Int’air – BEDOUAIN / NOIR / REBOULET – S2B-2018

Développement du projet Int’air, par : Rémy Reboulet, Jéremy Noir et Maxime Bedouain

Introduction :

Nous devions trouver une idée simple afin de répondre à un besoin.
A l’approche de la fin de l’année, et donc des longues soirées d’été, vient le problème de conserver un air frais dans la pièce.
Les journées commencent souvent tôt, l’air est rapidement chaud. Il faut alors fermer la fenêtre et se résoudre à utiliser un appareil conventionnel, sous-entendu un ventilateur ou un climatiseur.

L’idée :

Lorsqu’en été la chaleur arrive et que l’air devient lourd, il n’y a que trois options : un ventilateur, une climatisation ou ouvrir la fenêtre pendant la nuit.

Le ventilateur demande à être positionné parfaitement et est souvent bruyant. De plus il ne diffuse pas d’air rafraîchi mais fait circuler l’air déjà présent dans la pièce.

Le climatiseur quant à lui permet en effet de diffuser un air préalablement rafraîchi. Le problème ici est son impact énergétique qui le rend coûteux et l’impact environnemental qui est encore plus grand.

La troisième et dernière solution est d’exploiter la fraîcheur de l’air extérieur, lorsque le soleil se couche et que l’air lourd et chaud laisse place à un air frais et léger. C’est cette ressource naturelle que notre projet veut exploiter, à l’aide d’un ouvre fenêtre automatisé et connecté.

Int’air est une solution simple et écologique.

La cible :

La cible de ce produit serait les individus ayant des moyens restreints, ne pouvant pas s’offrir le luxe d’un climatiseur et des coûts d’utilisation faramineux qu’il engendre. De plus cette solution est parfaitement adaptée aux jeunes qui passent la partie de leurs journée en intérieur et qui ont pour habitude de sortir la nuit, période pendant laquelle l’ouvre fenêtre s’occupera de garder l’espace frais et sec en cas d’intempérie. Il est aussi possible d’imaginer que les défendeurs de la nature, soucieux de leur impact carbone, voient en ce produit une solution écologique, économique et simple.

Pour le produit final, les premières idées se sont tournées vers un dispositif qui se placerait en haut d’une fenêtre et qui l’ouvrirait lorsque la température extérieure serait inférieur à celle de l’intérieur de la pièce, où le dispositif serait présent. Il fermerait ensuite la fenêtre, à l’instant où la température extérieure devient trop élevée ou en cas d’intempérie (vent fort ou pluie).
L’idée est de profiter au maximum de l’énergie pendant la nuit en ouvrant la fenêtre tout en évitant le problème que l’on a lorsqu’on ouvre la fenêtre manuellement : au réveil la température a déjà le temps de remonter au delà du confort. Elle commence à remonter à partir de 6h du matin, le réveil est en général légèrement plus tard. De plus comme l’été correspond également aux jours de repos et de vacances, il est difficile de justifier de se lever à 5h30 pour refermer la fenêtre afin d’optimiser la température intérieure.

Cahier des charges :

L’appareil devra être léger afin de rendre sa fixation simple.
Il devra être simple d’utilisation.
Il sera pourvu d’une connectivité :
– Wi-Fi afin de récupérer les derniers bulletins météo
– Bluetooth afin d’être paramétré simplement lors de la première utilisation par smartphone

1ère idée : Le vérin électrique

La première version pensée utilisait un vérin électrique ainsi qu’un système de pivot, de plus on utilise une carte réseau avec le wifi et le Bluetooth.
le vérin devait être silencieux pour une utilisation durant la nuit sans faire trop de bruit. Le problème se posant rapidement avec cette solution et l’espace physique nécessaire pour intégrer un tel vérin électrique. En effet, un vérin a besoin de l’espace sur le côté de la fenêtre car il doit pouvoir s’étendre à sa taille maximum pour fournir le couple optimal. Il faut aussi ne pas oublier que ce genre d’appareil pèse plusieurs kilos, rendant sa fixation plus compliquée du fait de son poids élevé, cette solution ne sera pas retenue.

Schéma de la première idée, fonctionnement avec vérin électrique

 

2ème idée : Un moteur et une vis sans fin

Cette deuxième solution garde les connexions Bluetooth et Wifi, mais nous passons à la version plus classique dans ce genre d’utilisation : un mini moteur électrique et un réducteur.
Ce principe utilise un système plus complexe, il est présent sous la forme d’une boite de taille <  20 cm^3 ,toujours situé au-dessus de la fenêtre, il sera composé de ce moteur, d’un réducteur accompagné de sa vis sans fin, des cartes wifi et Bluetooth ainsi que de batterie Li-Po pour tenir le temps de l’été sans avoir à être branché, et d’autres pièces pour les liaisons mécaniques.

Sur cette idée plus concrète nous est apparue de nouvelles contraintes :
L’utilisateur doit pouvoir ouvrir/fermer sa fenêtre sans poser de problème au procédé.
Nous devons être en mesure de détecter toute tentative d’intrusion par la fenêtre et capable de prévenir l’utilisateur immédiatement au minimum.

