Innov'INSA: Brosse WC

La Brosse WC

 

Introduction

La brosse des toilettes est un outil qui a peu évolué depuis son apparition jusqu'au début du XXème siècle. Dans l’antiquité, la brosse « WC » n’était pas nécessaire puisqu’il y avait des toilettes, avec un système transportant l’eau sous pression aux fontaines (voir figure 1). A Rome, les patriciens utilisaient plutôt le pot de chambre, aussi appelé, vase de nécessité (voir figure 2) tandis que la plèbe utilisait les toilettes publiques (figure 3). Cependant rien ne permettait encore de garantir une certaine hygiène de vie dans les villes et d’éviter les épidémies. A partir du XVI siècle, les classes nobles ont commencé à acquérir des chaises percées, les classes aisées ont utilisé des pots de chambre et les autres classes se sont contenté de leur cave ou ils vidaient leur pot de chambre dans la rue. D’ailleurs l’interdiction de déverser ses excréments dans la rue, mena à la création de la chasse d’eau au xvie siècle et aux égouts au xixe siècle. Vient ensuite l’invention du poète anglais Sir John Harington : les premiers WC modernes. C’est Alexander Commings qui, 200 ans plus tard (en 1775), breveta le système de la canalisation en forme de S. C’est seulement à partir des années 1950 que la « culture du bain et de l’hygiène » fut démocratisée. Et c’est à ce moment là, que la brosse WC, telle qu’on la connait, fit son apparition.

 

                 

 

 

Comme vous avez pu le remarquer, la brosse de toilettes est un système offrant une forte possibilité d’innovations. C’est un bien de consommation courante ayant un marché stable.  Nous avons donc choisi de réaliser notre projet sur la brosse WC en utilisant la méthode TRIZ à l’aide du logiciel STEPS. Ce projet se déroulera en 7 parties. Tout d’abord, nous étudierons l’état de l’art du produit afin d’avoir une connaissance général du marché de celui-ci. Nous présenterons ensuite l’intégralité des parties de notre produit, l’analyse multi-écrans et la cotation des 9 lois d’évolutions. Enfin nous vous présenterons les différentes contradictions engendrées par la brosse WC et les solutions liées aux plus importantes.

 

L'Etat de l'art

Les brosses de toilettes ont, de manière générale, la même forme et la même fonction : nettoyer la cuvette des toilettes. Elles sont composées d'un manche en plastique et d’une brosse sphérique, à son extrémité, en fibre synthétique (voir figure 5). Afin de séduire la clientèle, on retouve des modèles fixés au mur ou bien des systèmes comprenants un dérouleur à papier toilette et un porte balai-bosse (voir figure 6).

 

 

              

 

 

Il existe aussi des brosses design, plus discrètes, qui dédramatisent l'objet en tant que tel (voir figure 7) et des modèles permettant la rotation de la brosse ou bien de jeter la partie en contact avec la cuvette après son utilisation.

 

 

          

 

 

L'intégralité des parties

Dans un premier temps, nous avons commencé par l’analyse de l’intégralité des parties. C’est un outil relatif à la loi 1 qui nous permet de définir au mieux la fonction principale de notre système ainsi que sa structure. La bonne compréhension de notre système dans sa globalité nous permet de trouver des axes de réflexions pour créer/réinventer un nouveau système, le but étant de répondre à la fonction principale utile (Nettoyer la cuvette des toilettes) et que chaque partie y réponde.

 

 

A travers ce schéma nous distinguons 4 éléments :

  • Le Moteur : Force physique de l’utilisateur
  • Le Travail : Poils de la brosse
  • La Transmission : Main de l’utilisateur
  • Le Contrôle : Visuel (fait par l’utilisateur)

L’élément contrôle s’assure que les 3 autres éléments sont coordonnés entre eux. Cette loi permet de définir « le minimum requis pour avoir un système apte à remplir sa fonction principale ».  En fait c’est les 8 autres lois qui s’occuperont de corriger les défauts du système actuel (perte d’énergie, perte d’information, éléments non adaptés..).

Aujourd'hui la brosse de toilettes a pour fonction principale de nettoyer la cuvette des toilettes par le biais de la tête de la brosse avec la force physique transmise par la main de l'utilisateur.

 

L'Analyse multi-écran

L’analyse multi-écran est la deuxième étape de notre projet. Après avoir définit correctement notre objet, sa fonction et les différentes parties du système, nous allons désormais étudier son évolution dans le temps.

