COMPTEUR D`EAU « SAPPEL » Mise en situation

Sciences et Technologies de l’Industrie et du Développement Durable
1ère
STI2D
ECO-CONCEPTION D’UN PRODUIT
TD
CI1 : Développement durable et principes de conception des systèmes
ET
COMPTEUR D’EAU « SAPPEL »
Mise en situation
L’Altaïr V4 composite (V4C) est le résultat d’une évolution technologique et d’une
étude d’éco-conception de type produit. Le corps est en matériau composite et le
procédé d’obtention est de l’injection sans usinage. Cette évolution a permis de
diminuer fortement l’impact sur l’environnement.
1. Problématique
Peut-on encore faire évoluer ce produit en modifiant le matériau d'une autre pièce pour qu’il soit moins
impactant ?
2. Limite de l’étude
Une analyse fonctionnelle a été réalisée par l’entreprise. Elle a permis la définition :

D’une unité fonctionnelle

Des flux de référence
Agent du
service des
eaux et client
L’eau
A quoi, à qui cela
sert-il ?
Sur qui, sur quoi cela
agit-il ?
Compteur
d’eau
Mesurer un débit
Pourquoi ce besoin existe-il ?
Unité fonctionnelle : Mesurer un débit de 2,5m3/h pendant 15 ans.
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Frontière de l’étude avec flux de référence pour l’unité fonctionnelle.
Matière
Composant 1
Energie
Matière
Transport
Composant 2
Energie
Compteur
d’eau
Compteur
emballé
Cuivre
Energie
Matière
Energie
Compteur
d’eau utilisé
Fin de vie
Emballage
Ordures
ménagères
408_Culot
Composant n
Energie
Frontière de l’étude
Matière
Energie
Emballage
3. Travail demandé
3.1. Remplacement d’un matériau
L’étude d’éco-conception réalisée par la société Sappel fait ressortir que la
pièce 408 nommée culot utilise du cuivre (voir le dossier technique page
14) et a un effet non négligeable sur les impacts suivant :
 Acidification
 Pollution photochimique
 Eutrophisation de l’eau
 Toxicité humaine
On envisage de remplacer le matériau de cette pièce qui assure l’étanchéité avec un joint élastomère et
le verre de surface. Il maintient en pression le verre de surface (permet la lecture des chiffres du
compteur) sur le joint d’étanchéité par sertissage.
Cahier des charges fonctionnel simplifié :
 Température : 0°C à 50°C (implique de faible dilation)
 Matériau amagnétique
 Pièce inaltérable par l’humidité, absence de corrosion
 Bonne ductilité
 Montage limitant la fraude
 Durée de vie identique au compteur d’eau soit 15 ans
Le cuivre est un matériau cher et il pose des problèmes pour l’environnement (toxicité pour les êtres
vivants, acidification de l’air, etc….). Pour remplacer le cuivre on va établir un comparatif sur quelques
matériaux.
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Q1. Faire une recherche documentaire sur les 4 matériaux proposés (citer vos sources
documentaires) :
 Cuivre
 Aluminium
 Acier
 Matière composite PA6 + FV
On vous propose de présenter votre travail sous forme d’un tableau :
Matériau
Cuivre
Aluminium
Ressource mondiale
25000 millions de
tonnes de bauxite.
Il faut 4 tonnes de
bauxite pour une
tonne d'alu
Production annuelle
39 millions de
tonnes alu primaire
soit 156 millions de
bauxite
Principal lieu
d’extraction
30% des réserves
mondiales (bauxite)
sont en République
de Guinée.
Australie : 23%
Température de
fusion
660°C
Energie pour
produire une tonne
Composite
PA6 + FV
190 MJ/kg
52,8 kWh/kg
Masse volumique
2700 kg/m3
Recyclage ou
valorisation
70% à 80%
Prix au kg de la
matière
1,6 €/kg
Pour compléter ce tableau, de nombreuses informations proviennent des sites suivants :
CI1-TD_Compteur_eau_ELEVES
Acier
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http://fr.wikipedia.org
http://www.usgs.gov/
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Q2. A l’aide de calculs simples :
 Déterminer le nombre d’années de ressource disponible pour le cuivre et l’aluminium.
Cuivre : 550/15,8
Aluminium : 25000/156
34,8 ans
160 ans
 Déterminer le volume (en m3) de production annuelle pour le cuivre et l’aluminium.
Cuivre : 15 800 000 / 8,92
Aluminium : 39 000 000 / 2,7
1,77 millions de m 3
14,4 millions de m 3
 Combien de camions semi-remorque de 38 tonnes cela représente en volume pour le cuivre ?
Remorque de 12 m × 2,5 m × 3 m.
Une remorque = 12 × 2,5 × 3 = 90 m 3 .
1 770 000 / 90 = 19 667 camions.
Si on prend un camion de 14,5 m de longueur, on obtient un train
de camion de plus de 285 km.
 Calculer l’énergie nécessaire (en TWh) à la production annuelle du cuivre et de l’aluminium.
Cuivre : 15,8.10 9 × 18.10 3
Aluminium : 39.10 9 × 52,9.10 3
284,4 TWh
2063,1 TWh
C’est à comparer avec la production annuelle d’énergie électrique en France qui est de 430 TWh.
 Combien faut-il de réacteurs nucléaires pour produire cette énergie pour le cuivre et l’aluminium ?
(La production moyenne d’un réacteur est de 7 TWh par an.)
Cuivre : 284,4 / 7
Aluminium : 2063,1 / 7
41 réacteurs
295 réacteurs
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3.2. Analyse des résultats
Impact sur l’environnement des différentes phases de vie :
Cuivre
PA6 + FV
Aluminium
Acier
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Q3. Pour chaque matériau, quelle phase de vie a le plus d’impact sur l’environnement ?
Matériau
Cuivre
Aluminium
Acier
PA6 + FV
Phase de vie
Q4. Synthétiser les résultats comparatifs (actuel et référence) des 4 critères dans le tableau suivant :
 Si le résultat est identique (actuel = référence), on met la valeur 0
 Si le résultat est meilleur (actuel < référence), on met la valeur +1
 Si le résultat est moins bon (actuel > référence), on met la valeur -1
Carbone
0
Cuivre
Energie
0
Air
0
Eau
0
Total
0
Aluminium
Acier
PA6+FV
Q5. Compléter le tableau suivant (pour la colonne « Corrosion » on indique par +, - ou par 0 la qualité
du matériau en présence d’humidité – eau douce) :
Cuivre
43 g
Coût de la matière pour
la pièce (€)
0,26 €
Aluminium
13 g
0,021 €
Acier
38 g
0,038 €
Composite (PA6 + FV)
8,6 g
0,10 €
Matériau
Masse (g)
Corrosion
Q6. Quel choix proposer en remplacement du cuivre ? Justifier.
On pourrait aisément valider l’aluminium (diminution de l’impact
et coût) mais l’entreprise ne retient pas cette solution pour des
raisons
de
tenue
dans
le
temps
à
l’humidité
(apparition
de
corrosion avec étanchéité non assurée).
Remarque : Le constructeur garde cette pièce en cuivre pour une
question de perméabilité dans le temps. Ils envisageaient d’utiliser
un autre type de matériau mais à l’usage, avec des températures
très
variables,
des
effets
de
condensation…
le
cuivre
reste
le
matériau le plus adéquate pour leur produit. D’autant plus que
l’épaisseur du
matériau est très faible. Pour eux, aucun
autre
matériau à ce jour ne peut le rem placer.
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