Ingénierie, innovation et développement durable (STI2D) · Terminale · Enseignement spécifique innovation technologique et éco-conception (ITEC)
Innovation technologique et éco-conception
Forme, matériau, procédé : un trio.
En bref
L’enseignement spécifique innovation technologique et éco-conception (ITEC) porte sur la structure matérielle des produits : définir la forme d’une pièce, choisir son matériau et son procédé, concevoir des mécanismes, en visant la compétitivité et un faible impact environnemental.
Le triangle forme – matériau – procédé
On ne choisit jamais l’un sans les deux autres :
| Le choix | Il influence |
|---|---|
| Matériau | Les procédés possibles, la masse, le coût, le recyclage |
| Procédé | Les formes réalisables, les épaisseurs, les tolérances, le coût selon la quantité |
| Forme | La résistance, la fonction, l’esthétique |
Une pièce injectée en plastique n’a pas la même forme qu’une pièce usinée en aluminium, même si elle remplit la même fonction.
Les grandes familles de procédés
| Le procédé | Principe | Série économique | Règles de forme |
|---|---|---|---|
| Moulage (fonderie, injection plastique) | Matière liquide dans un moule | Grande série (moule coûteux) | Épaisseurs constantes, dépouilles, congés |
| Usinage (tournage, fraisage) | Enlèvement de matière | Unité à moyenne série | Accessibilité de l’outil, rayons d’outil |
| Déformation (emboutissage, pliage, forgeage) | Mise en forme à l’état solide | Grande série | Rayons de pliage, épaisseur constante |
| Fabrication additive | Ajout couche par couche | Unité, petite série, formes complexes | Supports, orientation, surplombs |
| Découpe (laser, jet d’eau, poinçonnage) | Contours dans une tôle | Toutes | Pièces planes |
Exemple travaillé : choisir un procédé
Un boîtier de capteur à produire à 50 000 exemplaires par an.
| Procédé | Coût fixe | Coût par pièce | Coût total pour 50 000 |
|---|---|---|---|
| Impression 3D | 0 € | 6 € | 300 000 € |
| Usinage | 2 000 € | 9 € | 452 000 € |
| Injection plastique | 25 000 € (moule) | 0,80 € | 65 000 € |
L’injection s’impose en grande série. Le seuil de rentabilité face à l’impression 3D : 25 000 + 0,8 × n = 6 × n, soit n ≈ 4 800 pièces. En dessous, l’impression 3D est moins chère.
Concevoir en CAO pour le procédé
Pour une pièce injectée : épaisseur constante (sinon retassures), dépouilles de 1 à 2° pour démouler, congés partout, nervures pour rigidifier sans épaissir. La maquette numérique permet de simuler le remplissage du moule et de vérifier la résistance.
Les solutions constructives mécaniques
| La fonction | Solutions |
|---|---|
| Guidage en rotation | Coussinets (bagues de frottement), roulements à billes |
| Guidage en translation | Glissières, rails à billes |
| Transmission | Engrenages, poulies-courroie, chaînes |
| Transformation de mouvement | Vis-écrou, pignon-crémaillère, bielle-manivelle, came |
| Assemblage | Démontable (vis, clips) ou permanent (soudure, collage, rivet) |
| Étanchéité | Joints toriques, joints à lèvre |
Pour l’éco-conception, on préfère des assemblages démontables et des pièces monomatériau.
Innover
Intégration de fonctions (une pièce plastique avec charnière intégrée et clips), allègement par optimisation topologique (le logiciel retire la matière inutile), matériaux biosourcés ou recyclés, conception pour la réparation. Chaque innovation se justifie par un gain chiffré : masse, coût, nombre de pièces, impact.
Teste-toi
6 questions pour vérifier
Touche une réponse : la correction s’affiche tout de suite.
1.Quels sont les trois choix interdépendants de la conception d’une pièce ?
2.Quel procédé convient à une grande série de pièces plastiques ?
3.Pourquoi prévoir des dépouilles sur une pièce moulée ?
4.Une épaisseur non constante sur une pièce injectée provoque…
5.Coût total de 50 000 pièces injectées (moule 25 000 €, 0,80 € la pièce) ?
6.Seuil de rentabilité entre impression 3D (6 €) et injection (25 000 € + 0,80 €) ?
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