Projet "Luge"

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Historique 

Les premières évocations de la luge ont été recensées en 800 avant Jésus-Christ, par les Vikings de la région de Slagen. Ces derniers s’en servaient pour glisser sur le neige ou sur la glace. Depuis cette date, on ne cesse de retrouver son utilisation à divers endroits du globe. Que ce soit en Allemagne, où l’utilisation de ce moyen de transport a été attestée dès le XVIe siècle, ou en Egypte, pour le transport des blocs de pierre qui ont servi à la construction des pyramides.

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Cependant, on notera qu’il a fallu attendre le XIXe siècle pour voir l’apparition des premières pistes de glissades et l’évolution de l’ergonomie des luges. De là, bourgeonneront nombres de compétitions de luges, comme en 1881 sur la route de Saint-Wolfgang à Klosters (Suisse).

Les concepteurs vont alors tout faire, pour rendre les luges de plus en plus performantes. A titre d’exemple, aujourd’hui, une luge de compétition peut atteindre une vitesse de 120 à 140km/h.

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Mais, la luge, est avant tout, le sport le plus populaire de la saison hivernale, permettant aux petits et grands de se réunir et de partager un moment ludique. 

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Pourquoi et comment innover ?

ETAT DE L'ART

Une luge est un vehicule sur lequel on s'assied pour glisser sur la neige ou sur la glace. Nous allons vous présenter les différents types de luge existants. Principalement les luges de loisir et courses sont présentes sur le marché.

Luge de loisir Elle s'utilise sur des pentes enneigées sur lesquelles le passager se laisse glisser, contrôlant la vitesse grâce à un frein ou en laissant trainer ses pieds au sol, et pouvant faire dévier la course de la luge en se penchant d'un côté ou de l'autre.

Luge de course Il s'agit d'un sport où le lugeur dévale une piste en position allongée sur le dos, les pieds en avant.

METHODE TRIZ

TRIZ considère que les problèmes rencontrés durant la conception d'un nouveau produit présentent des analogies avec d'autres et que des solutions analogues doivent pouvoir s'appliquer. Ce constat résulte de l'analyse d'un grand nombre de brevets par l'auteur de la théorie et son équipe.

L'ambition de TRIZ est de favoriser la créativité, ou de stimuler la recherche de concepts innovants en proposant aux ingénieurs et aux inventeurs des outils de déblocage de l'inertie mentale. À partir de la créativité propre à chacun, TRIZ oriente le concepteur et le guide à chaque étape de la résolution de problème, en proposant systématiquement des solutions génériques et des outils éprouvés, ce qui permet de profiter de l'expérience acquise dans différents domaines d'activité et des principes fondamentaux simples qui en ont été tirés. TRIZ conduit l'utilisateur vers une formulation générique et abstraite de son problème, puis vers des principes de résolution du problème abstrait destiné à inspirer des solutions inventives dans l'espace du problème réel. À partir d'indices et de suggestions fournis par TRIZ, le concepteur transpose des solutions génériques en solutions concrètes adaptées à son problème. TRIZ repose sur l'analyse de 40 000 brevets sélectionnés parmi 400 000 brevets internationaux. Ils ont la caractéristique de présenter des principes communs d'innovations, et ceci dans des domaines très variés. Concrètement, TRIZ permet de résoudre des antinomies apparaissant durant une nouvelle conception, comme dans le domaine des moteurs, les exigences contraires de poids et de puissance, ou en informatique, le conflit entre la vitesse d'exécution et l'empreinte mémoire. Les outils de TRIZ sont particulièrement utilisés en France dans l'industrie automobile et dans l'aéronautique, mais des applications à d'autres secteurs sont fréquentes. Ils permettent à la fois de résoudre des problèmes d'inventivité, de préparer des dépôts de brevets mais aussi de préparer des stratégies de R&D.

Le résultat de l'analyse des brevets a permis de mettre en évidence trois éléments clés de TRIZ:

  1. Les solutions et les problèmes sont identiques dans tous les secteurs industriels et scientifiques;

  2. Les modèles d'évolution technique sont également répétées dans tous les secteurs industriels et scientifiques;

  3. Les innovations utilisent des effets scientifiques en dehors du domaine dans lequel ils ont été développés.

Ces constatations ont amené G. Altshuller à développer une démarche de résolution des problèmes inventifs. Dans cette démarche, on ne résout pas directement le problème initial, mais on passe par une phase d'abstraction du problème permettant de construire un problème générique à partir du problème initial, sous forme de contradictions. Cette phase d'abstraction permet ainsi d'obtenir un problème qui est indépendant du domaine du problème initial, ce qui permet ainsi d'obtenir des effets scientifiques en dehors du domaine dans lequel ils ont été développés (conformément au troisième élément clé).

