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L'enceinte sera finalement fabriquée à partir de matériel de récupération. De longues planches de bois relativement identiques sont découpées à la scie circulaire en 24 blocs de 40 x 9 x 2 cm. Pour former les murs de la machine, ces blocs sont assemblés par 4 à l'aide de colle à bois : les surfaces à coller sont d'abord poncées afin d'optimiser l'adhérence de la colle. Nous attendons que la roue soit fabriquée avant de calculer la taille de la fente nécessaire à son passage. Ainsi, l'enceinte du réfrigérateur aura sera un cube de 40 x 40 x 40 cm, avec un volume interne de 36 x 36 x 36 cm (les parois ayant une épaisseur de 2 cm), que l'on peut voir ci-dessous. Les trous dus aux irrégularités des planches seront comblés au mieux. Il est prévu d'ajouter 2 cm d'épaisseur de laine de verre, pour un volume interne final de 34 x 34 x 34 cm (N.B. : nous ne le ferons pas en pratique, n'ayant pas d'outils pour faire de mesures, la construction du prototype est purement démonstrative, il n'est pas utile d'utiliser un matériau facultatif et “précieux”).

Images 4 et 5 : photos de l'enceinte

<fc #4682b4>Version 1 : Roue fabriquée à partir de Lego™</fc>

Comme il ne nous est plus possible de découper notre roue au laser dans une planche de contreplaqué, nous avons essayé de reproduire la roue avec des Lego™. Elle a été assemblée de manière à renforcer les parties qui se tordaient le plus sous la contrainte d'un élastique de 20cm (un élastique de test). Il apparaît que la contrainte de l'élastique sur la roue est déjà assez importante pour la plier, nous essayons alors avec les élastiques prévus initialement : la contrainte est trop forte, la roue menace de se briser.

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Cette option a cependant permis de réaliser qu'une liaison pivot (en Lego™) composée d'un bâton de section plane en croix insérée dans un trou circulaire frotte assez peu a priori. On se tourne donc vers une planche de bois pour faire office de roue. Nous n'utiliserons pas les bâtons en Lego™, qui sont trop fins (< 0,5 mm de diamètre), pour faire tourner la roue et servir de “point de pivot”.

<fc #4682b4>Version finale : Roue fabriquée à partir d'une planche en bois</fc>

<note>Nous utilisons une des planches de bois ayant servi à la fabrication de l'enceinte pour simuler la roue. Comme dit précédemment, nous avons besoin d'un temps de transfert thermique entre les élastiques et l'air (et en l'absence de ventilateurs) pour homogénéiser leur température. Nous avions donc décidé de concentrer les élastiques sur une petite partie de la roue, ainsi une planche suffit. On y plante des clous aux extrémités pour accrocher les élastiques, plus précisément il y a 3 clous plantés à 2 cm du bord de la planche/roue de 40 x 9 x 2 cm, soit 40 de “diamètre” et 2 centimètre d'épaisseur. Les clous permettant d'y attacher les élastiques, ils dépassent de la planche d'approximativement 3 cm. Pour conserver une marge, la fente qui laissera passer la roue au sein de l'enceinte fera donc 7 cm de largeur sur 36 cm de longueur, il faut en effet retirer les 4 cm d'épaisseur des parois supérieures et inférieures.</note>

Comme dit précédemment, nous utiliserons un tube de colle pour faire pivoter la roue, notre système pouvant inverser son sens de rotation lors d'un temps d'homogénéisation (arrêt de la roue) sans que cela ne pose problème : c'est parce qu'elle n'a pas besoin de tourner sans interruption que cette solution est possible. Le centre de la planche-roue est percé d'un trou de 2 cm de diamètre puis limé pour que la base du tube de colle (2,1 cm de diamètre) y rentre. Cet assemblage roue/colle est monté sur un socle en bois assez épais et lui aussi percé pour incruster le reste du tube de colle. Sur les images 8,9 et 10 vous pourrez voir le socle qui maintient la planche-roue et lui permet de tourner (image 8), troué en un point pour accueillir l'arrière de la planche-roue associée au tube de colle (image 9), et les deux pièces assemblées (socle + roue liés par le tube de colle, image 10).

Images 8, 9 et 10 : Support de la roue permettant de la faire tourner, assemblage roue-tube de colle, et pièce finale “roue sur son socle” posée à côté de l'enceinte complète

Il reste maintenant à accrocher les élastiques, nous avons déjà les clous aux extrémités mais il faut les fixer au reste de la structure sur le point de pivot. Pour rappel, et on peut le voir sur l'image 3, le point de pivot est situé sur un rayon de la roue, au sein de l'enceinte.

<note important>Pour minimiser les frottements et simplifier le montage du réfrigérateur, nous décidons tout d'abord d'attacher les élastiques à un anneau de porte-clé en métal, garantissant une résistance à la contrainte de plusieurs élastiques (image 11). Nous voyons sur l'image 12 que lorsque les élastiques sont attachés d'une part aux clous, d'autre part à l'anneau de porte-clé (qui n'est fixé à rien), ils exercent logiquement tous la même tension, ce qui positionne l'anneau au centre de la planche-roue (état d'équilibre du système). Pour apporter des variations de longueur, on va donc fixer cet anneau à l'intérieur de l'enceinte, et pour faciliter la tâche nous commencerons par le rendre solidaire à un tube de colle (image 13), que l'on fixera lui à l'intérieur du cube. !! ATTENTION : IL NE FAUT PAS SE MÉPRENDRE, CE TUBE DE COLLE LÀ N'A QUE POUR RÔLE CELUI D'ÊTRE UN CYLINDRE RÉSISTANT À LA TRACTION QU'EXERCERONT LES ÉLASTIQUES. IL N'A RIEN À VOIR AVEC LE TUBE DE COLLE QUI PERMET LA ROTATION DE LA PLANCHE-ROUE. !!</note>

L'anneau en métal doit être assez grand pour admettre en son intérieur l'épaisseur de tous les élastiques et le diamètre du second tube de colle (solidaire au cube, celui qui est le point de pivot). Avoir attaché les élastiques sur un anneau en métal et non directement au tube nous évite bien des frottements !

