Projet Gobelet

L’Histoire du Gobelet

Au cours de ce module, nous devions apporter une innovation sur un objet du quotidien. Nous avons choisi un objet indispensable et utilisé massivement par les étudiants. Comme son nom l'indique, le gobelet (de gobel, verre où l'on gobe, XIIIe siècle) cet objet très simple permet de contenir et de boire une boisson .

 

Depuis la plus haute antiquité, le gobelet fut l’un des premiers récipients entièrement fabriqué par l’Homme qui permettait de boire. Les premiers verres opaques, de couleur verte ou bleue, fabriqués par l’Homme sont originaires de Mésopotamie. Le gobelet succéda à la corne d’animal, la coque de fruit et à la coupe de terre cuite et de métal vers l’an mille. Sa forme droite en tronc de cône renversé dura jusqu’à la fin du XVIIe siècle puis devint plus élégante avec une forme de tulipe et de métal précieux.

Figure 1: Gobelet Mésopotamien

 

Vers le début du XVIIIe siècle, le gobelet perd de son importance au profit de la timbale fabriquée en étain et en argent, moins haute, pourvue d’une petite anse en forme d’anneau, dont la décoration est souvent personnalisée.

      

Figure 2 : Gobelets en argent

 

Pourquoi et comment innover ?

I. Etat de l'Art

Il existe toute sorte de gobelet, en faïence, en plastique, en métal etc. Après la Seconde Guerre Mondiale, les plastiques sont produits partout dans les pays développés et émergents, c'est à ce moment que les gobelets jetables font leur apparition.

Le gobelet jetable et un gobelet destiné à être détruit ou jeté après son unique utilisation. Il peut être fait de carton ou de matière plastique. Nous avons décidé de travailler sur le gobelet plastique.

http://www.vaisselle-jetable-discount.fr/141-thickbox_default/gobelet-plastique-transparent-23-cl.jpgLe gobelet en plastique jetable est principalement fabriqué en acide polylactique (PLA) ou en polypropylène (PP). Généralement présenté de couleur blanche ou translucide, la paroi mince le rend fragile, peu isolante et très rarement réutilisable. De plus, ils peuvent être utilisés pour le stockage de la plupart des liquides, mais les liquides chauds peuvent faire fondre ou se déformer le matériau.

Les gobelets en plastique sont disponibles dans une variété de couleurs,

  de textures et de résistance différentes.        

Le gobelet réutilisable est une bonne alternative aux gobelets jetables traditionnement utilisés sur les grands évènements publics ou privés. La matière plastique utilisée est généralement de meilleure qualité et est plus résistante thermiquement et mécaniquement. Ceci est une meilleure solution pour l'impact environnemental si le gobelet est réellement rendu et lavé à la fin de l'évènement.

L'impact environnemental des gobelet en plastique étant encore très élevé, ils existent des gobelets innovants visant à réduire cet impact :

http://www.flo.eu/cke//hybrid-wood-logo.jpgL'Hybride Thermo 180 de la société FLO est constitué d'un nouveau matériau composite dans lequel le pourcentage de plastique est considérablement réduit et remplacé par un mélange de sels naturels. Cela permet une réduction importante des émissions de CO2 dans l'atmosphère, tout en maintenant la fiabilité des meilleurs gobelets en plastique de distribution automatique.

La société californienne Reduce. Reuse. Grow. a inventé une tasse certifiée compost qui se biodégradera

en moins de 180 jours. On pourra donc se servir et utiliser le matériel afin de replanter des zones où la végétation a été détruite ou brûlée.

Enfin, KFC a mis au point un gobelet entièrement mangeable. Ce gobelet innovant devrait être baptisée « Scoff-ee Cup » et serait ainsi constitué d’un biscuit recouvert de papier de sucre, le tout consolidé par une couche intérieure de chocolat blanc.

https://metrouk2.files.wordpress.com/2015/02/kfc-2-e1424855728436.jpgLes développeurs planchent maintenant sur la meilleure solution pour éviter que le contenant ne fonde s’il contient une boisson chaude.

