Innov'INSA: Gant de ski

Les gants de ski

 

Lien vers la page STEPS : http://steps.ideaslab.fr/user#/project

https://drive.google.com/open?id=0B-fep1IZsfM7OElaZWxyWVdtUWc

 

Introduction

 

Les gants de ski sont une pièce d'habillement qui recouvre la main en séparant tous les doigts. C'est un accessoire essentiel à tout bon amateur de sports d'hiver : ils permettent de garder les mains au chaud et doivent être imperméables afin d'assurer le confort des consommateurs.

Cependant, l'universalité actuelle des gants ne permet pas l'adaptabilité du besoin en chaleur de son utilisateur. Par ailleurs, l'étanchéité des gants diffère selon les produits considérés et il est clair qu'une meilleure protection générera un prix d'achat plus important.

Nous avons confronté ces contradictions grâce au logiciel STEPS, basé sur la méthode TRIZ, afin de faire émerger une nouvelle innovation : des gants de ski très étanches, auto-régulables à un prix raisonnable.

 

Historique

 

S'il est aujourd'hui utilisé comme protection contre le froid ou comme équipement de protection individuelle, le gant tire son origine de l'Antiquité. Dans l'Odyssée d'Homère, les gants permettent de se prémunir des mûres sauvages. Quelques siècles plus tard, les gants sont utilisés sous forme de moufles afin de se protéger du froid.

Ils sont devenus un élément incontournable pour la pratique de sports d'hiver ou en période de grand froid. Contrairement aux moufles séparant le pouce du reste des doigts de la main, les gants isolent chacun des doigts. Cette isolation permet une plus grande indépendance des doigts, favorisant ainsi une meilleure mobilité de la main. Cependant, cette séparation se répercute négativement sur la chaleur de la main : les doigts, isolés, ne peuvent pas profiter de la chaleur des autres.

Moufles

Gants

 

Etat de l'art

 

De nombreux modèles de gants sont actuellement sur le marché et possèdent différents degrés d'innovation.

Certains fabricants proposent des gants aux matériaux de plus en plus innovants, essayant d'allier chaleur et étanchéité. On retrouve ainsi des gants en cuir qui assurent une bonne étanchéité mais qui sont relativement fragiles et chers.

D'autres modèles de gants comprennent des matériaux très isolants permettant une bonne conservation de la chaleur. Cependant, l'utilisateur peut souffrir de trop fortes chaleurs et n'a pas l'occasion de contrôler la température de ses mains.

Enfin, la marque Wed'ze pour Décathlon propose un modèle de gants innovants : une ouverture sur le dessus du gant permet à l'utilisateur de souffler de l'air chaud dans une poche possédant un filtre et réchauffe ainsi ses mains. Malgré tout, ce système ne nous parait satisfaisant et apparait plutôt comme un gadget car l'ouverture du gant entraine la pénétration d'air froid et ne permet pas le maintien au chaud des mains.

 

Loi d'intégralité des parties

 

La 1ère étape de la méthode TRIZ consiste à décrire le système à l'aide de la loi d'intégralité des parties.Cette loi permet d'identifier clairement les principaux éléments du système. Ces derniers jouent un rôle et forment un tout permettant la réalisation de la fonction principale utile (FPU).

 

La chaleur corporelle est transmise au matériau isolant par le revêtement intérieur des gants grâce à la surface de contact entre la main et les gants. Le contrôle s'effectue lors de la conception à travers le choix des matériaux isolants.

L'objectif principal de cet objet est de conserver la chaleur émise par les mains via l'utilisation de matériaux isolants.

 

Analyse multi-écrans

 

L'analyse multi-écrans permet d'identifier sans ambiguïté le système initial auquel notre étude fait référence. Il s'agit d'une étape clé de la conception inventive dont le but est d'installer le processus de conception sur de bonnes bases.

Cette analyse représente l'objet à différentes époques afin de caractériser son évolution. Pour chaque époque, on définit le super-système et le sous-système associés au système. Les transitions entre chaque écran correspondent aux différents paramètres du système qui ont régressés ou qui se sont améliorés au cours de la vie de l'objet.

 

 

Les gants ont pour super-système identique selon l'époque : les mains, l'air extérieur, la neige et éventuellement l'objet à saisir tels que des bâtons de ski.