L’analyse multi-écran est un outil qui est composé de deux axes :

  1. Axe des abscisses : Evolution dans le temps (passé-présent-futur)
  2. Axe des ordonnées : Micro-Système, Système, Super-Système

 

 

L’axe micro-système (Sub-system)  concerne la composition de l’objet. Notre système étant la brosse WC nous retrouvons dans cette partie : le manche et la tête de brosse. Attention, il ne faut pas oublier d’ajouter la main et l’utilisateur car ces deux entités permettent la réalisation de la FPU (vue précédemment). L’axe Super-system permet de définir ce sur quoi agit l’objet, ici : la cuvette des toilettes. Les flèches qui relient les différents axes permettent de lister les points positifs et négatifs des différentes évolutions de notre système.

Par exemple pour le passage du vase de nécessité aux toilettes nous avons :

Points positifs

 

-Meilleur confort

-Evacuation des déchets automatique   (chasse d’eau)

-Meilleur stabilité de l’objet

-Facilité d’usage

 

Points négatifs

 

-Volume plus important

-Mobilité de l’objet supprimé

 

L’axe entre l’objet actuel (case centrale) et les hypothèses se remplit automatiquement avec tous les points positifs et négatifs que nous avons pu définir. Les points négatifs sont surlignés en vert car ils sont maintenant des axes de progressions. Les hypothèses viennent donc des axes de progressions pour dégager des pistes d’améliorations.

Cet outil permet d’avoir une vision globale (passé-présent de notre objet) et de retrouver  le maximum d’éléments permettant de bien cerner le problème. Tous les paramètres ne devront pas être pris en compte. En effet, certains seront à améliorer, d’autres à conserver.

 

Les Lois d'évolutions

Nous allons maintenant coter chacune des 9 lois d'évolution afin d'envisager ou non une amélioration de notre système. On distingue 3 catégories de lois :

Les lois statiques

-Loi 1 : Intégralité des parties
-Loi 2 : Conductibilité énergétique
-Loi 3 : Harmonisation

Les lois cinématiques :

-Loi 4 : Idéalité
-Loi 5 : Développement inégal
-Loi 6 : Transition au supersystème

Les lois dynamiques : 

-Loi 7 : Transition vers le microniveau
-Loi 8: Dynamisation
-Loi 9 : Accroissement substances-champ

Chacun des lois sera cotée entre 1 et 6 (1 : loi non respectée - 6 : loi totalement respectée). Suite à cette cotation, nous avons affiliée à chacune de celles-ci des hypothèses d'amélioration que nous avions préalablement définit dans la partie analyse multi-écrans. Vous pouvez voir ci-dessous le radar résumant la cotation des 9 lois d'évolution. Ce radar a pour but d'attirer notre attention sur l'état de maturité de notre système, qui peut-être déficient.

 

Loi  1 : Intégralité des parties

 

       Cette première loi  définit les différentes parties d’un système. Le but de cette loi est de vérifier que les 4 parties (ou éléments cf au dessus) répondent bien à la fonction principale utile (FPU). Voici la question que nous nous sommes posés afin de coter correctement notre loi :

- L’ensemble des éléments sont-ils présents ? Si oui, assurent-ils leur rôle ?

     Actuellement les éléments transmission et moteur (la main et force physique de l’utilisateur) répondent à la FPU, tandis que les éléments contrôle et travail (contrôle visuel et tête de la brosse) manquent de maturité et peuvent être amélioré pour minimiser l’action de l’utilisateur et la dépense d’énergie. Nous avons donc décidé de coter cette loi à 3/6.

 

Loi 2 : Conductibilité énergétique

     Cette loi a pour but de maximiser le rapport entre l’énergie entrante et l’énergie sortante du système étudié. Voici la question que nous nous sommes posés afin de coter correctement cette loi :

      - L’ensemble des éléments composant le système laissent-ils passer l’énergie sans provoquer de pertes ?

     Notre système actuel admet des pertes d’énergies (comme celle par exemple de l’utilisateur). L’énergie fournie par celui-ci n’est pas correctement transmise afin de réaliser au mieux la FPU. Notre brosse WC demande une énergie non négligeable de la part de l’utilisateur pour nettoyer parfaitement la cuvette des toilettes. L’idéal serait donc d’imaginer une touche quasi-sensitive qui minimise l’effort de l’utilisateur et qui permet un nettoyage automatique de la cuvette. Nous avons donc décidé de coter cette loi à 2/6.

Loi 3 : Harmonisation

Cette loi insiste sur l’optimisation de la concordance de forme, rythme, couleurs et de régime entre deux constituants. Dans notre cas cette loi cherche à améliorer l'harmonie des formes ou plutôt l'ergonomie. En effet, une amélioration de l'ergonomie entrainera une meilleure réalisation de la FPU. 

