Analyse d'une cafetière électrique

Objectif

Dans cette section on traite l'analyse d'un système technique type "petit électroménager" énergivore. Il s'agit d'une étude de cas portant sur une cafetière électrique. Ce produit est analysé en insistant sur la caractérisation de certains matériaux et procédés employés pour sa réalisation. Il est ainsi possible de traiter les étapes de fabrication et de fin de vie du cycle de vie du produit précité.

En ce qui concerne l'étape d'utilisation du produit le lecteur peut consulter les sections consommation d'énergie et étude de cas . Notons aussi le fait que, grâce aux outils graphiques proposés dans cette dernière section l'étape des transports peut être également considérée dans une étude plus complète de reconception produit pour laquelle des scénarisations ou des évaluations environnementale seraient nécessaires.

Contexte

Nous reprenons l'étude du produit présenté dans la section consommation électrique de la cafetière standard .

Méthodologie

A. Les informations relatives au produit et à son emballage

Dans un premier temps nous recherchons les principales informations relatives au produit, par rapport aux diverses spécifications techniques indiquées sur son emballage ou par rapport à son mode de fonctionnement et à son usage. Une série de pictogrammes relatives à diverses fonctions de confort, à la sécurité (le dispositif anti gouttes joue cette double fonction) ou encore à la contenance, sont visibles sur les diverses faces de la boîte qui comporte aussi un nombre important d'informations marketing.

On identifie également certains logos certifiant (ou non) le respect de certaines normes (CE, PAP) ou indiquant d'autres renseignements obligatoires comme le lieu de fabrication, la tension électrique d'utilisation.

Certains logos fournissent des informations relatives au respect des normes

Notons le manque d'indications concernant le poids du produit, sa puissance, ou encore les matières utilisées pour la fabrication. Compte tenu de ce fait il est nécessaire de procéder à l'identification des matériaux par des méthodes spécifiques, cette procédure étant nécessaire en ue d'établir la nomenclature produit. Pour les matières plastiques, compte tenu du fait que le produit est récent, il est très facile de procéder à l'identification grâce à la présence des logos spécifiques. Pour d'autres catégories de matériaux consulter la section Identification des matériaux afin de choisir les méthodes appropriées permettant de réaliser cette opération.

Au regard de l'emballage, on observe qu'il a été recouvert d'une pellicule fine de film peint ou thermoformé en carton.

Le manque d'agrafage laisse supposer soit des préoccupations environnementales soit des considérations financières, visant la réduction des coûts. Seulement des tests expérimentaux supplémentaires permettrait d' identifier la nature et la qualité des colles utilisées. Le manque de pliages confirme toutefois l'absence des préoccupations environnementales, quand ce genre de contraintes sont intégrées dans la conception des produits les pliages sont une des solutions souvent choisies aussi bien en raison de la facilité offerte pour la mise en œuvre que pour les avantages concernant le démantèlement en fin de vie.

Après l'ouverture de la boîte on trouve d'autres emballages en plastique ou en carton dont la présence est justifiée soit par des considérations financières (faible coût de réalisation pour l'emploi des cartons antichoc) soit par des obligations de sécurité ou d'hygiène (film anti poussière en LDPE couvrant le bol verseur).

Enfin, pour la réalisation du livret technique on a utilisé du papier recyclé mais les préoccupations environnementales sont à nouveau absentes. Ceci est facilement distinguable d'une part grâce au nombre trop important de langues dans lesquelles le manuel a été rédigé et d'autre part par la présence de l'agrafage. Les informations présentes sur ce manuel sot celles strictement liées au mode d'utilisation du produit, ce qui laisse penser à nouveau à des obligations réglementaires.

Concernant l'emballage du produit on conclut que l'intégration de l'environnement est totalement absente dans la conception.

Le fait qu'il faut retourner l'appareil pour découvrir ses premières caractéristiques techniques importantes comme la puissance de la machine et l'étiquette "QC Passed" montrent la présence d'une démarche de traçabilité pour la fabrication et le contrôlé mais illustrent une nouvelle fois des faibles préoccupations environnementales.

