De la Nature à la 3D : L’énigme du vol de la samare d’érable
Peut-on reproduire artificiellement la perfection aérodynamique d’une graine ?
Trois étudiants en BCPST du Lycée Louis Thuillier ont relevé le défi en utilisant le scanner de l’EIP PIXEM pour tenter de scanner et d’imprimer des répliques ultra-fidèles de samares.
Le défi technique fut de taille : l’épaisseur extrêmement faible de l’aile naturelle rendait le scan initial presque impossible.
Ce travail illustre la frontière entre la biologie et l’ingénierie numérique, nécessitant des trésors d’ingéniosité pour passer du vivant au plastique.
👤 Une équipe complémentaire
Lucie LAMY, Emma RANDON et Gaël DELORMEL, étudiants en 2ème année de BCPST B, ont uni leurs compétences pour mener à bien cette étude complexe alliant observation biologique et fabrication additive.
🎯 Un TIPE d’expérimentation
Le projet s’inscrit dans le cadre du TIPE (Travaux d’Initiative Personnelle Encadrés). Il a nécessité une démarche scientifique rigoureuse pour pallier les limites technologiques du matériel de scan face à des objets organiques de petite taille.
🔍 Étape 1 : Le défi du Scan 3D
Pour numériser la samare, l’équipe a utilisé le scanner Einscan H. Le format minuscule de la graine a poussé le scanner dans ses retranchements :
- Optimisation : Réglage sur la plus haute résolution (0,25mm) dans son mode standard avec la source de lumière LED structurée blanche (car la surface est mate et non réfléchissante).
- Suivi : Utilisation de pastilles mire sur une feuille blanche pour aider le capteur à se repérer dans l’espace.
- Mise en place : Le samare a été maintenu à l’aide d’une pince crocodile en suspension pour scanner à 360° sans zone morte.
En haut : pastilles de suivi (gauche) et suspension de la samare (droite). En bas : aperçu du modèle 3D se construisant en temps réel sur l’ordinateur.
💻 Traitement et Maillage
- Nettoyage du nuage de points (suppression des points aberrants).
- Conversion en maillage STL.
- Remplissage : Reconstruction de la zone de la graine (impactée par la pince).
🎨 Finition sous Blender
- Importation du maillage pour les finitions esthétiques.
- Modifier : Utilisation d’un modificateur d’épaisseur pour rendre l’objet imprimable sans dénaturer sa forme.
En haut : traitement du nuage de points (gauche) et réparation du maillage (droite). En bas : finition et épaississement du modèle final sous Blender.
🖨️ Étape finale : L’impression 3D
Pour l’ultime étape, le fichier a été importé dans Bambulab Studio.
Le choix stratégique a été de poser le samare sur la tranche lors du tranchage pour garantir la meilleure résolution possible sur les bords d’attaque de l’aile.
En haut : Placement stratégique sur la tranche dans Bambu Studio. En bas : Résultat final de l’impression 3D.
📉 Essais en vol et analyse critique
Conformément au protocole expérimental du TIPE, le modèle imprimé a été soumis à des essais de chute libre. Comme le laissaient supposer les contraintes de modélisation, la réplique n’a pas réussi à reproduire le mouvement d’autorotation caractéristique de la graine naturelle et a chuté de manière balistique.
Ce résultat, très instructif d’un point de vue scientifique, met en évidence la sensibilité du système : l’épaississement artificiel requis pour l’impression 3D (visant à pallier les limites de résolution du scanner face à l’aile micrométrique de la samare) a profondément altéré les propriétés aérodynamiques du modèle. L’augmentation de la masse, la modification du profil d’aile et le déplacement du centre de gravité ont rompu l’équilibre subtil des forces de portance et de traînée, indispensable au vol hélicoïdal.
🌱 L’EIP PIXEM : Une démarche scientifique complète
Grâce aux outils de l’EIP, Lucie, Emma et Gaël ont pu transformer des limites technologiques en une véritable réflexion scientifique.
Le laboratoire s’est révélé être le lieu idéal pour une démarche d’ingénierie : en combinant scan, retouche numérique, impression de précision et analyse critique des échecs expérimentaux, ils ont produit un travail de recherche rigoureux et un support d’étude unique pour leur TIPE.