Résumé

Cette maquette interactive (lumière, son) est le fruit de 2 projets étudiants de 1ère année et d’une collaboration avec des classes de 6ème du collège Val d’Elorn. Elle représente une zone humide que les 6ème connaissent très bien : c’est leur Aire terrestre éducative. Cet outil de médiation sera exposé à la Maison de l’Eau et de la Rivière à Sizun.

Equipement utilisé & liste du matériel

Découpeuse laser

Imprimante 3D (Ultimaker 2+ utilisé dans le projet)

matériel de soudure (étain, fer à souder etc.)

pinceaux

perceuse et forêt de 12 mm

Objectifs et contexte

Les acteurs :

La Maison de la Rivière est un musée situé sur la commune de Sizun ayant pour objectif principal l’éducation à l’environnement et plus particulièrement au milieu aquatique, sa faune et sa flore.

Le collège du Val d’Elorn et plus particulièrement les classes de 6ème de Mme Gwendoline Gouret, professeure de SVT en 2023-2024 et 2024-2025. Ce collège, situé à 500m de la Maison de la Rivière et est situé en une zone blanche, c’est-à-dire une zone isolée. Le projet intègre chaque année la venue des collégiens à IMT Atlantique, à la fois pour visiter le fablab (voir la maquette, les machines ayant servi, aider à customiser la maquette) et pour prélever du plancton en kayak avec le matériel nautique d’IMT Atlantique.

Les étudiants : En 2024, une équipe projet de 5 étudiants à travaillé sur la maquette dans le cadre d’un projet de Développement durable et responsabilité sociétale. En 2025, une équipe de 4 étudiant a repris la maquette dans le cadre de leur projet technique du 2ème semestre.

Le fablab d’IMT Atlantique – campus de Brest : interface entre le collège et les étudiants, lieu de production de la maquette.

Description

La maquette doit répondre à un cahier des charges assez précis :

Le panneau de contrôle, solidement fixé au socle de la maquette, contient les boutons poussoirs identifiés par des étiquettes gravées dans des chutes de contreplaqué peuplier 3 mm à la découpeuse laser.

La maquette proprement dite est composé de 2 plaques de polystyrène extrudé empilées l’une sur l’autre et collées. Les trous permettant le passage des LEDs ont été fait manuellement. La couche supérieure de la maquette a été creusée par le 1er groupe d’étudiants et ne correspond pas tout à fait au tracé réel de la rivière. Le 2ème groupe d’étudiants a repris toute la partie design pour ressembler au mieux à la zone humide réelle : dégradé de marrons pour le sol, dégradé de verts pour la végétation, laîches et joncs caractéristiques de la prairie humide sont représentés par de la ficelle, herbes aquatiques par des trainées de peinture verte. Les éléments de décors comme les arbres, les herbes et les algues ont été réalisés avec des matériaux respectueux de l’environnement. Du persil séché a été utilisé pour faire le feuillage, des feuilles de papier pour faire le support des feuilles de persil, des branches de bois pour faire les troncs, de la corde pour l’herbe et de la gouache pour les algues. Les algues et les herbes sont des éléments qui ont été ajoutés pour mieux représenter la zone humide mais ils n’étaient pas prévus lors du début du projet.

De la résine époxy de coulée et d’inclusion transparente permet de simuler l’eau. Des éléments de protections comme un masque FFP2 et des gants de protections ont dû être utilisés lors de la préparation de la résine avant la coulée. La coulée s’est réalisée en 4
étapes :

• imperméabilisation des zones de coulées avec du scotch, de la colle et des plaques de styroglass.
• badigeonnage de la surface d’une première couche de résine avec un pinceau.
• coulée et 2 fois de la résine pour qu’elle puisse sécher sans que des bulles apparaissent à cause de la polymérisation du mélange de résine et de durcisseur.

Schéma initial de la maquette	1ère version de la maquette
Herbes réalisées en corde dans la zone de prairie humide	Simulation d’eau avec la résine époxy
	Maquette 2025

Les animaux sont représentés par des impression 3D trouvés sur des plateformes collaboratives gratuites. Ils sont imprimés en PLA blanc, 10% de remplissage sur une Ultimaker 2+.

Circuit électronique

Acquisition des signaux des boutons
Pour acquérir les impulsions de nos différents boutons poussoirs, nous avons opté pour une approche consistant à connecter la série de boutons à un port analogique unique. Afin de différencier les impulsions d’un bouton des impulsions d’un autre bouton, nous avons utilisé un système de pont diviseur de tension, chaque bouton correspondant à une résistance différente et donc à une tension
différente.

« Charlieplexing » des LEDs
Quant au pilotage des LEDs, puisqu’il ne peut y en avoir qu’une seule d’allumée au même moment, nous avons choisi d’utiliser la méthode du charlieplexing. Cette méthode, spécifique au pilotage de LEDs par un contrôleur Arduino, tire profit des 3 états des ports digitaux : état haut, état bas et état dit haute impédance (lorsque le port est positionné en réception). Il devient alors possible de contrôler une vingtaine de LEDs (suffisant pour nous) avec seulement 5 ports. Les 2 schémas suivants explicitent le raccordement des LEDs.

