Projet: lampadaire

LE LAMPADAIRE

 

I. Introduction

Dans le cadre du cours d'Innov'INSA, nous devions trouver un axe d'innovation  sur un objet du quotidien. Nous avons choisi le lampadaire urbain, objet incontournable dans la vie de tous les jours. Pour approfondir le sujet, nous avons eu recours à la méthode TRIZ dont la définition peut être retrouvée ci-dessous.

TRIZ, acronyme russe de la théorie de résolution des problèmes inventifs, est une approche heuristique1 destinée à résoudre des problèmes d'innovation, principalement techniques, élaborée à partir de 1946 par l'ingénieur soviétique Genrich Altshuller, lorsqu'il constata que le progrès technologique suit de façon générale un cours descriptible par des lois. Ces lois suggèrent une procédure à suivre pour innover en matière de technologies, notamment en explorant des solutions génériques, empruntées à d'autres domaines, qui n'ont pas encore été appliquées au problème particulier à l'étude.

L'histoire du lampadaire

L'usage des réverbères en tant qu'éclairage public date de la fin du XVIIIe siècle, bien avant l'introduction de l'électricité. En 1776, les premiers d'entre eux viennent remplacer à Paris les lanternes éclairées par des chandelles. Ils sont alors alimentés avec de l'huile de colza épurée, quelquefois additionnée d'huile de cameline ou d'huile de chanvre pour en abaisser le point de gel. Quelques années plus tard, en 1812, ils sont peu à peu remplacés par des réverbères à gaz. Il s'agissait de réverbères à gaz qu'il fallait allumer manuellement chaque jour. En 1825, Bruxelles fut la première ville d’Europe éclairée au gaz. Sont apparus plus tard avec le progrès les lampadaires fonctionnant à l'électricité ou lampadaires au sodium. Une référence intéressante se trouve dans le récit poétique du Petit Prince de Saint Exupéry, qui rencontre sur une planète minuscule l'Allumeur de réverbère ; la planète tourne si rapidement que l'Allumeur de réverbère doit sans cesse allumer et éteindre le réverbère dont il a la responsabilité.

1 : Science qui analyse la découverte des faits

II. Etat de l'art

Avant de vous faire part de nos analyses et des moyens d’innovation trouvé, nous allons vous parler de l’évolution du lampadaire de 1667 à aujourd’hui.

 

 

 

 

1667 : à Paris, les autorités placent au milieu et aux deux extrémités de chaque rue des lanternes garnies de chandelles. Cet usage se généralise à toutes les villes de France.

 

 

 

 

 

 

 

 

1766 : à Paris toujours, les lanternes cèdent la place aux réverbères ; l'huile succédant aux chandelles à double mèche.

 

 

 

 

 

 

 

 

1812 : avènement du gaz d'éclairage

 

 

 

 

 

 

 

1878 : Lors de l'exposition universelle de Paris, plusieurs places et avenues sont dotées de lampes à arc électrique.

 

 

 

 

1880 : Le gaz d'éclairage cède progressivement à l'électricité.


 

III. Analyse

 

 


Dans l’analyse d’un produit, le logiciel STEPS nous amène à répondre à différentes interfaces afin que le produit soit décrit de la manière la plus précise et que la recherche de solution soit pertinente.

 

 

 

1) Intégralité des parties

Dans cette partie, nous étudions le fonctionnement et les différents éléments qui composent un lampadaire. De plus, ce premier graphe nous permet de visualiser quel est le milieu extérieur et comment le lampadaire interagit avec ce milieu. Nous arrivons donc au graphe suivant :

 

2) Lois d'évolution

Dans cette partie, nous allons étudier les différentes lois d'évolutions de la méthode TRIZ. Il en existe 9 qui constituent le potentiel d'évolution d'un système.

Voici le diagramme en étoile sur lequel est résumé les différentes lois d'évolution. On peut observer qu'il y a un fort potentiel d'innovation dans la partie dynamique du lampadaire.