Si au cours du temps, des changements notables ont permis d'améliorer la performance des gants, certains paramètres se sont cependant dégradés, tels que le coût, le poids ou encore le volume.

L'objet futur et innovant à développer devra intégrer les paramètres suivants, afin de satisafaire les hypothèses d'évolution : la saisie d'objets plus fragiles, le coût, le poids, le volume et l'entretien.

 

Lois d'évolution

 

Ce diagramme rassemble les 9 d'évolution. Chaque branche représente un axe gradué de 5 pas de valeur et indique l'état de maturité du système selon chaque loi.

 

  • Loi 1 : Loi d'intégralité des parties 3/5

Selon cette loi, le système technique doit présenter 4 parties qui doivent toutes réaliser leur rôle afin que le système entre dans sa vie d'objet. Les gants disposent des fonctions de transmission et de travail. En revanche, la fonction contrôle est très peu développée. Ainsi, la note de 3/5 est justifiée par le fait que l'utilisateur ne puisse pas contrôler actuellement la chaleur à l'intérieur des gants.

  • Loi 2 : Loi de conductibilité énergétique 2/5

Cette loi se base sur le principe de minimisation des pertes énergétiques. Il s'agit de conserver de façon optimale la chaleur émise par les mains dans les gants. Nous avons attribué la note de 2/5 à ces gants car cet enjeu de maintien de chaleur n'est pas complétement optimisé.

  • Loi 3 : Loi d'harmonisation 4/5

Les concordances de forme et de couleurs entre les constituants de notre objet doivent être optimisées afin de maximiser la FPU. Dans notre cas, il s'agit de rendre les gants de ski les plus ergonomiques possibles. La note de 4/5 a été attribuée aux gants de ski au regard de leur adaptation à la morphologie des mains.

  • Loi 4 : Loi d'idéalité 3/5

Cette loi imagine l'idéalité comme une cible, la forme absolue de l'idéalité étant que l'objet n'existe pas physiquement. Le rapport entre les performances du système technique et les dépenses engendrées pour assurer sa FPU est relativement correct pour notre objet, dans la mesure où l'énergie est fournie par le super-système. Cependant, on ne peut pas encore négliger la taille de l'objet sans quoi la capacité de l'isolation serait dégradée.

  • Loi 5 : Loi du développement inégal 4/5

L'objectif de cette loi est de comparer l'état de maturité des différents constituants afin de voir s'il existe des inégalités. Pour les gants de ski, le matériau isolant limite l'efficacité du système tout entier.

  • Loi 6 : Loi de transition au super-système 0/5

La loi de transition au super-système invite à s'interroger à la fin de vie su système technique étudié. Ceci consiste à imaginer lequel des super-systèmes pourrait absorber la FPU. Pour l'instant, aucun super-système ne peut absorber la fonction principale utile. Il serait intéressant d'intégrer cette fonction à un objet saisi comme les bâtons de ski.

  • Loi 7 : Loi de transition vers le microniveau 1/5

Tous les systèmes techniques évoluent du solide vers l'état plasma en passant par l'état gazeux ou le liquide. L'hypothèse optimale serait d'avoir un objet dématérialisé, comme un fluide chaud enveloppant la main. Pour l'instant, l'objet est à l'état solide, ce qui explique la note de 1/5.

  • Loi 8 : Loi de dynamisation 4/5

Cette loi repose sur le dynamisme du système étudié en lui apportant plus de flexibilité ainsi qu'un meilleur contrôle des effets de la FPU. Notre système est flexible mais peut encore être amélioré.

  • Loi 9 : Loi d'accroissement substances-champ 1/5

La loi d'accroissement substances-champ consiste à ajouter un surplus fonctionnel à l'objet en développant un nouveau système technique. Cependant, cet ajout doit être utile à l'accroissement de la pertinence de la FPU.

 

Paramètres et polycontradiction

 

Il s'agit dans cette partie d'utiliser la méthode de séparation des contradictions physiques de la TRIZ. Pour ce faire, nous utilisons l'analyse multi-écrans pour définir les paramètres d'action (PA) et les paramètres d'évolution (PE). Chaque PA dispose de 2 directions d'évolution opposées qui auront chacunes des conséquences positives et négatives sur les PE.