Voici la question que nous nous sommes posée :

         -  L’ensemble des relations entre élements du système et entre l’élément de travail et la FPU ou  entre l’élement moteur et l’énergie est-elle de nature à optimaliser la réalisation de la FPU ?

Notre brosse WC ne possède pas un manche, des formes, en adéquation avec la position naturelle de la main et celle du corps. Nous avons donc décidé de coter cette loi à 3/6.

 

 Loi 4 : Idéalité

        La loi d'idéalité indique que le système a atteint sa forme idéale lorsque l'objet n'existe plus physiquement mais qu'il continue d'assurer sa FPU. 

        - La FPU est-elle obtenue sans aucune dépense matérielle, énergétique ou autre.. ?

Ici, notre système admet des dépenses énergétiques (utilisateur) et des dépenses matérielles (changer la brosse en cas de casse ou autre). On pourrait donc envisager une brosse entièrement intégrée dans la cuvette et qui commencerait son cycle de nettoyage en détectant le départ de l’utilisateur. Nous avons donc décidé de coter cette loi à 1/6.

 

Loi 5 : Développement inégal

       Cette loi traite de la maturité des différentes parties de notre système. Si le manque de maturité devient un obstacle à la réalisation de la FPU, la loi n’est donc pas respectée.

      - Chaque élément est-il au niveau optimal de son développement technologique en comparaison aux autres ou au contraire, handicape-t-il par son retard l’efficience de la FPU ?

       La brosse de toilettes a connu un développement homogène puisque les matériaux qui servent à sa construction ont changé en passant du bois et du crin de cheval aux divers plastiques. Les critères de cette loi sont respectés, le manche et la brosse sont au même stade d'évolution au niveau technologique. Aucune amélioration n’est à prévoir pour cette loi. Nous avons donc décidé de coter cette loi à 6/6.

 

Loi 6 : Transition au super-système

 

Cette loi nous permet de nous interroger sur la fin de vie de notre système et son évolution logique.

          -Le système a-t-il épuisé les ressources de son développement. Ou encore son avenir emble-t-il compromis et sa disparition inéluctable ?

La brosse WC est un système primitif manuel qui permet de réaliser une seule fonction. C'est un système qui a bientôt épuisé "les ressources de son développement". En effet, comme nous l'avons vu précédemment il existe des brosses à tête jetable, des brosses pouvant effectuer des rotations. Nous pouvons donc envisager une transition au super-système : incorporer directement un système permettant de réaliser la FPU au supersystème (les toilettes). Actuellement, ce système existe mais n'est pas assez développé pour être présent sur tous les marchés. Nous avons donc décidé de coter cette loi à 2/6.

 

 Loi 7: Transition vers le microniveau 

         

         Cette loi définit «l'évolution de l'efficience de la FPU du solide jusqu'au plasma en passant par l'état gazeux ou le liquide». Voici la question que nous nous sommes posée afin de coter correctement notre loi :

     - Le système dans son état technologique actuel, a-t-il épuisé les ressources de développement et un changement radical du mode de réalisation de la FPU semble-t-il  ?

Actuellement en observant l'état physique de notre brosse WC, nous nous rendons compte que pour réaliser notre FPU nous sommes à l'état solide, nous avons donc imaginé un système qui pourrai procéder à un nettoyage par laser afin de satisfaire cette loi. Nous avons donc décidé de coter cette loi à 5/6.

 

Loi 8: Dynamisation

        Cette loi permet d'apporter plus de dynamisme, de flexibilité et autorise un meilleur contrôle des effets de la FPU. Voici la question que nous nous sommes poséé afin de coter correctement notre loi :

         -L'état de dynamisme du système est-il de nature à optimaliser la FPU ou gagnerait-il a modifier sa structure de manière à être plus souple dans perte de contrôlabilité?

Nous nous somme rendu compte que cette loi n'est pas totalement respectée que ça soit au niveau de la flexibilité ou au niveau du dynamisme car la brosse WC ne possède aucune articulation au niveau du manche ce qui exige un effort important de la part de l'utilisateur et ce qui ne nous permet pas d'aller au fond de la cuve. Nous avons donc décidé de coter cette loi à 2/6.

 

Loi 9: Accroissement substances-champ

      Cette loi permet d'adjoindre un surplus fonctionnel à l'objet qui voit, en son sein, se développer un nouveau système technique. Voici la question que nous nous sommes posée afin de coter correctement notre loi :

         -L'état de maturité de votre système exige-t-il, pour évoluer, d'intégrer de nouvelles associations de type substance-champs afin d'augmenter la valeur de sa fonction principale utile ?

