Innov'INSA: Clé

Projet Clé

 

Introduction

 

Evolution de la clé

L'histoire de la clé a commencé en même temps que l'apparition des premiers verrous dans l'ancienne Babylone et l'Egypte il y a quelque 6 mille ans. Les clés étaient faites en bois, de plus elles étaient assez encombrantes et lourdes. Les plus anciennes serrures ont été trouvées dans les ruines du palais assyrien de Khorasabad dans une ville biblique de Ninive. Les mécanismes des serrures datent de 704 av J-C.

L'une des évolutions récentes des clés provient de la Rome antique, dont les ingénieurs et les inventeurs ont réussi à améliorer grandement les mécanismes des serrures égyptiennes en bois. En utilisant le fer et le bronze, les romains ont pu créer des verrous beaucoup plus performants et plus petits, ce qui résulte en la diminution de la taille des clés. Une grande innovation a changé la forme des clés : cette clé est constituée d'une simple tige cylindrique ayant un panneton mince et rectangulaire. Cette conception a continué à être employée jusqu'au XVIIème siècle. Ce type de clé peut encore être trouvé dans des maisons qui ont été construites avant 1940.

La clé moderne de structure plate a été initialement introduite au public par Linus Yale, Sr et Jr, à la moitié du XIXème siècle. En mettant en place des motifs plus sophistiqués, ces clés sont rapidement devenues un succès dans le monde entier. Elles sont simples à fabriquer et à reproduire notamment grâce aux progrès des techniques de découpage industriel de la clé.

De nos jours, des clés fonctionnant grâce à l'énergie magnétique sont utilisés dans différents domaines tels que l'hôtellerie, les installations gouvernementales ou encore les laboratoires scientifiques.

 


Présentation de la méthode TRIZ

La TRIZ est la théorie de résolution des problèmes inventifs. Elle est une approche heuristique destinée à résoudre des problèmes d'innovation, élaborée à partir de 1946 par l'ingénieur soviétique Genrich Altshuller (1926-1998).

La TRIZ permet de résoudre des contradictions apparaissant pendant une innovation. En proposant des solutions génériques et des outils éprouvés, cette méthode oriente et guide l’inventeur à chaque étape de la résolution de problème. À partir d'indices et de suggestions fournis par TRIZ, le concepteur transpose des solutions génériques en solutions concrètes adaptées à son problème.

A partir de l'étude d'un certain nombre de brevets, Genrich Altshuller a observé les similtudes suivantes :

·          Les solutions et les problèmes sont identiques dans tous les secteurs industriels et scientifiques

·          Les modèles d'évolution technique sont également répétés dans tous les secteurs industriels et scientifiques

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

Ces constatations l'ont amené à développer une démarche de résolution des problèmes inventifs. Dans cette démarche, on passe par une phase d'abstraction de la problématique permettant de construire un problème générique à partir de l'initial, sous forme de contradictions.

De plus, les étapes de la méthode TRIZ sont les suivantes :

·          Analyse du problème

·          Analyse du produit et de sa situation initiale

·          Analyse multi-écrans permettant de mettre en évidence ce qu'il faut améliorer

·          Énonciation des contradictions physiques à l'aide du logiciel

·          Classement des contradictions permettant de mettre en avant les axes de résolution les plus pertinents

·          Conceptualisation des résolutions

 

 

I) Phase d'analyse

Intégralité des parties

Pour l'analyse de notre système, la clé, nous avons utilisé le logiciel STEPS.

L'intégralité des parties nous permet d'étudier les différentes parties de notre objet afin de déterminer les relations existantes entre elles ainsi que la fonction principale du système.


 

 

Dans notre cas, la clé comporte deux parties principales : la tête de la clé et le panneton. La tête de la clé est le moteur qui permet de transformer l'énergie venant des muscles en énergie mécanique, celle-ci est transmise par le bras. Quant au motif du panneton, il s'enclenche dans la serrure et permet l'ouverture de la porte. Enfin, le contrôle est l’ouïe et la dextérité. En effet, le bon enclenchement de la clé est vérifié par un clic caractéristique. De plus, il est aussi validé par la présence d'une résistance ou non lors du mouvement rotatif de la clé dans la serrure.

 

Analyse multi-écrans

L'analyse multi-écrans est une étude nécessaire pour observer l’évolution déjà subie par notre système puis celle que nous envisageons dans le futur. Pour ce faire, nous avons défini les super-systèmes ainsi que les sous-systèmes qui constituent l’objet et nous avons comparé les paramètres de la clé moderne à ceux d'auparavant. Ceci nous a permis d'identifier les propriétés qui ont déjà été inventées afin d'établir des hypothèses pour améliorer les propriétés de la clé actuelle.