Partie théorique:

Pour assurer la fonction principale, deux manières peuvent être utilisées: l’utilisation des données météorologiques via la connexion wifi ou l’utilisation d’une petite sonde de température à placer à l’extérieur. La connexion wifi est largement conseillée puisqu’elle informera en plus de la température des vents forts qui peuvent poser quelques problèmes…
Grâce aux informations mesurées, quelques calculs de comparaison et d’optimisation ,actualisés quelques fois par minutes, diront s’il faut ou non ouvrir/fermer la fenêtre, on économise ainsi de la puissance de calcul et donc de la batterie.

A la différence de la première idée cette boite sera simplement fixée au dessus de la fenêtre d’où se trouve la poignée. Il sera toutefois nécessaire que l’utilisateur laisse la poignée ouverte pour que le système fonctionne. Si jamais celle-ci reste fermée et que le moteur doit ouvrir la fenêtre celui-ci se met en sécurité pour ne pas consommer le courant de la batterie. De plus, selon les paramètres, l’utilisateur pourra être prévenu par un petit buzzer ou bien via une notification Bluetooth.

Partie technique: (voir schéma plus bas)

Le moteur est placé au fond de cette boite, perpendiculaire et contre le mur, celui-ci intègre avec lui directement le réducteur puis la vis sans fin, celle-ci s’étend sur toute la longueur de la boite. Tout le bas de la boite est ouvert au centre sur 1-2 cm de la longueur de la vis sans fin, dans cette fente passe l’extrémité d’une pièce guidée par la vis sans fin. C’est cette pièce qui va guider un bras en charge de déplacer la fenêtre.

L’utilisation de ce projet est complété par une application dans laquelle l’utilisateur pourra choisir toutes ses préférences d’utilisation, comme par exemple :
– ouvrir le soir seulement si la température de la chambre est supérieure à : « …°C », si le lendemain les températures extérieures vont dépasser les « …°C »,
– ouvrir la fenêtre de « … »  angle au max durant la nuit,
– être prévenu du manque de batterie à partir de « … % »
– Et bien d’autres choix.

Après la réalisation de plusieurs schémas, une contrainte principale apparaît: le moteur a une certaine taille et il est suivi d’un réducteur avant la vis sans fin. Cette épaisseur sera plus grande que la plupart des fenêtres et il faudra une action mécanique capable de ramener la fenêtre à une position précédent la position minimum de la pièce.

La solution qui a été trouvé répond à une seconde problématique, celle de la force nécessaire à la fermeture, même si l’on a réussi à trouver des réducteurs de 1/1000 qui multiplient la force par 1000 et que la vis sans fin peut aussi être adaptée (suivant le filetage) à une nouvelle réduction. Le principe du bras de levier peut être intéressant ici : en fin de course sur la fermeture, deux pièces ,à l’intérieur de la boite, reliées à l’axe du bras, vont rencontrer une fin de course prématurée. Celle-ci va bloquer les pièces et faire pivoter légèrement l’axe, dans ce même temps, la pièces principale sur l’axe atteindra le réducteur. Ainsi, on peut à la fois augmenter la force en fin de course et augmenter la portée de fermeture.

Les problèmes de l’ouverture manuelle et de l’intrusion ont également été réglés en une solution: celle d’un bras détachable par aimant. La vitre est accrochée via une ventouse et reliée à un court axe terminé par un aimant. L’autre se trouve au bout le l’axe tenu par la pièce de la vis sans fin. Cet axe est plus grand, lors de l’ouverture de la fenêtre les deux aimants se détachent et la fenêtre passe sous la boite, à son retour, elle peut repasser dessous sans problème et les deux aimants peuvent se retrouver. Le problème du choc des aimants et de l’axe contre la fenêtre est réglé par l’incorporation d’une matière souple, type silicone, autour de ces pièces.
L’intrusion par un petit capteur magnétique ou lumineux (avec émetteur) pour vérifier le contact avec les aimants. Ainsi, dès que le contact n’est pas fait, le buzzer sonne et une notification et envoyée. Ce qui ne devrait pas poser de problème au niveau du sommeil dans le cadre de l’utilisation normale, puisque l’utilisateur aura ouvert sa fenêtre lui-même.

Schéma de la deuxième idée avec mototracteur et vis sans fin. (Le système du double aimant n’est pas représenté, il se trouve entre la fin du bras et la ventouse)

Les condition d’utilisations :

Ce projet nécessite quelques précisions sur son utilisation.
Premièrement celui-ci doit être fixé solidement au mur de manière à résister à de puissant coup de vent: une fixation à l’aide de chevilles serait à privilégier, mais on pourrait également envisager une colle spéciale, convenant à cette utilisation.

Au niveau du placement, cette boite doit être placée de manière à ouvrir la fenêtre d’environ 20/35°, suffisamment peu pour empêcher une personne d’entrer sans décoller les deux aimants et suffisamment grand pour faire varier la température de la pièce sur la durée de la nuit. C’est aussi ce qui donne le caractère universel à ce projet.

Après l’installation, il faudra s’occuper de charger le dispositif avec le chargeur fourni, puis de se connecter via bluetooth afin de paramétrer les informations de localisation et de personnaliser l’utilisation et enfin utiliser cette interface pour donner accès au Wifi à Int’air (mot de passe wifi).
Une fois toutes ces étapes réalisées, le dispositif est fonctionnel. Il n’y aura plus qu’à le charger environ une fois pas an pour une utilisation normale (2 mois dans l’année)

Pour conclure: Le projet Int’air est un projet simple et écologique qui ne nécessite pas beaucoup d’investissement ni trop de transformation au niveau de l’intérieur pour offrir une solution efficace.