LOI 1 : Intégralité

la loi d'intégralité des parties stipule qu'il existe 4 composants principaux permettant d'assurer la Fonction Principale Utile du système. Chaque partie jouant un rôle essentiel, on peut distinguer :

  •    Moteur : Énergie éléctrique du réseaux EDF
  •    Transmission : Cable
  •    Travail : Ampoule
  •    Contrôle : Cellule photoélectrique ou horloge

Dans le cas du lamapdaire chaque élement remplis parfaitement son rôle, le lampadaire remplie sa FPU nous attribuons donc la note de 5/5 pour cette loi.

 

 LOI 2 : Efficience

Cette loi se focalise autour du gain en efficience. Tout doit être pensé pour optimiser au maximum les dépenses énergétiques et donc réduire les pertes. Dans cette optique de gaspiller le moins possible l'énergie, chaque partie va devoir évoluer dans ce sens.

Pour les lampadaire, les sources de pertes sont nombreuses. Premièrement l'énergie électrique est produite a partir de centrales électriques ayant un certain rendement donc des pertes. Il y a également des pertes dans les réseau lors du transport et de la distribution de l'énergie. Les effets Joules dans l'ampoule du lampadaire sont également sources de pertes. Enfin la lumière produite est parfois perdue car elle n'éclaire pas les endroits voulues (pollution visuelle)

On donne donc la notre de 2/5

 

LOI 3 : Harmonisation

Les système techniques cherchent à optimiser l'harmonie de leur fonctionnement. Pour cela on peut soit améliorer l'harmonie des formes ou l'harmonie de rythmes de fonctionnement.

En règle générale un lampadaire ne respecte pas l'harmonie des formes, 

En revanche ils peuvent etres doté de capteurs de luminosité pour s'allumer automatiquement en fonction de la luminosité ambiante et parfois de capteur de mouvements pour détecter les piètons (harmonie de fonctionnement). Il respecte donc partiellement cette règle, d'ou la note de 3/5

 

LOI 4 : Idéalité

La loi 4 stipule qu'un système idéal remplis sa fonction principale utile sans aucunes dépense. La forme absolue d'idéalité serait que l'objet n'existe physiquement pas (comme cela il ne coûterait rien en volume, en masse ou en complexité) mais tout en assumant la fonction pour laquelle il a une raison d'exister

Ici nous pouvons dire que cette loi n’est pas du tout respectée car l’objet qui apporte la lumière est toujours très présent et le support métallique du lampadaire est lourd, couteux et imposant ; le lampadaire. C’est pourquoi nous attribuons à cette loi la note de 1/5.

 

LOI 5 : Irrégularité

La loi 5 exige d'analyser le système technique et ainsi de repérer si oui ou non, il existe un sous-composant déficient. Déficient signifie que c’est ce composant qui handicape l'efficacité du système tout entier et donc il faut l’amélioration en priorité.

Ici le sous-composant qui laisse apparaître des inégalités dans la durée de vie du lampadaire est le système d'élcairage : l'ampoule . Hisotriquement parlant, le socle en métal du lamapdaire n'as que peu changé en comparaison avec le système d'éclairage, qui est passé d'une flamme à des ampoules optimisée basse consommation. C'est ce composant sur lquel il est nécessaire d'innover car il consistut le "point faible" du système.

De ce fait nous attribuons à cette loi la note de 4/5, car nous avons identifié le composant déficient qui a un fort impact sur long terme mais qui nuit moins à l’échelle humaine (avoir des ampoules à changer tous les 5ans est raisonnable).   

 

LOI 6 : Surpersystème

La loi 6 s'interroger sur la fin de vie du système technique et plus particulièrement s’il est possible d’inventer des hypothèses d’évolutions à multiples facettes. C’est-à-dire si l’invention d’un nouveau supersystème pourrai reprenne à son compte la FPU de notre système technique ce qui engendrerai petit à petit sa disparition.

