Innov'INSA: Décapsuleur 2

Introduction au projet

Objectifs

Ce projet a lieu dans le cadre de l'initiation des élèves de l'INSA au domaine de l'innovation. L'innovation est omniprésente dans la société actuelle. Celle-ci consiste à mettre sur le marché un nouveau produit ou un produit considérablement amélioré mais encore un service ou une nouveauté sociale. Comme expliqué dans le cours Innov' INSA, l'ère de la productivité et de la qualité sont désormais succédés par l'ère de l'innovation qui est un enjeu pour la compétitivité des entreprises, mais aussi pour l'amélioration des conditions de vie.

Le cours Innov' INSA introduit l'innovation à l'aide de la méthode TRIZ, TRIZ signifiant "résolution des problèmes inventifs" en russe. Cette méthode inventée par Genrisch Altschuler en 1946 permet donc de faciliter le processus inventif à l'aide d'une résolution algorithmique. Celle-ci se base sur une base de données de plus de 40 000 brevets déposés et analysés qui ont permis de formaliser le processus inventif. 

Genrisch Altschuller

Nous avons décidé d'utiliser la méthode TRIZ afin de tenter d'innover le décapsuleur. Nous détaillerons donc dans cette page les différentes étapes par lesquelles nous sommes passés afin de trouver une idée d'amélioration de cet objet. 

Etat de l'art

Le décapsuleur est un petit objet permettant d'ouvrir un conteneur de liquide scellé par une capsule, ce qui est souvent le cas sur les bouteilles de bières en verre par exemple. Les décapsuleurs existent actuellement sous plusieurs formes présentant toutes certains avantages mais aussi des inconvénients.

  • Le décapsuleur dit "basique": Composé d'un manche que son utilisateur tient en main et de lèvres qui sont posées sur la capsule, il permet à l'aide d'un effet de levier de retirer la capsule de la bouteille. Son principal avantage est qu'il est facilement transportable, en revanche l'effet à fournir pour décapsuler n'est pas mineur. 

  • Le décapsuleur mural: Celui-ci n'est pas composé de manche, puisqu'il est fixé à un mur. Il a donc l'avantage de simplifier l'ouverture d'un conteneur puisqu'il ne nécessite que le maintient de la bouteille et non du décapsuleur. Son inconvénient qui est majeur se trouve dans le fait qu'il soit immobile.

  • Le décapsuleur intégré à des objets du quotidien: Les décapsuleurs peuvent aussi être intégrés à des objets du quotidien, tels qu'une ceinture ou des chaussures, permettant ainsi de l'avoir en tout temps. 

 

Méthode TRIZ

Intégralité des parties

Afin d'être guidé dans la réalisation de la méthode TRIZ, nous allons utiliser la plateforme web STEPS proposée par la société Time To Innovate.

La première étape de la méthode TRIZ est donc de construire l'analyse multi-écrans pour laquelle nous avons au préalable besoin de définir le graphique de complétence du système. Celui-ci permet de définir l'ensemble des éléments constituant le système et les interactions liant ces éléments et l'utilisateur du décapsuleur. 

La Fonction Principale Utile (FPU) du décapsuleur est d'ouvrir une récipient scellé par une capsule. 

Analyse multi écrans

Ensuite, nous réalisons l'analyse multi écrans. Celle-ci est une étape des plus importantes de la méthode TRIZ puisqu'elle permet de comprendre les évolutions de notre décapsuleur à l'aide de la description de son environnement. Celui-ci est composé de:

  • Un système, le décapsuleur, c'est l'objet de notre étude.
  • Un super système, à savoir l'ensemble des composants de l'environnement du décapsuleur. Le super système comprend par exemple la cuisine, si celui-ci y est stocké ou encore l'Homme puisque c'est l'utilisateur de cet objet.
  • Un sous sytème: c'est l'ensemble des composants du décapsuleur.

L'analyse multi écrans ne s'arrête pas là, puisqu'elle vise aussi à définir l'évolution du décapsuleur au fil du temps, et ainsi à prendre en considération les changements qui se sont appliqués à celui-ci et les raisons de ces changements.

Voici notre analyse multi écrans:

Lois d'évolution

Loi 1 : Complétude du système

Les différents éléments du décapsuleur forment-ils un tout assurant pleinement la fonction principale utile de l'objet?