 

 

Nous avons choisi de travailler sur 4 PA : la rugosité, l'étanchéité, la chaleur et la régulation de la chaleur. Pour déterminer l'importance de chaque couple PA/PE, nous avons réalisé une pondération. Nous nous appuyerons sur la polycontradiction régulation de la chaleur qui laisse entrevoir des perspectives d'évolution.

 

Matrice de contradictions

 

Cette matrice place les polycontradictions en fonction de l'occurence des PE et du poids des contradictions.

 

On choisit de résoudre des polycontradictions possédant des PE ayant une occurence d'apparition élevée ainsi qu'un poids de contradiction important, c'est-à-dire la TC 3.1, dont la matrice de contradiction est exposée ci-dessous.

 

Enfin, nous avons associé la matrice de résolution des contradictions techniques à la liste des 40 principes inventifs, dans l'objectif de nous guider dans la création d'un nouveau concept innovant.

 

 

 

 

Solutions

 

Solution 1 : Gants de ski à doigts détachables

Cette solution répond à la polycontradiction du paramètre d'action chaleur avec les paramètres d'étude coût et confort. Elle satisfait le principe n°1 de segmentation qui consiste à diviser l'objet en différentes parties : les doigts peuvent se désolidariser du corps du gant. L'utilisateur pourra ainsi avoir une meilleure prise en main et limiter le refroidissement de sa main aux doigts considérés.

Les doigts du gant amovibles seront rattachés au gant via des fixations adhésives de type Velcro.

 

Solution 2 : Gants de ski à matériaux variables

Nous avons souhaité répondre avec cette solution au principe n°3 de qualité locale et répond à la même polycontradiction que précédemment. Nous avons pensé à une structure non uniforme avec une répartition hétérogène des matériaux dans le gant. De ce fait, nous aurons un matériau très isolant aux extrémités des doigts qui sont plus sensibles aux pertes de chaleur dans les gants et un matériau plus respirant au niveau de la paume.

 

Solution 3 : Gants de ski à vibrations

Cette 3ème solution de gants à vibrations répond à la polycontradiction du paramètre d'action régulation de la chaleur avec les paramètres d'étude coût et confort. Elle répond au principe n°18 de vibration mécanique. Il s'agit de placer entre les couches de tissu un système de vibration qui transmettra de l'énergie sous forme de frottements ce qui engendrera de la chaleur jusqu'aux doigts. Ce système de vibration sera alimenté par des piles plates disposées sur la partie supérieure du gant. En fonction de la température souhaitée le système peut être arrêté ou redémarré. De plus on peut imaginer plusieurs vitesses de vibration possibles pour ajuster le frottement et ainsi la chaleur apportée.

Solution 4 : Gants de ski à taille de pores variable

La quatrième solution est une nouvelle réponse à la polycontradiction précédente, elle répond au principe n°6 d'universalité. Nous avons en effet imaginé des pores dont la taille serait ajustable grâce à une molette de régulation. Cela permettrait à l'utilisateur de régler la chaleur à l'intérieur de ses gants. Les gants répondraient donc aux besoins de chacun.

Solution 5 : Gants de ski verts

Pour cette dernière solution nous avons répondu à la polycontradiction du paramètre d'action rugosité avec les paramètres d'étude objets à saisir plus fragiles et confort. Il s'agit de gants dont le revêtement extérieur rugueux peut être remplacé lorsqu'il est trop usé par un nouveau revêtement. Ce revêtement recyclable permet un renouvellement partiel du gant. Cette solution rend les gants durables.

 

 

Conclusion

Nous pensons que la meilleure innovation serait la première avec des doigts détachables. On pourrait ainsi imaginer la faire coexister avec l'innovation 2 des matériaux variables. En fonction de la température recherchée on pourrait alors ajuster la matière des doigts en les changeant. On améliorerait ainsi la saisie d'objet tout en réduisant la sensation de froid puisqu'on exposerait seulement quelques doigts à l'environnement extérieur plutôt que la main entière. De plus on pourrait avoir des extrémités de matières très diverses pour personnaliser la sensation et la chaleur voulues par l'utilisateur. L'avantage majeur de cette innovation est aussi qu'elle nous semble tout à fait réalisable d'un point de vue technologique. Elle est aussi écologique dans le sens où l'on peut changer indépendamment les extrémités qui sont souvent les parties qui s'usent le plus rapidement.

 

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