Le protège-mains est à l’origine du projet Gojura.
C’est le premier produit à être passé de l’idée à un concept réalisable, même si finalement, ce n’est pas le premier produit en vente.
💡L’idée de départ :
C’est très simple. En me rendant au travail en vélo, en hiver, malgré mes gants, j’avais froid aux mains. Et je devais mettre régulièrement de la crème à cause des craquelures sur les mains.
Certains cyclistes mettent des gants de ski, mais je ne trouve pas ça prudent. Et, à côté de ça, je voyais les déflecteurs utilisés sur les guidons de moto.
Alors, pourquoi ne pas essayer le même principe pour un vélo ?
🛠Première chose à faire : vérifier la viabilité de l’idée
Pour me donner une idée très vite, je fabrique un proto en découpant un vieux bidon, que je renforce avec une petite cornière métallique. Et je le fixe au vélo grâce à une corne de guidon.
La forme n’est pas idéale, évidemment; mais dans les zones où la main est bien protégée du vent, la différence est très nette. Et le froid est bien plus supportable.
Il faudra donner une bonne forme à la coque pour bien dévier l’air, mais le concept a l’air intéressant.
Etude aérodynamique
Je commence donc à dessiner le protège-mains en CAO, pour pouvoir ensuite optimiser la forme pour dévier le flux d’air avec Openfoam, logiciel libre de CFD.
On voit ci-dessous les vitesses d’air qu’on obtient autour du protège-mains, placé dans un flair d’air de 20km/h (5.5m/s).
A gauche, la forme est proche d’un protège-mains moto, et on voit que ce n’est pas assez efficace à la faible vitesse de 20km/h.
Au milieu, un protège-mains plus recouvrant, mais encore insuffisant, le bout des doigts n’est pas protégé.
A droite, la protection est meilleure.
A ce stade de l’étude, il serait intéressant de refaire un essai.
Pour cela, je vais utiliser une imprimante 3D.
Impression 3D des CAOs
On peut s’attendre à ce que la première version ne soit pas la bonne; il faudra donc fabriquer plusieurs prototypes.
En les faisant faire par une société extérieure, c’est assez coûteux.
Je choisis donc de m’équiper d’une imprimante 3D FDM, grand public, permettant de faire de grosses pièces. La qualité ne sera pas optimale, mais cela permettra de faire des essais à moindres frais.
Pour ceux que l’impression 3D intéresse, j’ai appris les bases en suivant le MOC de l’école des mines de Nantes. Très sympa, avec la réalisation, entre autres, d’une grenouille en couches de cartons superposées 🙂. Je mets le lien ici ,
https://www.imt-atlantique.fr/fr/formation/dynamique-pedagogique/mooc/mooc-imprimer-en-3d.
Ensuite, après quelques déboires d’impression 3D, de mises au point, quelques plats de « spaghettis », la première protection est imprimée et montée sur un vélo.
Pour les connaisseurs : avec une buse de 0.8mm, pour gagner du temps d’impression ;
et le minimum de renfort, pour encore une fois, gagner du temps, et aussi de la matière.
Il faut tout de même environ 15h pour imprimer une pièce.
Le résultat est mitigé.
La pièce est volumineuse, et de l’air passe sur le côté où un trou a été laissé pour faire passer les cables de commande du vélo (freins, dérailleurs).
Optimisation de la forme
A partir de là, de nombreuses versions sont dessinées, calculées, testées, pour trouver une version moins volumineuse et plus efficace.
En ajoutant un rebord plus ou moins grand à la pièce.
Ou une forme plus ou moins enveloppante.
Ou encore différents rebords pour éviter que l’air ne passe par l’ouverture des câbles.
La coque est plus efficace, protège mieux les mains.
Mais, il suffit d’un filet d’air, pour ressentir le froid.
Je décide alors de bouger complètement le trou de passage des câbes en utilisant un matériau souple, du tissu.
On arrive au résultat ci-dessous, qui fonctionne pour des guidons cintrés jusqu’à 30°.
L’esthétique est à travailler, mais ça fonctionne bien !
Par contre, il faut une solution qui marche pour des guidons cintrés à plus de 30°, parce que sur les vélos de ville, des guidons cintrés à 40°, 50° sont couramment utilisés.
Ci-dessous, une image présentant des guidons avec plusieurs cintrages, de 10 à 55°.
L’objectif est de faire une coque qui fonctionne pour tous ces angles.
Pour finaliser la forme, je reviens à du prototypage plus classique, pour être plus efficace.
La réalisation de la CAO, les calculs aérodynamiques, la réalisation de chaque prototype correspondant à la CAO prennent beaucoup de temps.
Du coup, en partant de la coque imprimée en 3D, fonctionnant bien jusqu’à 30°, j’ajoute des morceaux de cartons et de tissus, jusqu’à ce que le flux d’air sur les mains soit bien bloqué pour l’angle de 47° et 55°, en recherchant la forme optimale, pour ne pas faire une coque inutilement trop grosse.
Ca donne des « monstres » de ce type.
Les CAOs seront ensuite modifiées pour bien correspondre aux prototypes.