 

Lois d'évolution

Loi 1 : Intégralité des parties 5/5

On retrouve dans notre système les 4 parties Moteur, Transmission, Travail, Contrôle. Lors de l'ouverture de la serrure, l'énergie mécanique est transmise par le bras. De ce fait, la loi de l'intégralité des parties est respectée pour la clé.

 

Loi 2 : Conductibilité énergétique 4/5

Pour ouvrir une serrure, on utilise l'énergie mécanique des muscles. La globalité de l'énergie est utilisée dans l'ouverture de la serrure. Cependant, des frottements peuvent être présents entre le motif de la clé et celui de la serrure, ce qui peut entraîner des pertes d'énergie.

 

Loi 3 : Harmonisation 3/5

En fonction de la taille des mains de l'utilisateur, la maniabilité de la clé est différente. En fait, un utilisateur avec des mains de taille importante aura plus de difficultés à tenir et manipuler la clé.

 

Loi 4 : Idéalité 3 3/5

L'idéalité est atteinte losrque le système remplit ses fonctions sans exister matériellement, il faut donc que son poids, son volume et sa surface tendent à disparaître. Même si aujourd'hui, les clés sont plus petites qu'auparavant, elles existent toujours matériellement donc des évolutions sont encore possibles pour atteindre l'idéalité.

 

Loi 5 : Développement inégal 4/5

Toutes les parties de la clé remplissent leur fonction, mais certaines peuvent être développées comme par exemple le panneton (travail) ou la tête de la clé (moteur).

 

Loi 6 : Transition au supersystème 4/5

Cette loi s'intéresse à la fin de vie du système. Il est difficile d'envisager un supersystème permettant d'avoir pour fonction l'ouverture d'une porte. Cependant, on peut penser à l'utilisation d'une carte qui aurait plusieurs fonctions dont l'ouverture de la porte mais aussi de faire des achats (fusion d'une carte clé et d'une carte bancaire).

 

Loi 7 : Transition vers le microniveau 2/5

La clé est actuellement solide mais on peut imaginer qu'elle change d'état dans l'avenir, comme par exemple une clé électromagnétique.

 

Loi 8 : Dynamisation 3/5

La clé pourrait devenir plus flexible et plus souple permettant une dynamisation de la clé. Cette souplexe permettrait de réduire les risques de casse. Cependant, une clé trop souple ne serait pas intéressant pour ouvrir une serrure, elle doit rester suffisamment rigide pour remplir sa fonction.

 

Loi 9 : Accroissement substances-champ 3/5

Actuellement, les clés ne possédent qu'une seule fonction : celle d'ouvrir la serrure. On peut donc imaginer une clé à laquelle on ajouterait plusieurs fontions quelles soient complémentaires ou non, par exemple une clé qui lime les ongles.

 

 

Paramètres et polycontradictions

D'après la méthode TRIZ, il est nécessaire de poser les contradictions du système afin de trouver des solutions en essayant de ne pas faire de compromis. Au cours de la résolution du problème, nous avons séparé les contracdictions en deux catégories de paramètres :

- Paramètres d'action PA, c'est l'élément de l'objet sur lequel des modifications sont possibles

- Paramères d'évaluation PE, c'est l'élément permettant l'évaluation des aspects positifs et négatifs

 

Le fait de poser ces poly-contradictions aura pour but le traitment des contradictions prioritaires à prendre en compte. Pour cela, pour chaque paramètre d'action, on s'est intéressé aux aspects positifs et négatifs de chaque paramètre d'évaluation.

 

 

 

 

 

 

II) Phase de résolution

Contradictions proposées

La TRIZ nous a permis d'identifier les principaux paramètres de contradiction pour améliorer notre système :

- Changemement d'état physique et chimique

- Remplacement du principe mécanique

- Elimination de parties

 

Concepts de solutions

Solution 1 : Une clé adaptable aux doigts de l'utilisateur

Cette solution ne modifie pas le panneton mais seulement la tête de la clé. On utiliserait pour cela un polymère assez souple pour s'adapter à la forme des doigts de l'utilisateur lorsque celui-ci la prend en main mais aussi rigide pour assurer une bonne maniabilité de la clé.

 

Solution 2 : Reconnaissance vocale

La voix de l'utilisateur serait la clé pour ouvrir la porte. En effet, un appareil permettant la reconnaissance vocale serait mis en place au niveau de la porte. L'utilisateur devrait prononcer une certaine phrase avec une certaine intonation pour déclencher son ouverture et sa fermeture.