 

I. Intégralité des parties

Un système technique doit avoir un élément moteur, un organe de transmission, un organe de travailet un organe de contrôle, le système doit être complet. Si une partie est défaillante, le système n’est pas viable. Chaque fonction du système doit atteindre une performance suffisante ou minimale pour que le système soit pleinement opérationnel.

II. Analyse multi-écrans

 

 

On a réalisé dans cette partie une analyse multi-écrans. Cela consiste en fait a représenter l’évolution de notre objet à travers le temps. On a ainsi mis en évidence les améliorations et les détériorations qui lui ont été appliquées. Puis nous avons fait de même pour les sous-sytèmes et sur-systèmes correspondants.

 

Tout à gauche on retrouve la luge du passé et au milieu le modèle le plus perfectionné de luge que l’on peut trouver actuellement. On a ainsi mis en évidence une évolution des super-systèmes avec l’apparition de pistes de luge damées permettant une glisse améliorée (le fait que les pistes soient damées permet une qualité de glisse supérieure) en toute sécurité. Le système en lui même à lui aussi évolué puisque les luges sont maintenant plus rapides (efficacité améliorée) mais aussi plus ergonomes et maniables. En revanche, les luges actuelles ont le défaut d’être plus volumineuses. De plus, on a constaté l’apparition d’un système de freinage et d’un système directionnel (volant) dans les sous-systèmes. Le matériaux principal constituant de la luge est passé du bois à des matériaux composites. L’évolution de ses sous-systèmes a entraîné un coup de reviens plus élevé (type de matériaux coûteux et ajout de sous-systèmes).

 

On obtient ainsi tout à droite notre objet du futur avec les caractéristiques sur lesquelles ont pourra jouer lors de la mise en place de notre innovation. L'un des principaux axe sur lesquel on basera notre recherche est donc le volume de notre luge.

 

III. Lois d'évolution

Nous allons maintenant essayer de déterminer si la luge d'aujourd'hui répond aux 9 lois d'évolution. Cela nous permettra par la suite, de voir sur quel loi il sera facile de travailler, pour innover sur un nouveau concept de luge.

Chaque loi est évaluée par une note sur 5, où 5 signifie que la luge remplie pleinement la loi et 0 qu'elle n'y répond pas du tout.

Loi 1 : Intégralité des parties : 3/5

Toutes les parties sont présentes (Moteur, transmission, outil, énergie, objet) mais on ne peut pas agir sur le poids de l'utilisateur

Loi 2 : Conductibilité : 4/5

Nous pouvons voir que par rapport à avant, l'énergie nécessaire afin de freiner est moindre. De plus, porter la luge est devenu plus simple

Loi 3 : Harmonisation : 4/5

La luge épouse mieux les irrégularités du sol, il y a une meilleure répartition d'énergie au niveau du sol. Ajout de composants qui permettent d'améliorer la FPU (commandes etc)

Loi 4 : Idéalité : 2/5

Le système est trop encombrant et pas assez maniable

Loi 5 : Développement inégal : 2/5

Le système n'est pas assez maniable. De plus, le système de frein est peu efficace.

Loi 6 : Transition vers le super-système : 1/5

Glisser est l'unique fonction de cette luge. Un système de conversion d'énergie (convection en energie électrique) par exemple pourrait être intégré.

Loi 7 : Transition vers le micro-niveau : 0/5

Le système est à l'état solide, une évolution technologique pourrait changer l'état physique de la luge.

Loi 8 : Dynamisation : 1/5

On pourrait rendre cette luge pliable de sorte à la transporter plus facilement sans que cela ne diminue son côté fonctionnel.

Loi 9 : Accroissement substance-champ : 1/5

Aucune utilité à part d'aller d'un point A à un point B. La luge pourrait par exemple damer la neige lors de son passage, ce qui serait une évolution.

On remarque que nous avons attribué peu de notes > 3/5. Cela signifie qu'une luge possède encore aujourd'hui encore nombre de contradictions non résolues, et qu'il faudra alors influer sur ces différentes lois afin de produire des concepts innovants.

