support pour le moteur àà courant continu 5V (voir image ci-dessous), avec une perforation permettant le passage de la tige de l'héhélice àà l'extéextérieur du bateau.

B/ CréCréation de la forme 2: le pont/plateforme du bateau 

Une fois la coque de bateau terminéterminée, nous avons modélisémodélisé le pont de manièmanière àà ce qu’qu’il s’s’ajuste parfaitement àà la forme de la coque, en s'appuyant sur les cales. Pour cette éétape, nous avons utiliséutilisé une planche de bois de 3 mm d’éd’épaisseur, découpédécoupée au laser, afin d’d’obtenir une plateforme solide et préprécise.

C/ CréCréation de l'héhélice et du mat 

Pour concevoir notre héhélice, nous nous sommes basébasées sur l'un des modèmodèles proposéproposés par la plateforme, comme celui illustréillustré ci-dessous : 

Et puis nous avons modélisémodélisé le mat comme ci-dessous : 

PARTIE 3 : CréCréation du pont sur Inkscape

Pour le pont, nous avons choisi de lui donner la forme que nous souhaitions pour qu'on puisse l'inséinsérer dans le bateau impriméimprimé en 3D.  Et, pour obtenir l’l’effet parquet, nous avons sélectionnésélectionné un motif de parquet sur internet que nous avons passépassé en noir et blanc puis vectorisévectorisé afin de crécréer la gravure.
Ensuite, nous avons ajoutéajouté un trou pour le mâmât.
Enfin, nous avons exportéexporté le fichier au format SVG pour l'utiliser avec la dédécoupeuse laser.

  

 

 

 

 

 

 

 

Cependant, une fois le pont imprimé, nous avons constaté qu’il ne correspondait pas aux dimensions prévues et ne s’insérait pas correctement dans la coque (visible à gauche sur la photo ci-dessous). Nous avons donc repris les mesures afin d’adapter le pont pour qu’il repose sur l’ensemble de la coque, ce qui nous permettra de le fixer ultérieurement à l’aide de colle.

 

Puis nous avons réalisé une deuxième découpe laser pour obtenir notre nouveau pont.

 

PARTIE 4 : Le montage Arduino

Pour le montage Arduino, nous avons utiliséutilisé les composants suivants (numéroténumérotés selon la lélégende de la photo) :

1. PotentiomèPotentiomètre –– Sert àà ajuster la tension en entréentrée et donc àà contrôcontrôler la vitesse du moteur.

2. Moteur –– Convertit l'éénergie éélectrique en éénergie mémécanique (rotation).

3. Diode –– ProtèProtège le circuit contre les retours de courant générégénérés par le moteur lorsqu'il s'arrêarrête.

4. RéRésistance –– Limite le courant éélectrique pour ééviter d’d’endommager les composants.

5. Transistor –– Fait office d’d’interrupteur éélectronique : il permet de contrôcontrôler la mise en marche du moteur via l’l’Arduino.

6. Carte Arduino –– Sert de contrôcontrôleur principal : elle envoie les signaux nénécessaires pour piloter le montage.

 

PARTIE 5 : Le code 

• Test initial du moteur
  Nous avons tout d'abord réaliséréalisé un premier programme destinédestiné àà vévérifier le bon fonctionnement du moteur.
  Le test a étéété concluant : le moteur fonctionne correctement.

#define POTENTIOMETER_PIN 12  // EntréEntrée analogique du potentiomèpotentiomètre
#define MOTOR_PIN 16          // Sortie PWM vers le transistor

void setup() {
    pinMode(MOTOR_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
    
    analogWrite(MOTOR_PIN, motorSpeed);  // Envoyer la valeur PWM au moteur
    delay(10);
}

• Ajout du potentiomèpotentiomètre (code final)
  Dans un second temps, nous avons modifiémodifié le code en ajoutant deux lignes supplésupplémentaires (code ci-dessous, ligne 9 et 10) afin d’intéd’intégrer le potentiomèpotentiomètre au circuit.
  Cette éétape a permis de connecter et d'utiliser le potentiomèpotentiomètre avec succèsuccès. 