II. La Méthode TRIZ

Afin d'améliorer et trouver une innovation pour notre produit nous utiliserons la méthode TRIZ, théorie de résolution des problèmes inventifs. Cette méthode a été développée par l'ingénieur russe Genrich Altshuller en 1946 et se base sur une approche algorithmique permettant de résoudre des problèmes techniques à l'aide de neuf lois objectives.

Cette méthode universelle s'adapte à tout type de systèmes techniques. Pour la mener à bien, il faut suivre une série d'étapes qui nous permettront de trouver quelles sont les innovations à apporter à notre produit. 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

Le logiciel STEPS et Time to innovate ont été mis à notre disposition afin de nous aider dans cette démarche.

 

Phase d'analyse

 

I. Lois d'intégralité des parties

Cette première étape consiste à trouver la fonction principale utile qu'exerce l'objet. On peut en effet diviser notre objet d’étude en plusieurs éléments et les référencer dans le graphique d’intégralité des parties.

Ce graphique constitue une réflexion préliminaire, afin de bien définir les différentes parties de notre objet. Nous avons commencé par définir la Fonction Principale Utile (FPU) du gobelet, qui est de contenir un liquide. Nous avons ensuite cherché l’interaction entre l’objet et l’utilisateur, c’est-à-dire les différents éléments qui rentrent en interaction pour répondre à la fonction principale de l’objet.

On peut donc identifier les différentes parties et les interactions via l’étude de ce schéma. En plus de la FPU, l’action réalisé par l’homme, avec une énergie représentée par la force physique de l’utilisateur et un mode de transmission qui est la main. La zone où se concentre l’action est la zone interne du gobelet, et le contrôle se fait visuellement. Ce graphique nous permet donc de différentier les différentes parties pour les isoler et les étudier individuellement.

 

 

II. Analyse multi-écrans

L’analyse multi-écrans est une première étape dans l’étude de notre objet qui permet de poser les bases en collectant des informations sur le passé de notre objet et en réfléchissant sur une vision d’avenir pour l’objet. Cette analyse est à 2 dimensions : la dimension temporelle (Passé, présent, futur) et la dimension systémique (Microsystème, système, super-système). Notre analyse devra se faire selon deux axes, une partie temporelle avec le passé, le présent et le futur de notre objet et une partie systémique avec l’analyse microsystème, système, super-système. Pour chacun des repères temporels nous décrirons également les changements à l’intérieur de l’objet lui-même, dans sa constitution mais aussi dans l’ensemble auquel il appartient. Ces changements peuvent à la fois êtres positifs ou négatifs, tout va dépendre de l’évolution de l’objet et de l’impact des modifications sur ces caractéristiques.

Dans cette partie nous devons modifier nos trois entités « système, super-système, et micro-système » afin de montrer l’évolution de notre objet. Nous avons pris le gobelet en plastique rugueux rouge comme système présent car il représente au même titre que l’éco-cup (gobelet en plastique très résistant) l’objet le plus évolué représentant le gobelet.

Nous avons donc ensuite identifié les paramètres d’évolution (positifs et négatifs) entre l’état passé (gobelet blanc jetable en plastique polypropylène) et notre état actuel. On peut identifier certains paramètres comme : résistance mécanique, capacité, encombrement, résistance élastique, résistance thermique, esthétisme, etc. Avec l’analyse multi-écrans, nous pouvons donc connaître les voies d’évolution de notre système et cible nos innovations selon les points faibles et les points critiques identifiés. On peut donc directement réfléchir à l’objet de demain et en déduire des voies d’amélioration comme : un système dépliable qui limite au maximum l’encombrement, un système permettant de conserver le froid ou la chaleur d’un liquide plus ergonomique que le système de revêtement thermos, etc.

 

 

III. Loi d’évolution

 

Loi 1 System completeness

Il faut répondre à la question “L’ensemble des éléments sont-ils présent?”. Dans notre cas oui car nous avons le moteur qui est l’homme, la transmission la main, le travail la zone interne du gobelet et le contrôle visuel. Il faut ensuite s’interroger sur chaque élément et la satisfaction qu’il donne à assumer le rôle qui lui est dévolu dans le système. Tous les éléments en dehors du travail sont liés directement à l’utilisateur. L’action à réaliser est très simple et intuitive pour tout homme, nous avons donc opté pour une note de 5.

