Lilo : le pot de fleur intelligent.

Sylvain Cam 2ème année, ESPCI
Natalia Baudoin groupe de recherche Symbiose, Ensadlab
Vincent Niggel 3ème année, MINES ParisTECH
Blandine Fournet D 4ème année, Design textile et matière, ENSAD
Milena Gateau 4ème année, Design textile et matière, ENSAD

Lors de notre semaine PSL sur les matériaux dits intelligents, nous avons pu explorer leurs propriétés actives dans le cadre d’études artistiques et dynamiques. Cet article présente les différents objets que nous avons pu développer ainsi que notre projet final qui s’inspire principalement de la technologie des bilames. Notre projet consiste à créer un nouveau pot de fleur actif qui se déforme en fonction de l’humidité de la terre.

I) Les bilames:

Un bilame est un matériau composite formé de deux couches. En réponse à une modification du milieu extérieur (température, lumière, hygrométrie…) l’un des deux matériau se dilate plus que l’autre, ce qui impose une flexion du bilame. Le sens de flexion peut être défini par la géométrie globale de la pièce ou d’une anisotropie interne à un composant. Cette transformation est de plus réversible.

Ici nous travaillons avec du papier calque collé sur du plastique. Ce type de papier étant composé de fibres orientés dans la même direction, quand il reçoit de l’eau, celle-ci se gonflent et s’élargissent en gardant la même longueur. Le papier se courbe alors dans le sens orthogonal aux fibres, ce qui permet de prédire une certaine géométrie à nos pièces.

I-1) Litmus:

Ici les pétales sont taillés en diagonale des fibres du calque, ce qui fait apparaître une courbure hélicoïdale.

 

I-3) The rain forest:

         AVANT                                                   APRES

L’association de bilames transverses (tiges) et de fleurs (bilames transverses et parallèle) effectuant différents mouvements en présence d’humidité permet  de recréer l’atmosphère d’une jungle ou forêt hostile. Ce module rappelle également les portiques pour enfants qui tournent, mais ici sans électricité.

I-4) Les marcheurs:

Après avoir pris en main les différents bilames que l’on peut créer avec principalement du calque et des couches plastifiées, ils nous a été demandé de designer le concept d’un « marcheur ». Notre travail s’est focalisé sur la fabrication d’une roue qui serait mis en mouvement par le déploiement ou l’enroulement de bilames.

I-4-a) Une roue hexagonale:

En ayant eu des problèmes avec une roue circulaire, nous avons imaginé une roue hexagonale en pensant que si l’objet passait un angle, il retomberait en avant, aidant le mouvement. Bien que l’on a vu une accélération du mouvement à ce moment là, la force nécessaire pour passer à l’angle suivant étant trop importante, le « marcheur » était rapidement bloqué.

I-4-b) Une base circulaire:

Après la déception de la base hexagonale, nous avons décidé de revenir à la ROUE. Nous avons donc placer des bilames qui se courbent dans le même sens autour de la base cylindrique. Les bilames se courbent à l’avant et retrouvent en principe leur forme plane à l’arrière. De plus l’adsorption des bilames sur la surface humide permet d’augmenter leur accroche. Cependant, les matériaux utilisés (principalement calque) montre rapidement leur limite car ils ne retrouvent jamais leurs positions initiales.

I-4-c) Pulpi:

Cet objet de forme cylindrique possède des bilames incorporés sur sa surface. Les bilames possèdent des sens de courburent opposés créant ainsi un mouvement  semblable à celui des poulpes.


II) Les métamatériaux:

Ces sont des matériaux composés de cellules élémentaires, organisés dans un réseau périodique ou non, ayant des propriétés nouvelles impossibles à obtenir avec des matériaux conventionnels. Nous n’avons effectués que quelques testes simples qui ne s’incluent pas vraiment dans notre projet général, nous ne montrerons donc qu’un essai de structure en origami plus bas.

 

III) LILO:

Afin de mettre en application ces nouveaux matériaux, nous avons choisi de développer un pot de fleur dynamique qui réagirait à l’humidité et à l’arrosage. L’idée est qu’il se déploie quand la terre est mouillée et donc que la plante a à boire, et se rétracte quand la terre est sèche, indiquant à l’utilisateur qu’il faut réaroser le végétal.

 

III-1) la structure

Pour la géométrie générale de l’objet, nous voulions des modules/pétales qui se déploient depuis le corps massif du pot. Nous avons alors choisi de travailler sur deux esthétiques: l’origami et le végétal.