Pour que cette loi soit respectée il faut trouver un supersystème qui permette de reprendre à son compte la FPU du lampadaire. C’est-à-dire qu’un nouvel objet destiné à faire quelque chose d’autre puisse également répondre au besoin d’éclairer un espace public. Bien qu’on puisse penser que les phares des voitures ou encore un dispositif d’éclairage sur le piéton (type lampe torche) pourrai suffire à l’éclairage public, ceci n’est pas valable. Car pour éclairer il faut avoir une lumière allant de haut vers le bas sinon on éblouit. Donc selon nous, le cycle de vie du lampadaire ne touche pas à sa fin, le lampadaire n’est pas prêt de disparaître de nos villes, il est même plutôt en phase de maturité (au lieu de penser à le supprimer on l’améliore ce qui va à l’encontre de cette loi) 

C’est pourquoi aujourd’hui nous attribuons à cette loi la note de 0/5.

 

LOI 7 : Microniveau

La loi 7 parle de transition du macroniveau vers le microniveau. C’est-à-dire que tous les systèmes techniques évoluent du solide vers l'état plasma en passant par l'état gazeux ou le liquide. En conclusion, l’évolution de l’efficience de le FPU suit cette logique : Solide-Liquide-Gaz-Plasma.

Le lampadaire, par tous ces constituants, est sous forme solide. La FPU « éclaire » est réalisé par l’ampoule qui est un objet physique matériel solide. En effet, en aucun cas le système éclaire grâce à un liquide ou gaz fluorescent. Donc selon le modèle Solide-Liquide-Gaz-Plasma, le lampadaire est resté à la première phrase de l’évolution. C’est pourquoi nous attribuons à cette loi la note de 1/5.

 

 

LOI 8 : Dynamisation

La loi 8 propose de dynamiser le système technique en lui apportant plus de flexibilité ce qui résulterait une meilleure efficacité de la FPU. Cette logique de dynamisation peut se concevoir en suivant ce modèle : Monobloc, 1 pivot, Plusieurs pivots, Flexible (souple).

Pour ce qui est du lampadaire, cette invention ne suit pas cette loi de dynamisation car il est construit en un monobloc et qu’il n’y pas gagner en flexibilité. En effet, il ne laisse apparaître aucun degré de liberté supplémentaire qui se traduirai par l’introduction d’une ou plusieurs liaisons pivots. Nous n’avons jamais vu de lampadaire dont les bras ou les ampoules tournent pour mieux éclairer.

C’est pourquoi nous lui attribuons la note de 0/5.

 

 

LOI 9 : Substances-champs

La loi 9 revient à ajouter un surplus fonctionnel à l’objet mais cet ajout doit être nécessairement utile à l’accroissement de de la pertinence de la FPU sans pour autant être un simple empilement de fonctions. De ce fait, cet ajout doit être synonyme d’une simplification ou d’une fusion de plusieurs systèmes techniques.

Aujourd’hui l’ajout d’un surplus fonctionnel utile et encore très faible sur le lampadaire hormis qu’ils peuvent servir de « panneau publicitaire » temporaire pour le cirque par exemple. Mais les possibilités sont larges et variées. En effet, on pourrait très bien imaginer un système pour recharger sa voiture électrique sur un lampadaire juste en fusionnant l’arrivée de l’énergie électrique. De plus, certaines villes comme Chartres réfléchissent sur le fait que le lampadaire pourrait servir en un moyen de télécommunication (par exemple comme détecteurs de stationnement ou capteurs de remplissage des poubelles). 

Comme le développement de cette loi n’est qu’à ces débuts et qu’elle est très prometteuse nous lui attribuons la note de 2/5.

 

 

3) Analyse multi-écrans

Après avoir déterminé ces éléments principaux du lampadaire de ville, nous avons pu passer à l’étape suivante du logiciel steps qui est l’analyse multi-écrans. Cette fonction va nous permettre d’étudier les évolutions qu'a subit le lampadaire de ville au cours du temps, afin de comprendre quels paramètres ont déjà été améliorés et ainsi ceux qui pourront l’être dans le futur.