 

Loi 2 Energy conductibility

On doit estimer si notre système actuel, en comparaison avec le gobelet simple en plastique froissable, consomme moins ou plus d’énergie ? Dans notre cas nous avons un alourdissement des matériaux avec un gobelet plus lourd mais plus résistant. On peut considérer que cette évolution engendre une augmentation de la demande d’énergie pour l’utilisateur, cependant, cette évolution paraît très négligeable au vu du poids du gobelet. Nous avons donc attribué une note de 3.

 

Loi 3 Harmonization

La loi d’harmonisation s’intéresse à l’ergonomie du système dans le but de réaliser sa FPU. Le nouveau gobelet possède une taille plus grande ainsi qu’une résistance plus importante et une texture plus dure, donc un confort de prise en main supérieur. Ces éléments ne facilitent pas spécialement la réalisation de la FPU mais amènent une amélioration non négligeable. Nous avons donc attribué une note de 3.

 

Loi 4 Ideality

La loi d’idéalité se présente sous la forme d’un rapport de la somme des performances sur la somme des dépenses. Il y aura donc deux axes de réflexion : soit augmenter les performances, soit diminuer le coût d’utilisation. L’amélioration de l’ergonomie, de la résistance du plastique, de la capacité de contenance, et de son esthétisme permet au gobelet actuel de tendre vers l’idéalité. Evidemment, la complète idéalité qui serait de faire disparaitre la forme physique du gobelet pour que le liquide soit contenu et maintenu tout seul paraît difficile d’atteinte de par les forces qui s’exercent sur le liquide. Aussi, l’objet s’adapte parfaitement à l’utilisation avec un model presque unique qui permet d’être utilisé dans quasiment toute les utilisations. Cependant, des axes d’améliorations peuvent être mis en avant : conservation des températures, encombrement, résistance, etc. Le point négatif notable peut aussi concerner le coût qui augmente entre les deux systèmes. Nous avons donc attribué une notre 3 car globalement l’objet répond efficacement aux attentes.

 

Loi 5 Irregular evolution of the parts

Cette loi s’intéresse au développement inégal et va nous obliger à regarder l’objet dans son détail. Existe-t-il un constituant dont l’avance ou le retard technologique vis à vis des autres composants du système freine son innovation ? Le gobelet est constitué d’un seul composé qui est la matière plastique. Aussi, on pourrait imaginer un consistant permettant par exemple de garder la chaleur ou le froid, ou encore de renforcer la résistance mécanique de l’objet. Pour le premier cas, il existe les revêtements isothermes, cependant cela implique une augmentation conséquente du poids et de l’encombrement et donc une évolution négative vis-à-vis d’autres lois d’évolution. Nous pouvons donc globalement considérer qu’en l’état actuel des choses notre gobelet ne possède pas de retard technologique majeur même s’il est perfectible. Nous avons donc attribué une note de 4.

 

Loi 6 SuperSytem transition

Cette loi amène à anticiper l’évolution du système afin de l’inclure dans un super système afin de prévoir l’éventuelle disparation de plusieurs objets au profit d’un seul combinant plusieurs FPU possible. Dans notre cas, vu le degré d’évolution et de complexité d’un gobelet et surtout vu son faible coût de production et d’achat il paraît compliqué et peu pertinent d’y ajouter d’autres outils. Le champ des possibles et ici plutôt réduit nous avons donc attribué une note de 4.

 

Loi 7 Micro-level transition

Cette loi nous amène à réfléchir sur la possibilité ou non de faire évoluer votre système dans le sens : solide-granulés-liquide-champ-plasma. Dans notre cas, le gobelet est solide. L’hypothèse du liquide pouvant contenir un autre liquide parait improbable, cependant on pourrait très bien imaginer cette option avec un champ magnétique permet de maintenir et stocker le liquide. L’évolution parait possible mais reste à l’heure actuelle très compliquée, pour cela nous avons attribué la note de 1.

 

Loi 8 Stimulation

Nous pouvons tout à fait imaginer un point souple ou articulé sur notre système, notamment pour adapter sa capacité de contenance et son encombrement. De plus, la matière plastique peut être plus ou moins déformable. Notre système peut donc évoluer dans ce sens c’est pourquoi nous avons attribué la note de 4.