IV. Paramètres et polycontradictions

Nous pouvons voir qu'une augmentation du volume va amener à une meilleure stabilité et également sécuriser le passager. En revanche, cela va conduire à une augmentation du prix, une plus mauvaise maniabilité ainsi qu'une transportabilité plus compliquée.

D'autre paramètres comme le design impacte peu les paramètres d'évaluation.

En revanche, un matériau de meilleure qualité va apporter beaucoup de changements tels qu'une amélioration de la résistance, du confort et de la sécurité du passager ainsi qu'une réduction de la masse. Cependant, il est évident que cela va conduire à une augmentation significative du prix.

Enfin, nous pouvons voir qu'un meilleur système de contrôle va permettre à l'utilisateur de mieux controler la luge ( vitesse, direction, sécurité).

V. Matrices des contradictions
 

Les matrices de contradictions montrent la concordance entre nos contradictions et les principes d'évolution. Ces matrices reposent sur des comparaisons avec d'autres conceptions inventives. Grâce à elles, nous allons savoir par quel principe ont pû être résolues les mêmes contradictions et ainsi axer nos recherche.

Contradiction n°1 :

La première contradiction que nous traitons est " Le volume de notre luge doit à la fois être important pour stabiliser la luge et faible pour pouvoir contrôler la direction. La matrice nous indique que pour les paramètres Direction Contrôlée et Stabilité, nous avons plus de chane de trouve rune solution en agissant sur le principe 29 : le système hydraulique ou pneumatique, le principe 22 : la transformation d'un moin en plus ou le 1 : la segmentation.

Contradiction n°2 :

VI. Projets de solutions


1) Résolution de la première contradiction :

Il s'agit d'une contradiction entre la stabilité et le contrôle directionnel engendré par le volume de notre luge. Ces paramètres d'évolutions sont liés pour la stabilité à la surface de contact , et au volume (dans l'espace) pour le contrôle directionnel.

 

Pour résoudre cette contradiction, nous allons donc essayer de trouver une solution inventive nous permettant d'obtenir à la fois une bonne stabilité et un bon contrôle directionnel.

 

 

Pour ce faire, nous allons nous reposer sur le principe 15 concernant la dynamique (4.43% dans notre matrice de contradiction).

Dynamique : Nous allons diviser notre luge en différentes parties capable de bouger les unes par rapport aux autres. Cela va augmenter notre degré de mobilité. Notre luge sera alors capable de s'adpater aux conditions, et aux différentes étapes de la glisse (tourner, aller tout droit, se stabiliser, ... ).

Les luges actuellement sur le marché, sont soit très maniables mais instables, ou stables mais difficilement maniables. En effet, la stabilité est principalement dûe à la surface de contact entre la luge et le sol. Ainsi, plus notre luge va avoir un volume important, plus les patins vont avoir une surface de contact importante avec le sol et donc permettre à notre luge de se stabiliser. Cependant, le volume de la luge et la surface de contact ainsi élevés vont alors rendre difficile les changements de trajectoires (angle de virage amoindrie).

Nous avons donc imaginé réduire drastiquement la taille des patins déjà présents sous la luge afin de diminuer sa surface de contact avec la neige. Ces patins seront toujours movibles et liés au volant pour permettre les changements de direction. La taille dès patins étant réduites, on pourra dès lors "tourner plus sec", c'est à dire introduire un angle de virage supérieur.

  Pour ne pas faire de compromis sur notre stabilité, nous allons ajouter des patins de substiution amovibles (ayants la capacité de se lever) sur les cotés de notre luge. Ces derniers auront pour objectif de stabiliser la gisse lors des trajectoires linéaires, mais aussi lors des virages. Ils seront directement reliés aux commandes directionnelles (volant) par un système mécanique.

Par exemple, lorsque nous voulons tourner à droite, le patin de gauche va automatiquement se lever lors de la rotation du volant et celui de droite va rester en contact avec le sol permettant de stabiliser la luge lors de la rotation. L'angle de rotation sera alors supérieur puisque la surface totale en contact avec le sol sera réduite par rapport à la la luge actuelle.

Concrètement, on choisira des patins lourds qui effectueront une bonne compression sur la neige et assureront une stabilité optimale. Ils seront reliés à la luge par un réseau de grille ayants la possibilités de se contracter ou de se détendre (assurant ainsi la levé du patin ou son maintient au sol). Le système mécanique reliant les patins au volant comportera un moment cinétique élevé afin que l'effort à appliquer sur le volant (pour tourner et dans le même temps lever le patin) soit moindre.