 

La brosse de WC n'est pas vraiment optimisée selon cette loi car elle n'admet qu'une seule et unique fonction. La brosse de toilettes ne sert qu'à nettoyer la cuvette. Elle pourrait très bien contenir 3 systèmes en 1 (envoie de produit nettoyant par le manche, système désodorisant, aspirateur). Nous avons donc décidé de coter cette loi à 2/6.

 

Paramètres et Poly-contradictions 

        Dans cette partie, nous avons affilié les paramètres définit dans la partie « Analyse multi-écran »  à un paramètre d’action (PA) ou paramètre évolutif (PE). Un paramètre d’action est un paramètre sur lequel on agit pour résoudre une contradiction. Suivant les évolutions qui nous intéressent, on va définir un PA qui va être lié à des paramètres évolutifs classés en VA (Valeur ajoutée) et VA barre.

 

Nous avons décidé de travailler autour de 4 PA :

- La conception
-La mobilité
-L'ergonomie
-Le design 

 

Malheureusement le logciel STEP ne nous a pas permis de continuer notre cotation et la réalisation des contradictions. Nous avons donc réalisé ces tableaux sous Excel en appliquant à chacun d'eux un poids (entre 1 et 10). Nous avons une vingtaine de PE (nous n'avons pas pu récupérer le chiffre exact de PE définit dans la partie analyse multi-écran). Vous trouverez ci-dessous la cotation des PE rattachés à nos PA : 

 

 

Le poids de l'objet, le volume ou bien le coût  ne sont pas importants pour l'utilisateur (il sera amené à acheter 2 ou 3 toilettes au cours de sa vie). La facilité d'usage, le confort, l'efficacité et la résistance de l'objet sont des paramètres primordiales pour l'utilisateur. C'est en fonction de ses différents paramètres que l'utilisateur va choisir tel ou tel modèle. Nous avons donc décidé de leur donner un niveau plus important.

Etant donné que le logiciel STEP ne fonctionnait pas, nous n'avons pas pu vous présenter nos différentes matrices de poly-contradictions. 

Voici ci-dessous nos différentes matrices et pondération réalisées sur Excel :

        

 

    

       Après avoir définit les 4 couples  PA/PE les plus élevés , nous avons du travailler sur le site "Time to Innovate" (le logiciel STEPS ne fonctionnait pas) afin de déterminer la matrice de résolution des contradictions techniques. Dans un premier temps nous avons rentré chacune de nos contradictions, sélectionné sa nature, son domaine d'application et la classe spécifique associée (voir ci-dessous pour la contradiction 1).

 

              

 

Suite à cela, la matrice de résolution s'est construite automatqiuement après avoir lié les paramètres génériques correspondant aux paramètres de notre contradiction. La matrice de résolution nous propose alors les principes inventifs (classés par ordre décroissant d'utilisation) qui nous permettront de résoudre notre contradiction (voir ci-dessous pour la contradiction 1).

        

            

     Afin de résoudre notre contradiction, nous nous pencherons donc sur le paramètre inventif 35 : Le changement d'état physique et chimique d'un objet.

 

Nous avons donc répété cette méthode pour les 3 autres contradictions

 

Contradiction n°2 :  PA Mobilité

     

 

 

Pour cette contradiction, la matrice nous conseil de travailler avec le principe inventif : "qualité locale". C'est à dire :

a. Passer d'une structure homogène d'un objet (ou de l'environnement ou d'une action extérieure) vers une structure hétérogène.

b. Faire en sorte que différentes parties de l'objet aient (réalisent) différentes fonctions.

c. Placer chaque partie de l'objet sous les conditions les plus favorables pour l'opération qu'elle effectue.

 

Contradiction n°3 : PA : Ergonomie

      

 

 

 

Pour cette contradiction, la matrice nous propose de travailler en priorité sur le principe inventif 35 : "le changement d'état physique et chimique d'un objet". C'est à dire :

a. Modifier l'État de phase d'un objet.

b. Modifier sa concentration ou sa consistance.

c. Modifier le degré de flexibilité.

d. Modifier la température.

Contradiction n°4 : PA : Design :

 

 

 

Pour notre quatrième contradiction, la matrice nous invite à travailler sur le principe inventif 15 : "Le degré de dynamisne". C'est à dire : 

a. Rendre un objet (ou son environnement) automatiquement ajusté pour une performance optimale à chaque phase de l'opération.

b. Séparer un objet en éléments pouvant se déplacer les uns par rapport aux autres.

c. Si un objet est immobile, le rendre mobile, déplaçable.