Le tissu pour bloquer le passage d’air fait aussi l’objet de nombreuses évolutions et essais :
– différentes fixations du tissu sur la coque,
– différents systèmes pour fermer le tissu autour du guidon,
– des versions en 1 ou 2 morceaux de tissus.
Finalement une solution technique qui fonctionne pour tous les angles de cintrage indiqués plus haut est trouvé. Voir ci-dessous.
Ci-dessous, les différentes versions :
– en bleu, la version adaptée à un guidon de 30°
– en jaune, la version adaptée à un guidon de 47°
– en vert, la version adaptée à un guidon de 55°
La version adaptée à 55° est significativement plus grosse que celle adaptée à 30°.
Optimisations à tous niveaux
Maintenant qu’une forme qui fonctionne bien, est connue, il faut optimiser l’ensemble :
– la fixation au guidon,
– le style,
– le coût & le process
Fixation au guidon
Sans trop rentrer dans le détail (ça pourrait l’objet d’un prochain article) la fixation au guidon aura également vu de nombreuses versions.
Et petit à petit, c’est vers la solution ci-dessous que l’étude converge, une pièce injectée en polyamide.
A gauche, une vue de la CAO.
A droite, un des calculs FEA fait sur cette pièce.
Style
Le marché du vélo est exigeant, il faut un produit qui marche bien, mais aussi qui soit joli.
Un travail est donc demandé à une agence de design locale, Tweener.
A gauche, en rouge, une image de la 3D envoyée à l’agence.
A droite sur la même ligne, des propositions intermédiaires.
Sur la deuxième ligne, la version que nous choisissons avec l’agence. Et en bleu, la 3D correspondante, toute en progressivité, faite avec un logiciel de design.
C’est une belle amélioration !
Pour finaliser ce travail, je recrée la 3D sur Solidworks, en faisant quelques modifications pour retrouver la même efficacité contre le froid et aussi une bonne dépouille sur toute la pièce pour permettre de la faire en injection ou en thermoformage !
Sur la première ligne, ci-dessous :
- En bleu, la 3D fournie par l’agence.
- En rouge, la 3D recréée sur Solidworks.
- A droite, une vue montrant la reconstruction de la pièce, faite de surfaces bien progressives.
Sur la deuxième ligne :
- Une vue de la 3D reconstruite, montrée avec des zébrures pour vérifier la continuité des surfaces.
- Une vue de l’analyse de dépouille.
- Et le résultat final avec des prototypes mis à jour sur le vélo.
Vu la forme très travaillée de la pièce, une conception CAO surfacique est indispensable.
Toutes les versions de la coque ont été dessinées en surfacique, ce qui permet de maîtirser totalement la géométrie et d’obtenir des formes très progressives.
Et pour les connaisseurs : toutes les surfaces de la pièce sont jointes en une seule et l’épaississement est fait en une fois. Résultat : une pièce propre, limitant les surprises lors de la fabrication.
Coût et process
Evidemment, le coût et le process sont étudiés dès le début du projet, en discutant et demandant des devis à des fournisseurs.
Quelles matières, quels procédés ?
C’est indispensable d’avoir dès que possible une idée du prix, même approximative, et de la mettre à jour ensuite.
Pour la coque :
Ce sera de l’injection ou du thermoformage. La fabrication en prototypage rapide a été envisagée, mais elle est bien trop coûteuse.
La pièce est compatible avec les 2 procédés de fabrication, injection et thermoformage, c’est une contrainte que j’ai gardé tout au long du projet.
Le thermoformage permet de faire des pièces avec un outillage moins coûteux que l’injection.
Mais le prix par pièce est plus élevé.
Le choix sera à faire en fonction de l’estimation du volume de ventes.
Voir ci-dessous, de jolies animations présentant le thermoformage à gauche, l’injection à droite. On se rend facilement compte que les outillages pour l’injection sont plus complexes.
La matière sera probablement de l’ABS. L’ABS a un bel aspect, il résiste bien aux chocs, et il permet de mettre directement des autocollants.
Le PP était une autre alternative. Ca résiste très bien aux chocs aussi. Le prix/kg est inférieur. Mais c’est plus compliqué de mettre des autocollants.
Les deux matières sont des thermoplastiques courants, facilement recyclables
Et les deux matières sont compatibles avec les procédés d’injection et de thermoformage.
Et pour conclure
Ce projet m’a permis d’apprendre beaucoup de choses, et de travailler avec une école d’ingénieur, un stagiaire, une agence de design, des fournisseurs.
Le sujet paraissait simple au début, mais pour arriver à un résultat efficace contre le froid, une pièce qui puisse se monter sur la plupart des vélos de ville, un style sympa, et un coût correct, c’était un vrai challenge !
Vous avez pu en avoir une idée à travers ces lignes, même si je n’ai pas parlé de nombreuses difficultés / questions concernant la conception de ce produit.
Peut-être dans de prochains articles.
Et concernant le démarrage de la production et le lancement commercial de ce produit, pour le moment c’est en stand-by…
Merci pour votre lecture 🙏
👉Et pour voir la page produit du protège-mains, même s’il n’est pas encore en vente,
c’est ici : https://www.gojura.fr/produit/protege-mains-pour-velo/