 

Loi 9 Interaction Substances Fields

Cette loi se réfère à l’accroissement de la substance champ. Dans la même logique que pour la loi 6, du fait de la nature de notre objet et de ses caractéristiques, il paraît compliquer d’ajouter d’autres champs d’utilisation. Pour cette raison nous avons attribué une note de 1.

 

IV. Polycontradictions

L'étape suivante fut de développer des polycontradictions. Nous avons sélectionné des paramètres que l'on considérait comme "Paramètres d'Action (PA)". Ici il s'agit de "Design", "Volume d'accueil" et "Comportement thermique". Nous avons ensuite rempli les parties nommées Va pour ainsi choisir les Paramètres d'Evaluation (PE)

Exemple: Pour le PA "Comportement thermique"

Si le comportement thermique de notre gobelet augmente, nous aurons une meilleure capacité à garder la fraîcheur de notre boisson et une meilleure résistance mécanique de notre matériau. Cependant, ceci entrainera un coût de production supplémentaire.

Résolution

I. Paramètres d'action

L'analyse des polycontradictions nous a amené à trouver les Paramètres d'Action (PA) les plus significatifs, ainsi que les Paramètres d'Évaluation (PE) ayant le plus d'infleunce dans le système étudié. Nous avons pu créer des matrices de résolution de contradictions techniques pour deux PA:

  • Le volume d'accueil

Les PE désignés par les polycontradictions sont la capacité et le coût de production du gobelet.  

Nous avons sélectionné des paramètres génériques parmi les 39 existants afin d'obtenir les principes inventifs pour résoudre la contradiction.

Après avoir lu toutes les propositions, nous en avons sélectionné une solution pour ce PA qui sera la première proposée :

Le changement d'état physique et chimique: Il s'agit ici de changer le degré de flexibilité de l'objet.

 

  • Le comportement thermique

Les PE désignés par les polycontradictions sont la résistance mécanique et le coût de production du gobelet.  

Les contradictions pour notre système, obtenus grâce à l'outil, sont els suivants :

  •  Extraction
  •  Changement d'état physique et chimique 
  •  Transformation d'un moins en plus
  •  Skip
  •  Vibration mécanique
  •  Ephémère et économie
  •  Intermediary

 

 

Suite aux contradictions relevées, nous allons proposer des solutions pour les deux contradictions suivantes :

  • Le volume d'accueil/encombrement en créant un système dépliable
  • L'ajout d'un matériau permettant de garder la fraîcheur d'une boisson

 

 

II. Solutions

  • Le volume d'accueil

 

Afin de résoudre la contradiction de volume d'accueil, nous avons choisi de prendre un matériau plastique plus modelable afin qu'il puisse se plier. Ouvert le gobelet prendrait la place qu'il faudra, alors que plié il aura une épaisseur de 1 à 2 cm maximum, qui correspondrait au bord supérieur. On travaille sur la dynamisation du système.

Gobelet ouvert

Gobelet ouvert

Gobelet plié

 

  • Le comportement thermique

Afin de résoudre la contradiction de comportement thermique, nous avons pensé à mettre un dispositif au fond du verre dans un compartiment, qui fonctionnerait grâce à une réaction endothermique. Une fois le liquide versé dans le verre, il aiderait à garder la fraîcheur de la boisson pour une durée plus longue.

Gobelet avec dispositif à réaction endothermique

 

Conclusion

 

Parmi ces 2 solutions, nous avons choisi la première solution qui nous parait être la plus simple à mettre en place et la plus pratique. En effet, elle satisfait un grand nombre de contradictions et ainsi de solutions proposées. Elle permet un gain de place et peut être utilisée partout de part sa taille. Enfin, ce gobelet est réutilisable et son coloris sera facilement variable.

Pour aller plus loin dans l'innovation, il serait intéressant de combiner nos deux solutions afin d'avoir également l'aspect de comportement thermique qui sera respecté.

Fichier STEPS : https://ent.normandie-univ.fr/filex/get?k=nLJ8peLZQDdZUPQnUny

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