4/5, les 4 parties (Poignet-Manche-Lèvre-Oeil) assurent pleinement leur fonction lors de la réalisation de la FPU. Cependant le poignet, moteur, est un petit peu en dessous des autres éléments constitutifs de par l'effort que l'on doit fournir pour ouvrir un récipient à capsule.

Loi 2: Conductibilité énergétique

L'énergie fournie au décapsuleur pour le lever est-elle utilisée avec un minimum de pertes pour assurer la FPU? 

3/5, l'énergie musculaire doit être importante pour lever le manche du décapsuleur et assurer l'ouverture du récipient. On constate une résistance importante de la capsule avant l'ouverture du récipient. L'énergie n'est cependant pas perdue lors de son passage du manche jusqu'à la lèvre. 

Loi 3: Harmonisation

Les éléments constitutifs de l'objet sont-ils assez harmonieux pour assurer la FPU le plus ergonomiquement possible? 

3/5, même si le manche et la lèvre sont harmonieux, le lien entre la main et le manche n'est pas optimal. On ressent en effet un mal de main lorsqu'on utilise le décapsuleur. Cela est du à la résistance de la capsule à l'effort fourni. 

Loi 4: Idéalité

Le système actuel remplit-il idéalement sa FPU en minimisant les coûts de production ?

3/5, le décapsuleur a eu une évolution chronologique qui a tendu à le rendre plus mobile et plus petit, cependant il est toujours physique. 

Loi 5: Irrégularité d'évolution des parties

Existe-t-il un(des) élément(s) composant actuellement le décapsuleur qui soit(ent)moins développé(s) que les autres ?

3/5, les éléments du décapsuleur n'ont pas évolué depuis sa création, on constate même que depuis qu'il est devenu mobile et portable, son efficacité d'ouverture et sa simplicité d'usage ont diminué. Notre solution innovante devra d'ailleurs répondre à ces deux problématiques. 

Loi 6: Transition au super-système

La FPU "ouvrir le récipient à capsule" peut-elle être réalisée par le super-système, à savoir l'Homme ou la cuisine?

4/5, Il existe des bouteilles avec des capsules dévissables, la main assure la FPU du décapsuleur. Cependant, l'ergonomie est médiocre puisque tout le monde n'arrive pas à les ouvrir facilement. Pour un souci d'ergonomie, la fin de vie du décapsuleur n'est pas encore imminente.

Loi 7: Transition au micro-niveau

Le système actuel peut-il être miniaturisé tout en continuant d'assurer sa fonction principale utile ?

3/5, le décapsuleur a subit un compactage depuis sa création, il est désormais mobile et prend peu de place. Cependant il est toujours à l'état solide. Les états liquides, gaz ou plasma sont encore loin d'être atteints.

Loi 8:  Dynamisation mécanique

Le système actuel comporte-t-il des parties amovibles permettant une bonne contrôlabilité de l'ensemble ?

2/5, Le décapsuleur n'a aucune partie amovible, il ne possède qu'un seul pivot.

Loi 9: Interaction substance-champs.

L’état de maturité du décapsuleur offre-t-il une fonctionnalisation idéale ?

1/5, le décapsuleur ne possède aucun objet supplémentaire pour améliorer la FPU.

On voit clairement sur le diagramme des lois d'évolution que les améliorations doivent s'axer sur les lois 7, 8 et 9. Le décapsuleur que nous proposons à la fin de ce rapport répond d'ailleurs aux contradictions en lien avec ces 3 lois.

Formulaison des contradictions

Diagrammes EPV

Nous avons formulé 4 contradictions dans le logiciel STEPS, mais nous en avons sélectionné 2 pour ce rapport, il s'agit de celles auxquelles nous avons répondu en créant un décapsuleur innovant.

La première contradiction concerne le manche du décapsuleur. Pour améliorer l'efficacité d'ouverture, le décapsuleur repose sur le phénomène physique de bras de levier. Plus le manche est long plus il est facile de décapsuler le récipient. Cependant, plus on agrandit le manche, moins il est facile de le stocker, moins il est transportable et ergonomique. On arrive donc au diagramme EPV ci-dessous:

La seconde contradiction concerne le moteur, c'est à dire le poignet de l'Homme. Pour ouvrir le décapsuleur, il faut fournir un effort non négligeable. Cet effort est croissant jusqu'à ce que la capsule se rompe. Donc plus l'effort fourni est grand, plus on ouvre le récipient facilement. Cependant, plus on force et plus on a mal au poignet et on diminue en ergonomie.