En effet, pour un utilisateur soucieux de l'environnement disposer des informations en termes de puissance permettrait d'estimer rapidement la quantité d'énergie consommée et ainsi choisir un produit moins énergivore.

Enfin, certaines informations très importantes comme par exemple le texte "ne plonger dans l'eau"

demeurent illisibles, seule l'utilisation d'un feutre permettant de les relever.

B. Les principaux sous-ensembles du produit

On identifie ensuite rapidement les principaux éléments constituant la cafetière:

- la verseuse, qui sert pour alimenter la machine en eau et pour garder le café chaud, grâce à

- la plaque chauffante, située dans la partie inférieure du

- corps de la machine qui comporte également un couvercle et un porte filtre avec son clapet anti-gouttes (dont la présence était annoncée aussi sur l'emballage)

- On observe aussi le circuit de circulation de l'eau, composé du réservoir et de la tuyauterie.

- Le circuit électrique sert enfin pour chauffer l'eau et faire le café.

C. Le bol verseur

On commence le démontage en enlevant les éléments intégrés au système bol verseur. Le couvercle et les autres pièces composant la poignée sont en plastique. La présence du logo PP nous aide à identifier très rapidement la classe utilisée pour l'injection, l'emploi de ce matériau peut être du à des considérations financières (faible prix d'obtention), énergétiques et environnementales (faible quantité d'énergie de production si on se réfère à une pièce dans le cadre d'une série pouvant comporter plusieurs millions d'exemplaires).

Ce qui est en gras, bleu, mettre avec la commande important, pour le faire visible sous scénarii...

Malgré l'usage d'une ressource fossile pour la production du plastique (le pétrole) les préoccupations environnementales sont donc bien présentes, on a utilisé un système de clips permettant de séparer les plastiques des métaux, chose qui peut s'avérer importante pour la fin de vie. Le démontage est aussi facilité par la présence des vis. Le bol est réalisé en verre probablement par rapport à des propriétés de conductivité thermique (maintien café chaud). Grace à un simple ément on vérifie que le collier est métallique. Compte tenu de l'exposition à l'eau, il est fort probable qu'on a utilisé de l'inox ferritique. L'ément montre aussi que les vis sont réalisés en acier. Il faudrait réaliser toutefois des investigations supplémentaires pour identifier la présence des éventuels revêtements.

D. Le corps de la cafetière et le système de circulation et de chauffage d'eau

Pour le démontage du corps de la cafetière on enlève des pieds en caoutchouc permettant l'accès aux vis de fixation. On visualise les éléments du système chauffant de la cafetière composant la machine :

  • le circuit électrique

  • l'interrupteur avec son voyant,

  • des éléments du système de chauffage d'eau et de la tuyauterie,

  • la traverse métallique qui soutient ce système et le câblage électrique.

La fonction principale du boitier est de contenir et de lier entre eux les divers éléments internes et

externes nécessaires au fonctionnement de la cafetière. Aussi bien ce boîtier qu'un grand nombre de pièces sont en plastique thermodurcissable (résine phénolique). Sa légèreté, son prix de revient très faible, des bonnes propriétés d'isolant électrique ou des propriétés esthétiques (grand choix de couleurs) le recommandent pour ce type de pièces. Le procédé de moulage par injection permet un grand choix en termes de géométrie à obtenir. Son aspect lisse facilite le nettoyage, ce qui est bénéfique pour l'étape d'utilisation du produit. Sa résistance aux chocs et à la pression (qui sera faible) ne poseront pas de problèmes particuliers car le produit est destiné à un usage domestique. Ce type de plastique offre enfin une bonne résistance à la chaleur et permet d'éviter sa déformation.

Le système de circulation d'eau est composé de 2 tuyaux souples, un qui relie le fond de la cuve et amène l'eau froide dans la partie chauffante et l'autre qui permets le départ de l'eau vers le bol verseur quand elle sorte du système de chauffage.