 

Ainsi, pour nous aider dans cette analyse, celle-ci a été divisé en deux parties : 

  • Super système : représente l’ensemble des interactions subit par l’objet. Dans notre cas nous en avons identifié trois principaux : deux qui n’ont pas changé avec le temps, c’est-à-dire les hommes et la rue et la dernière qui est l'énergie, nous avons abandonné le gaz pour passer à l'éléctricité.
  • Nous avons également un sous-système : celui-ci regroupe les différents éléments constituant notre objet. Ce système a considérablement changé depuis la lampe à gaz, ce qui n’est pas surprenant.

Ainsi, cette analyse nous a permis de mettre en avant ce qui a été amélioré depuis la lampe fonctionnant au gaz mais également les différents paramètres qui mériteraient peut-être encore une certaine réflexion.  Ensuite il a fallu travailler sur la partie paramètres et polycontradictions.

 

4) Paramètres et polycontradictions

Cette étape consiste à illustrer notre projet, le lampadaire de ville à travers diverses contradictions. 

Ces contradictions ont été séparés en deux parties : 

  • il y a tout d'abord ce qu'on retrouve sous l'acronyme PA qui désigne les paramètres d'action 
  • puis, PE qui sont les paramètres d'évaluation

 

 

 

 

5) Résolution

Sur le graphique ci-dessous, sont représenté le poids des différentes ccontradiction.

Les contradictions plus a droite représentent les facteurs plus importantes dans le système, ça veut dire ceux qui influent plus dans l'état actuel du lampadaire. On a remarqué que les contradictions TC 1.3 et TC 1.4 sont les plus importantes et les deux sont liées à la surface d'éclairage du lampadaire. Donc on a choisi de resoudre la matrix de contradictions pour ces deux contradictions.

 

 Matrix des contradictions

TC 1.3 

Pour resoudre cette contradiction, on doit avoir un lampadaire qui consomme moins d'énergie (PE 7) et ayant une surface d'éclairage importante (PE 4). Pour la surface d'éclairage, on a choisi comme paramètres génériques d'ingénierie (PG) l'intensité d'illumination. Pour la consommation d'énergie, on a choisi l'utilisation d'énergie par un objet stationnaire.

 

 

Les principes inventifs suggérés ont été le 32, 35, 1, 15.

On a choisi travailler avec le principe 15, le tracker de pièton. Pour ce principe, nous avons imaginé un lampadaire qui détecté un pieton, qui l'éclaire et et la lumière le suit.

Schéma :

 

Nous avons également cherché à résoudre la deuxième contradiction de notre système : Le support du lampadaire (poteau / mat) doit être à la fois large et haut pour être résistant et permettre une bonne surface d’éclairage mais cela entraîne des difficultés d’installation, de maintenance et un coût supplémentaire (matériaux).

 

 

On utilise le principe inventif dynamisation, pour pouvoir supprimer le poteau et fixer l'ensemble capuchin + ampoule sur un bloc moteur ayant la possibilité de se déplacer sur un cable d'alimentation comme le présente le schéma suivant :

 

Dans ce système le lamapdaire peut se déplacer le long d'un cable attaché dans la rue et grace à un capteur de mouvement, suivre les piétons qui passe sur une certaine distance et ainsi augmenter la surface d'éclairage. Le système capuchon + ampoule LED permet de réduire au maximum les pertes énergétique et la pollution lumineuse.

 

IV. Conclusion

 

 

Ce cours d’Innov’INSA ou conception inventive a été une bonne expérience de travail en groupe, cela nous a permis de découvrir une méthode d’innovation créer il y a des dizaines d’années mais qu’il fonctionne parfaitement. Nous avons réussi, grâce au logiciel en ligne STEPS, à proposer des innovations pour améliorer un lampadaire. Le lampadaire est un objet du quotidien qui à déjà beaucoup évolué mais il y a encore énormément de travail à faire pour diminuer sa consommation d’énergie et aussi augmenter ses performances.

 

 

 

Lien vers notre STEPS :

 

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