Contradictions à résoudre

"La taille du manche doit à la fois être grande pour satisfaire l'efficacité d'ouverture ET petite pour satisfaire la portabilité du décapsuleur"

Pour répondre à cette contradiction liée à la taille du poignet, le logiciel STEPS nous propose d'utiliser le principe inventif 29, utilisation de structures hydrauliques et pneumatiques.

Nous avons choisi pour cela d'utiliser le principe du cric hydraulique qui, grâce à un système de pompage d'huile, permet à l'Homme de soulever des charges importantes sans avoir une taille de manche élevée et sans forcer.

"L'effort du poignet doit êre à la fois important pour satisfaire l'efficacité d'ouverture ET faible pour satisfaire l'ergonomie d'utilisation"

Pour répondre à cette contradiction liée au poignet,  le logiciel STEPS nous conseille d'utiliser le concept inventif 28, remplacement du principe mécanique du bras de levier par un autre concept.

Le principe du cric hydraulique répondra également à cette contradiction.

Solution inventive

Le décapsuleur "0 effort"

La solution de décapsuleur innovant que nous proposons repose sur le principe du cric hydraulique. Le schéma ci-dessous est une vue du dessus du décapsuleur, en coupe horizontale.

 

Lois 7 et 8: transition au micro-niveau et dynamisation mécanique:

Tout en gardant une taille de manche petite, des parties mobiles ont été ajoutées, le piston, la lèvre, les clapets et le levier + ressort. De plus, l'ajout de parties hydrauliques permet d'assurer la FPU avec des moyens liquides amenant le décapsuleur sur la voie du micro-niveau idéal (but: plasma).
Loi 2, 3 et 9: Conductibilité énergétique, harmonisation et interaction substance-champ, 

L'ajout du levier et du ressort permet d'optimiser la FPU, notamment en augmentant l'ergonomie d'utilisation. L'effort total pour ouvrir le récipient est en effet décomposé en plusieurs petits efforts permettant de diminuer l'énergie musculaire mobilisée (ici, les doigts). L'énergie transmise au levier est directement transférée à l'huile via le piston et transmise à la lèvre grâce à un autre piston non visible sur le schéma ci-dessous en vue par dessus.

Utilisation, explications

Pour utiliser ce décapsuleur innovant, il faut le placer comme un décapsuleur conventionnel, lèvre sous la capsule. L'ouverture du récipient se fait par élévation de la lèvre, en actionnant le levier à plusieurs reprises grâce aux doigts. L'ouverture se fait alors sans effort grâce au système hydraulique.

En effet, lorsqu'on actionne le levier de haut en bas sur le schéma, le piston descend, faisant passer l'huile dans le compartiment de gauche et élevant la lèvre. L'effet de pompe est assurée par le ressort qui remet le levier en position initiale. L'huile ne revient pas dans le compartiment initial grâce au clapet anti-retour. Plus on actionne le levier, plus le volume d'huile dans le compartiment de la lèvre augmente. La lèvre atteint une hauteur maximale lorsqu'il n'y a plus d'huile dans le compartiment initial. Le récipient devra s'ouvrir avant que la lèvre soit à sa hauteur maximale.

Une fois le récipient ouvert, pour faire redescendre la lèvre, il faut actionner le bouton mécanique pour faire ouvrir le second compartiment et remettre le système à son état intiai (lèvre en position basse et premier compartiment plein d'huile).

Conclusion

S'il est difficle d'inventer de nouveaux objets par rapport à l'existant, la méthode TRIZ et le logiciel STEPS apportent des outils non négligeables pour apporter des améliorations innovantes à des objets de tous les jours.

La conception inventive que nous avons réalisé a répondu à une problématique réelle et connue par tout utilisateur du décapsuleur, à savoir "comment ouvrir ma bouteille sans trop forcer et risquer de renverser de la bière partout?".

L'ajout du système hydraulique permet en effet de supprimer l'effort à fournir pour ouvrir une bouteille, tout en le gardant compact. Une étude de faisabilité peut tout de même être entreprise pour connaître l'avenir de ce décapsuleur "0 effort". De même, cet objet est loin d'être arrivé à sa fin de vie, car les capsules dévissables connues sur le marché ne sont pas satisfaisantes et les lois d'évolutions du décapsuleur "0 effort" ne sont pas encore pleinement satisfaite.

 

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