#define POTENTIOMETER_PIN 12  // EntréEntrée analogique du potentiomèpotentiomètre
#define MOTOR_PIN 16          // Sortie PWM vers le transistor

void setup() {
    pinMode(MOTOR_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
    int potValue = analogRead(POTENTIOMETER_PIN);    // Lire la valeur du potentiomèpotentiomètre (0-1023)
    int motorSpeed = map(potValue, 0, 1023, 0, 255); // Convertir la valeur en PWM (0-255)
    
    analogWrite(MOTOR_PIN, motorSpeed);  // Envoyer la valeur PWM au moteur
    delay(10);
}

Voici l'explication détaillédétaillée du code utiliséutilisé :

1. #define POTENTIOMETER_PIN 12 // EntréEntrée analogique du potentiomèpotentiomètre
RôRôle : Cette ligne dédéfinit un nom (POTENTIOMETER_PIN) pour repréreprésenter le numénuméro de la broche 12.
Pourquoi ce choix :
#define est utiliséutilisé pour rendre le code plus lisible et facile àà modifier : si un jour on change la broche du potentiomèpotentiomètre, il suffira de changer ce numénuméro ici, sans chercher partout dans le code.

2. #define MOTOR_PIN 16 // Sortie PWM vers le transistor
RôRôle : De la mêmême manièmanière, cette ligne dédéfinit MOTOR_PIN pour la broche 16, qui pilote le moteur.


3. void setup() {
RôRôle : DéDébut de la fonction setup(), appeléappelée une seule fois au dédémarrage du microcontrômicrocontrôleur.
C’C’est la structure standard d’d’un programme Arduino. Tout ce qui est initialisation doit se faire dans setup().
Cela permet d'nitialiser les paramèparamètres du systèsystème dèdès le lancement.

4. pinMode(MOTOR_PIN, OUTPUT);
RôRôle : DéDéfinit la broche du moteur (MOTOR_PIN) comme une sortie.
Il est nénécessaire pour pouvoir envoyer un signal PWM depuis cette broche. Sinon, par dédéfaut, les broches sont en entréentrée.

5. }
RôRôle : Fin de la fonction setup().
(Syntaxe obligatoire en C/C++ pour dédélimiter les blocs de fonctions)

6. void loop() {
RôRôle : DéDébut de la fonction loop(), appeléappelée en boucle continue tant que la carte est alimentéalimentée.
 C’C’est ici que le systèsystème s’s’adapte en temps réréel aux changements du potentiomèpotentiomètre.

7. int potValue = analogRead(POTENTIOMETER_PIN);
RôRôle : Lit la tension en entréentrée sur la broche du potentiomèpotentiomètre (entre 0V et 5V) et la convertit en une valeur numénumérique entre 0 et 1023.
Cette ligne de code permet de capter la position du potentiomèpotentiomètre, qui dédéterminera la vitesse du moteur.

8. int motorSpeed = map(potValue, 0, 1023, 0, 255);
RôRôle : Convertit la valeur lue (0–0–1023) en une plage plus petite (0–0–255) adaptéadaptée au PWM et assure que la valeur envoyéenvoyée au moteur est proportionnelle àà la lecture du potentiomèpotentiomètre.

9. analogWrite(MOTOR_PIN, motorSpeed);
RôRôle : GénèGénère un signal PWM correspondant àà motorSpeed sur la broche du moteur, elle contrôcontrôle effectivement la vitesse du moteur en fonction de la position du potentiomèpotentiomètre.

10. delay(10);
RôRôle : Fait une courte pause de 10 millisecondes avant de recommencer la boucle.
Sans delay, la boucle loop() tournerait trop vite, ce qui pourrait provoquer des lectures instables ou inutiles.
10 ms est un bon compromis : assez rapide pour êêtre réréactif, mais pas inutilement rapide.
Ainsi, on assure une stabilitéstabilité de la lecture et on réréduit la charge inutile du microcontrômicrocontrôleur.

11. }
RôRôle : Fin de la fonction loop().
(Syntaxe obligatoire pour clôclôturer un bloc de fonction)