Ces pièces sont fabriquées en tube de silicone, matériau choisi pour sa capacité à supporter de très grandes variations de température. Son aspect translucide permet de voir aussi l'intérieur et de déceler les éventuelles impuretés. C'est un matériau élastique et résistant à la compression, qui n'a pas d'odeur, est sans goût et inerte. Probablement ce choix a été fait également pour le respect des normes d'hygiène en vigueur. Dans les tuyaux en plastique sont présents des ressorts réalisés en inox ferritique. L'aimant nous confirme qu'il s'agit d'un alliage métallique ferreux.

Pour assurer l'étanchéité des tubes on a utilisé des clips métalliques. La forte attraction des ceux-ci par l'aimant montre qu'il sont aussi à base d'acier.

L'aspect brillant des pièces métalliques trouvées dans ce système laisse penser à un revêtement à base de Chrome, couramment utilisé pour ses propriétés anti-oxydation. On trouve aussi dans le tuyau d'arrivée d'eau une bille en plastique qui assure la fonction de clapet anti retour. Son maintien est assuré par une pièce tubulaire enfilée dans le tuyau. La vapeur, qui arrive du coté chaud du circuit, en aval, pousse la bille sur son siège et facilite ainsi la fermeture du circuit.

Le système de chauffage d'eau est composé, outre les tuyaux en plastique, d'un tube en Aluminium extrudé, le tout étant fixé par une traverse métallique. Celle-ci a pour fonction principale de lier l'ensemble chauffant (plaque chauffante - élément chauffant) au boîtier. Cette barre support est faite de tôle en acier galvanisé, choix motivé par le faible coût de l'acier, sa solidité et sa malléabilité. La tôle d'acier est un matériau qui se travaille facilement par les procédés de poinçonnage et d'emboutissage ce qui joue donc en sa faveur pour ce type d'emploi.

Les vis ayant permis de fixer la traverse de fixation sont aussi métalliques. Des tests de laboratoire sont nécessaires pour identifier la couche de zinc qui a été utilisée pour protéger la surface de la pièce.

La plaque chauffante est faite d'aluminium. Ce choix de matériau a été motivé par sa grande conductibilité thermique, sa résistance aux chocs et sa malléabilité. Sa surface supérieure est enduite de Téflon, assurant sa facilité d'entretien. Elle a été faite à partir d'une plaque d'aluminium poinçonnée. Sur l'autre face de cette plaque on observe une vis soudée par étincelage ou par friction.

La chaleur transmise à la plaque chauffante est produite par une pièce en Aluminium extrudé, couverte par de la graisse thermique, ce qui a pour effet d'augmenter la conductivité et d'améliorer le transfert de chaleur. Une fois découpée on observe qu'elle comporte une partie tube permettant la circulation de l'eau et intègre du fil métallique qui constitue la résistance (en général réalisé dans un alliage FeSiAl). Ce fil est enrobé dans de la poudre de magnésie, choix technique motivé d'une part par les excellentes propriétés de conduction thermique de ce matériau et d'autre part par le fait qu'il constitue simultanément un très bon isolant électrique.

Tout est contenu dans un tube fabriqué en acier réfractaire, très dur et résistant à des hautes températures. Ce type de pièce est souvent réalisé à base de Crome (FeCr a environ 23%).

Nous pouvons procéder finalement à la séparation des câbles électriques. Les gainages rouge et bleu sont siliconés par imprégnation et résistent aux hautes températures.

La partie rouge du câblage va sur l'interrupteur, elle comporte un fusible serti. On observe aussi le textile imprégné et le tissage qui a été réalisé.

Le fil jaune comporte une gaine extérieure réalisée en textile qui couvre un isolant blanc. Ca peut être du téflon ou du silicone, des matériaux résistants à des hautes températures. Ce type de câblage spécial se retrouve classiquement sur la majorité d'appareils électroménagers.

E. Le thermostat bimétallique

Pour l'identification des éléments qui intègrent le thermostat bimétallique et des détails concernant son fonctionnement consulter la fiche bilame

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