III-1-a) modèle pétales:

Sur ce modèles, toute la surface est composée de bilames orientés vers le haut qui fléchissent vers le bas quand l’intérieur du pot est humide. Cette dynamique mime alors l’éclosion d’une fleur ou les écailles d’un palmier.

Pour s’assurer que ce principe pouvait fonctionner, nous avons assemblé ensemble plusieurs couches de pétales dans différentes géométries et mouillé la surface interne de la même façon que le ferait la terre arrosée:

Ce type de structure est prometteur, cependant les pétales du bas ont du mal à réagir car ils sont peut atteints. Pour l’améliorer il faut choisir un matériau qui transmette mieux l’humidité par capillarité que le papier calque.

III-1-b) modèle pores:

Ici la parois du pot est constituée de nombreux pores fabriqués en bilames qui s’ouvriront vers l’extérieur quand la plante sera arrosée. Le paterne de pliage du récipient permet également d’insérer des parties en métamatériau qui offrirait la possibilité de moduler la hauteur du pot par exemple.

paterne des pores en bilame

 

croquis du pot entier

 

proposition de métamatériau

maquette du pot avec pores

Nous avons effectué un test sur le fonctionnement de la parois avec du calque et du plastique qui permet de valider la faisabilité d’une telle dynamique.

 

Il est à noter que dans les deux cas précédent le retour en forme des bilames est essentiel pour que l’objet garde son intégrité et sa géométrie globale. Il est difficile de l’observer réellement avec du calque, mais en utilisant des matériaux plus performant il est tout à fait imaginable d’y parvenir.

III-2)Le matériau

Pour allier l’esthétique de l’objet et la performance des bilames voulues, nous avons réfléchis aux types de matériaux qui pourraient convenir pour Lilo. Pour pouvoir conserver la directivité permise par les fibres du papier, nous avons penser au bois, et notamment au pin qui réagit beaucoup à l’humidité. La constitution des bilames serait alors similaire à celle des écailles de pomme de pin avec deux couches de bois de nature différente, l’un absorbant fortement l’eau, l’autre moins.

III-2-a)essais sur l’orientation des fibres

Nous avons tout d’abord fait quelques essais sur la combinaison de deux filmes de calque pour étudier les formes permises par la superposition de deux bois différents. Les tests ont pour objectif de tester l’orientation des fibres et la différence d’épaisseur des films (et donc la capacité à absorber de l’eau). Certains échantillons étaient collés par du scotche double face et d’autre avec de la colle pour pouvoir voir si la perméabilité de la parois avait une influence:

la superposition de deux filmes identiques croisés se courbe suivant la face la plus humide, il peut donc y avoir des inversions de courbure.

La superposition de deux filmes identiques de même orientation ne fléchis pas (équilibre des forces)

la superposition de deux films différents croisés se fléchis dans la direction du plus épais (celui qui se gonfle le plus)

la superposition de deux filmes différents de même orientation atténue le fléchissement car la couche fine opposera une résistance à la couche épaisse

Cette dernière observation est intéressante pour former des pétales dont la courbure serait différente à la base et à l’extrémité, comme pour une fleur qui nait. Nous avons donc tester cette idée sur une lamelle où la première moitié était composé de deux couches de calques et la deuxième moitié d’une seule. La courbure est effectivement plus forte là où il n’y a pas de filme fin:

Ce procédé pourrait être is en oeuvre sur du bois en amincissant la couche rigide le long du métal, celui-ci se courberait donc de plus en plus.

III-2-b)essais sur du bois

Afin de valider l’utilisation du bois pour fabriquer nos bilames, nous avons procédé à quelques tests sur de fine couches de bois massif (le contreplaqué ne peut pas marché car il y a deux sens de fibres).

Tout d’abord, il fallait vérifier qu’il était possible de fabriquer un bilame en bois, nous avons donc assemblé une lamelle de bois avec un filme plastique et observé qu’il fléchissait bien suivant le sens des fibres après humidification. Puis nous devions nous assurer qu’un pétales de bois pourrait se fléchir en transportant de l’eau par capillarité. Nous avons donc trompé un bilame dans une petite piscine d’eau et observé l’évolution de sa courbure.

 

 

III-3) Bilan sur le projet:

En conclusion, grâce à la dynamique intéressante des bilames nous pouvons concrètement réaliser un pot de fleur actif en fonction de l’humidité de la terre. Plusieurs géométries sont envisageables, permettant une variété d’objets originaux, et le choix d’un composite de bois peut être un choix judicieux  pour la réalisation.