Images 11, 12 et 13 : Anneau sur lequel sont accroché une extrémité de tous les élastiques, position d'équilibre lorsque l'on n'impose pas un point d'attache désaxé par rapport au centre de la planche-roue, et assemblage point de pivot + roue, sans que celui-ci ne soit encore fixé à l'intérieur de l'enceinte

<note>Avec ce montage, la planche-roue peut supporter au moins 30 élastiques (15 de chaque côté, 5 par clou). Il faudra alors voir si la force de traction appliquée sur le point de pivot (anneau+tube de colle) n'est pas trop élevée et ne décroche pas le point de pivot de la paroi de l'enceinte sur laquelle il est fixé. L'image 14 permet d'observer l'action du point de pivot vue depuis l'extérieur de l'enceinte (nous voyons un élastique tendu), et l'image 15 permet d'observer l'action du point de pivot depuis l'intérieur de l'enceinte (élastique opposé détendu) ainsi que la manière dont il a été attaché (du ruban adhésif sur la paroi).</note>

Images 14 et 15 : point de pivot vu depuis l'extérieur, point de pivot vu depuis l'intérieur

Pour commencer, voici 3 schémas du prototype : une modélisation 3D (qui n'est pas à l'échelle) pour avoir une compréhension globale du prototype, et deux schémas de type “plan d'ingénieur”, pour que tout le monde puisse reproduire la machine, du moins dans ses dimensions.

Schéma 1 : Représentation en trois dimensions du prototype. Toutes les dimensions indiquées sont en centimètres. Le point de pivot est en rouge, au sein de l'enceinte, et l'excroissance qui dépasse par la fente fait 2 cm de longueur. Le centre de rotation de la roue est en blanc, les points de fixation des élastiques sont en noir (en pratique ce sont des clous), élastiques qui ne sont pas représentés ici par souci de simplicité.

Schémas 2 et 3 : Plans du prototype à l'échelle, respectivement vue de face et vue de haut. Encore une fois, toutes les dimensions indiquées sont en centimètres, le point de pivot est en rouge et les points de fixations des élastiques sont en noirs. Les dimensions de la potence, le socle qui maintient la roue et permet de la faire tourner, ne sont pas importantes, et celle-ci n'est pas représentée sur la vue de haut. L'enceinte et la potence sont surélevées de 4 cm par rapport au sol, ceci a été précisé sur la vue de face.

Ci-dessous une vidéo du système simplifié, sans enceinte, afin de visualiser le mouvement des élastiques lors d'une rotation de la roue. Le point de pivot n'est pas visible à l'écran, mais il est tout de même existant.

<note warning> Enfin, les photos du prototype complet. <fc #800080>ATTENTION, COMME PRÉSUMÉ DANS LA “NOTE” PRÉCÉDENTE, LES ÉLASTIQUES DE 90 x 1,5 mm EXERCENT UNE CONTRAINTE TROP FORTE SUR LE POINT DE PIVOT, CE QUI LE DÉCROCHE DE LA PAROI INTERNE DE L'ENCEINTE (et nous n'en avons pas de plus longs, qui exerceraient une force de traction moins importante). Comme nous tenions à montrer le prototype dans son ensemble, élastiques compris, NOUS AVONS PLACÉ LE POINT DE PIVOT SUR LA FACE EXTÉRIEURE DE LA PAROI. CEPENDANT, CE N'EST PAS LA CONFIGURATION QUE NOUS EMPLOIERONS ET QUE NOUS AVONS EMPLOYÉ, CELLE-CI SERT JUSTE DE DÉMONSTRATION DU SYSTÈME (elle est en effet moins efficace en terme d'échange thermique dans l'enceinte). LE PROTOTYPE DOIT EN PRINCIPE AVOIR LE POINT DE POINT DE PIVOT AU SEIN DE SON ENCEINTE, SUR LA FACE INTÉRIEURE DE LA PAROI FENDUE, tel que nous l'avons toujours énoncé.</fc> </note>

Images 16, 17, 18 : Photographies du prototype, de face tel qu'on voie le système global, de front et de 3/4. Pour rappel, le point de pivot est censé être sur la face intérieure de la paroi “de droite”, il a été ici mis à l'extérieur pour résister à la tension des élastiques, inadaptés à notre montage.

Image 19 : Photographie du prototype, vue de profil. Nous voyons bien l'état plus ou moins tendu des élastiques. Reculer ce point de pivot de 4 cm (2 cm de paroi et 2 cm de diamètre pour le fixer sur la paroi interne) engendre un moment fort, dû à la traction des élastiques et à la liaison “encastrement” qui aurait liée la face intérieur et le cylindre-point de pivot. Ce moment trop important brisait cette liaison, et par conséquent faisait tomber le point de pivot de la paroi. C'est pour cela qu'il a été placé, en vue de faire ces photos, sur la face extérieure, bien que cela ne corresponde plus exactement au système de référence.