Compression d'une bouteille en plastique

Simulation en dynamique non-linéaire géométrique et matériaux

Modélisation numérique compression bouteille plastique

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Contexte du projet

Chaque année, en France, 5 à 7 milliards de bouteilles en plastique sont achetées, consommées, puis jetées. Mettre ces bouteilles dans les conteneurs spéciaux pour le recyclage est déjà un bon geste, mais les compresser, est encore mieux. En effet, entière, une bouteille en plastique prend beaucoup de place dans une poubelle ; mais une fois comprimée, l'espace qu'elle occupe est optimisé, permettant ainsi d'augmenter la capacité des poubelles tout en réduisant les frais liés au recyclage.

Désireux d'afficher une image d'entreprises soucieuses de l’enivrement, les fabricants de bouteilles se sont tous intéresses à l’optimisation de la masse de plastique dans chaque bouteille ainsi qu'à la simplification de leur recyclage. Les nouvelles bouteilles ont donc été désignés plus légère et toutes compressibles facilement.

Comment allier au mieux la facilité de compaction par l’utilisateur et la résistance nécessaire pour que la bouteille ne s’écrase pas quand elle est stockée en palette ? Et quelle forme donner aux moulures sur le flan des bouteilles pour faciliter leur compression ? La simulation numérique a pu répondre efficacement à ces problématiques, en réduisant le temps et les couts de conception et en limitant le nombre d'essais expérimentaux à réaliser.

bouteille plastique vide bouteille plastique compressée

Objectifs de l'étude

L'objectif de cet exemple est de comparer la compression d'une bouteille de plastique dans 3 configurations différentes :

  • bouteille vide et dé-bouchonnée
  • bouteille remplie d'air et fermée par un bouchon
  • bouteille remplie d'eau et fermée par un bouchon

Pour chacune des bouteilles fermées, nous étudierons l'évolution du volume et de la pression interne du fluide

Caractéristiques du modèle numérique

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Maillage éléments finis bouteille en plastique

Résultats de la simulation

Animation de la simulation









Ce modèle éléments finis représente la compression d’une bouteille en plastique. Il permet d’étudier les déformations de la bouteille sous ce chargement et de comparer l’évolution du volume et de la pression interne. La bouteille en plastique est modélisée en éléments coques. Un effort vertical est appliqué sur son bouchon afin de la comprimer.

Trois simulations numériques sont réalisées en dynamique explicite : une bouteille « vide » (aucun fluide n’est modélisé), une bouteille remplie d’air et une remplie d’eau.

Les résultats obtenus sont conformes à ceux attendus :

  • Sans fluide, la bouteille se comprime très bien (de la même façon que si la bouteille était ouverte)
  • Avec de l’air, la bouteille se comprime légèrement puis explose
  • Avec de l’eau, la bouteille se comprime très peu avant d’exploser.

Le volume intérieur de la bouteille diminue tandis que sa pression augmente au fur et à mesure de la compression.