Pilotage par la carte Arduino

La carte Arduino joue un rôle central dans le circuit. Afin de simplifier les choses, chaque LED est associée à un numéro (entre 0 et 19) dans le code, de même pour les boutons et les sons. Ainsi, lorsque le bouton de numéro N est pressé, la LED de même numéro est allumée et le son correspondant est également joué. Pour plus de détails, le code est fourni en annexe et est complètement documenté pour faciliter la compréhension et la potentielle modification par le technicien de la Maison de la Rivière.

Les boutons poussoirs, seules interfaces d’entrée pour l’utilisateur envoient des signaux directement au microcontrôleur Arduino qui pilote ensuite les interfaces de sorties (LEDs et Hautparleur) en fonction.

Remarque : l’Arduino n’est pas très bien adapté au vu du nombre de Leds et la présence de haut-parleurs. Le remplacement par un esp32 est envisagé.

Fabrication du panneau de contrôle

Le panneau de commande a été conçu pour permettre une manipulation intuitive et pédagogique des différents éléments du dispositif. Il se compose d’une planche en bois , sur laquelle sont fixés des étiquettes ainsi que des boutons-poussoirs. Chaque bouton est associé à une étiquette et déclenche une action sonore ou lumineuse, selon l’élément interactif concerné. Ce système a pour but de rendre l’expérience plus immersive, notamment pour un public jeune ou non spécialiste.

Les étiquettes ont été réalisées dans le but d’identifier clairement les différents boutons du
panneau de commande, chacun correspondant à une espèce animale. Dans un premier temps, il était prévu de graver directement ces indications sur la planche de support afin d’obtenir un rendu propre. Toutefois, les dimensions de la planche dépassaient celle de la découpeuse laser, ce qui a rendu cette approche irréalisable. Une solution alternative a donc été mise en place : les étiquettes ont été découpées et gravées séparément sur des morceaux de bois de plus petites tailles et compatibles avec les dimensions de la machine. Une fois les gravures terminées, les étiquettes ont été soigneusement positionnées puis collées au-dessus de chaque bouton avec de la colle à bois.

Les boutons du panneau de commande sont des boutons-poussoirs standards, choisis pour facilité d’utilisation. Ils ont été installés à travers la planche de support, dans des trous préalablement percés avec un diamètre adapté. Cependant, une contrainte technique est rapidement apparue : l’épaisseur initiale de la planche rendait le vissage des bagues de maintien impossible, empêchant ainsi de fixer solidement les boutons. Cette difficulté a nécessité une adaptation du support. La solution retenue a été de réduire l’épaisseur de la planche afin de permettre le passage du filetage et le vissage correct des composants.

Planche de support

La planche de support, servant de base au panneau de commande, a été découpée dans une planche de bois de dimensions 80 cm par 15 cm à l’aide d’une scie électrique. Afin de garantir un positionnement cohérent et fonctionnel des boutons, des plans ont été réalisés en amont (voir ci-dessous), facilitant le traçage et la disposition des trous. Ces derniers ont été effectués à l’aide d’une perceuse verticale équipée d’un foret de 12 mm de diamètre, assurant des trous nets et réguliers pour l’intégration des boutons-poussoirs.

Connexion des boutons

Le câblage nécessaire à la connexion des boutons à la carte Arduino consiste en un
« serpentin » passant par chacun des boutons. À l’ « aller » (en rouge), on retrouve la série de
résistances caractérisant le pont diviseur de tension et, au « retour » (en noir), on retrouve la masse
qui permet d’en court-circuiter une partie lors de la pression d’un bouton. Les jointures ont été
réalisées par soudure.

Pour réaliser la partie la plus complexe du circuit, nous avons utilisé des soudures pour les
liaisons fil-LEDs mais il nous fallait aussi lier les fils entre eux. Or, souder 5 fils entre eux posait des
problème en terme de solidité, donc nous avons opter sur l’achat de dominos à 5 ports. Ceux-ci sont
aussi pertinents vis-à-vis de la clarté du circuit pour le réparateur.

Trappe pour la maintenance

Pour permettre un accès simple à l’intérieur de la maquette en cas de maintenance, une trappe a été mise en place. La trappe, fixée à l’aide de charnières placées en bas, peut s’ouvrir vers l’extérieur. Afin de la maintenir fermée en position normale, des bandes de scratch adhésif ont été utilisées, offrant une solution à la fois discrète et fonctionnelle. La principale difficulté rencontrée a été de concevoir un système d’ouverture à la fois pratique, fiable et réalisable avec les moyens disponibles. Plusieurs idées ont été envisagées avant d’opter pour celle-ci, qui a su répondre au mieux à nos contraintes techniques, matérielles et de temporelles.

Perspectives

Remplacer l’Arduino par un esp32 pour avoir une gestion simultanée du son et de la lumière

Rédiger la notice de maintenance

Revoir le design du panneau de contrôle pour que les 5 zones soient identifiables

Fichiers associés

Fichiers pour la découpeuse laser

Fichiers Découpeuse Laser

Fichiers 3D (animaux)

Fichiers 3D

Code Arduino (intégrant les LEDs mais pas le son)

Codes Arduino