 

Concepts

 
Conept répondant à la contradiction n°1 : "La conception doit être développée pour satisfaire le confort et non développée pour satisfaire l'éfficacité".
 
 
Le principe de la solution est d'avoir un ensemble tout en un. La partie brosse n'est composée dans cette solution que de la tête, la poigné n'est plus utile.
 
La tête de la brosse est donc installée directement dans la cuvette. Un rail est lui installé en forme de spirale dans toute la cuvette. Ce rail a pour but de guider la brosse lorsque la chasse d'eau est tirée. En effet la brosse est mise en mouvement grâce à l'écoulement d'eau en partant de sa position d'attente tout en haut de la cuvette. Le retour ce fait via un système de ressort qui est attaché à la brosse.
 
Cette solution favorise donc le confort pour l'utilisateur qui n'a plus besoin de nettoyer la cuvette après chaque utilisation comme celui-ci est automatique. Du point de vu efficacité cette solution permet aussi de l'améliorer car la brosse suit donc la trajectoire imposée par le système de guidage qui recouvre l'intégralité de la surface de la cuvette. Comme la brosse est mise en mouvement avec l'eau cette dernière s'auto nettoie a chaque utilisation.
 
 
Concept répondant à la contradiction n°2 et le contradiction n°3:  "La mobilité doit être mobile pour satisfaire le confort et fixe pour satisfaire la résistance", "L'ergonomie doit être augmentée pour satisfaire le confort et diminuée pour satisfaire l'éfficacité".

 
Nous avons pensé à des toilettes comprenant un siège baquet en cuir pour une meilleure assise et un maintient lombaire optimal. Le système pour tirer la chasse d'eau ressemble au frein à main que l'on peut trouver dans nos voitures. Il permet de ne pas devoir se lever et se retourner pour actionner celle-ci. Nous avons aussi ajouté des chenilles pour une mobilité à toute épreuve. Les Matériaux sont des alliages de Tungstèn, ce qui admet une très bonne résistance, supérieure à celle offerte par les systèmes existants dans le commerce.
 
          
Concept répondant à la contradiction n°3 : "L'ergonomie doit être augmentée pour satisfaire le confort et diminuée pour satisfaire l'éfficacité".
 
Nous avon pensé à un balai brosse rétractable pour gagner en espace de rangement et en volume tout en conservant un bon confort d utilisation grâce une poignée ergonomique qui s'adapte à la forme de la main.
 
 
 
Concept répondant à la contradiction n°4 : "Le design doit être développé pour satisfaire le volume et non développé pour satisfaire le confort"
 
Nous avons pensé à des toilettes qui s'adapte à la hauteur de l'utilisateur, ce qui augmente le confort et permet de réduire l'encombrement.
 

 
 
 
 

Conclusion

La combinaison du premier et deuxième concept nous semble être une solution faisable et pertinante. Nous avons réussi à augmenter le confort tout en améliorant l'ergonomie, la résistance et l'éfficacité du système en lui même.

Pour conclure, ce projet nous a permit de découvrir la méthode TRIZ dans son intégralité ainsi que le logiciel STEPS. Nous avons appris la méthode et la démarche à adopter lorsqu'un objet comporte des améliorations, n'est pas parfait ou ne nous satisfait pas entièrement au quotidien. Au lieu de se focaliser sur une innovation/amélioration précise de l'objet, la méthode TRIZ et le logiciel STEPS nous ont permit de mieux analyser l'objet et de découvrir des nouvelles pistes d'améliorations répondants à des contradictions engendrées par l'objet en lui-même.

Le point négatif de ce projet a été la difficulté à se connecter et à accéder à notre projet sur le logiciel STEPS. Malheureusement nous n'avons pas pu travailler, tout au long de ce projet, sur le logiciel. Nous nous sommes arrêtés 9 lois et nous n'avons pas pu corriger nos erreurs des parties précédentes, compléter notre projet et le finaliser. Les cours d'innovation nous ont été très utiles et nous ont permis de mieux aborder le projet.

Nous tenons à remercier l'équipe en charge de ce module de formation pour leur aide précieuse et les conférences menées tout au long du projet.

Lien vers le projet  :    https://www.dropbox.com/s/hj3fg963ezgxk5l/project%20%284%29.idm?dl=0

 

 

 
 
 
 
 
 
 

 

 
 
 
 
 

Espace Membres

  • over a year ago

Newsletter

Inscrivez-vous à notre newsletter...

Email: