Quand la théorie rencontre la pratique : des étudiants en génie mécanique optimisent les stabilisateurs de bateaux

Comment améliorer un composant qui, à l'usage quotidien, présente systématiquement des défaillances au même endroit ? C'est la question à laquelle s'intéressent les étudiants et les collaborateurs de l'Institut de mécanique de l'université de Kassel. Le projet porte principalement sur la flèche d'un bateau à rames, qui devra à l'avenir être plus durable et plus résistante.

Le projet est né d'un problème concret rencontré par UNISports : les bras de stabilisation des bateaux tombent régulièrement en panne au même endroit et ne peuvent pas être remplacés facilement, car le fabricant ne les produit plus, explique Lukas Toby, assistant de recherche à l'Institut des sciences du sport (IfSS). Afin de pouvoir continuer à utiliser à long terme les bateaux à rames concernés, tant dans le cadre des cours proposés par UNISport que dans la formation des futurs enseignants de l’IfSS, il a donc fallu mettre au point une nouvelle solution technique.

C’est Simon Nowak, moniteur d’aviron de longue date à l’UNISport et étudiant en génie mécanique, qui a donné l’impulsion décisive. Il a proposé de contacter Matthias Oxe, docteur en ingénierie, qui possède lui-même une expérience dans le domaine de l’aviron.

Sous la direction du Dr.-Ing. Matthias Oxe, de l’Institut de mécanique, spécialité Mécanique technique/Mécanique des milieux continus, au sein du département de génie mécanique, le projet est mis en œuvre dans le cadre d’un séminaire. Il allie ainsi la recherche scientifique aux exigences pratiques du monde sportif et permet aux étudiants d’appliquer leurs connaissances théoriques à une problématique concrète.

Dans le cadre du cours sur la résistance à la fatigue, les étudiants étudient différents types de défaillance des matériaux. L’accent est mis sur ce qu’on appelle la rupture par fatigue, dans laquelle les composants ne sont pas endommagés par une contrainte élevée ponctuelle, mais par de nombreuses contraintes répétitives sur une longue période, explique Joshua Wrobel (assistant étudiant à l’Institut de mécanique).

Afin de mesurer les forces réelles exercées lors de l’aviron, des jauges de contrainte ont été placées à l’endroit critique de la flèche. Lors d’un essai sur la Fulda, Simon Nowak a ramé, accompagné d’un bateau à moteur transportant des étudiants. Les données de mesure ont été transmises en temps réel par radio à un smartphone. Cela a permis de suivre en direct les contraintes exercées sur la flèche pendant l’aviron.

Les valeurs mesurées sont ensuite comparées à celles d’une simulation informatique basée sur la méthode des éléments finis. L’objectif est de valider la simulation et, sur cette base, de développer un composant optimisé. La nouvelle flèche doit mieux absorber les forces exercées et ainsi atteindre une durée de vie nettement plus longue.

Un premier prototype est déjà en cours de fabrication. Le choix des matériaux joue également un rôle important dans ce contexte. L’aluminium perdant de sa résistance lors du processus de soudage, le composant subit ensuite un traitement thermique afin de restaurer dans une large mesure ses propriétés initiales. Parallèlement, une version en acier inoxydable est également à l’étude en tant qu’alternative possible.

Pour Aschour Youkhanna, étudiant en génie mécanique, ce projet présente une valeur ajoutée particulière : « On comprend beaucoup mieux ce qui est abordé en cours et on se rend compte à quel point le développement d’un simple composant est en réalité complexe. » L’une de ses missions consistait à numériser la flèche existante du bateau dans le laboratoire 3D, à en créer un modèle numérique, puis à le reconstruire dans un logiciel de CAO et à le comparer avec la numérisation.

Des solutions créatives ont également été nécessaires en matière de technique de mesure. L’unité de mesure initialement utilisée s’est avérée peu conviviale. L’ingénieur de laboratoire Eugen Prints a donc développé sa propre solution à partir d’un Raspberry Pi, permettant de capturer et de traiter de manière fiable les signaux des jauges de contrainte, puis de les transmettre en temps réel.

Ce projet illustre de manière impressionnante la manière dont la recherche, l’enseignement et la pratique s’articulent à l’université de Kassel. Les étudiants acquièrent une expérience précieuse en se confrontant à des problématiques techniques concrètes, tandis que l’UNISport et l’IfSS bénéficient de composants innovants et plus durables.

L’UNISport et l’IfSS de l’université de Kassel remercient chaleureusement tous les étudiants, collaborateurs et partenaires du projet pour leur engagement. Ce projet illustre parfaitement comment la collaboration entre différents départements permet de développer des solutions durables pour relever des défis concrets.