Projet: luge

Introduction

Historique

 

Aujourd'hui la luge est considérée comme un véhicule de loisir, mais elle était déjà utilisée en l'an 800 par les vikings pour se déplacer sur la neige ou la glace. D'après les vestiges observés, elle étaient équipées de deux patins, ce qui signifie qu'elle était déjà proche des luges que nous connaissons. Depuis les vikings, l'utilisation de la luge comme moyen de transport s'est conservé. On retrouve dans de nombreux pays d'Europe des vestiges attestant son utilisation. mais il faut attendre le XIXe siècle pour que la luge devienne un loisir et un sport, il faut attendre 1964 pour voir la discipline apparaître aux Jeux Olympiques. Et pour le besoin de la compétition, des luges de plus en plus performantes font leur apparition. Aujourd'hui, les luges de compétition atteignent des vitesses supérieures à 120 km/h.

État de l'art

La luge est un moyen de locomotion utilisé pour glisser sur la neige ou la glace. on peut actuellement séparer les luges existantes en deux catégories :

  • La luge de loisir : utilisée le plus souvent dans les stations balnéaires, elle permet de glisser sur les pistes prévues à cet effet. La vitesse se contrôle avec un frein, ou en laissant traîner les pieds. On modifie la trajectoire de la luge en se penchant.

 

  • La luge de compétition : il s'agit d'un sport où le lugeur dévale une piste en position allognée sur le dos, les pieds en avant.

 

I. Intégration des parties

Cette première étape consiste à déterminer les différentes parties qui composent notre luge et les intéractions entre ces dernières.

Tout système doit être composé de quatre parties : un moteur, un organe de transmission, un organe de travail et un organe de contrôle. Ce n'est que lorsque ces quatres parties sont fonctionnelles et efficaces que le système peut être considéré comme opérationnel.

 

II. L'analyse multi-écrans

L'analyse multi-écrans consiste à analyser l'évolution de notre objet à travers le temps, tout en mettant en évidence les améliorations, ou les détériorations qui lui ont été appliquées. Cette étude se réalise sur trois niveaux, le système, le sur-système et le sous-système, qui sont tout trois analysés.

À gauche, on observe la luge telle qu'elle était avant, il y a 50 ans. On observe que le système à évolué depuis, la luge qui était alors principalement composée de bois est aujourd'hui faite de plastique plus léger. Mais elle reste malgré tout volumineuse, et difficile à déplacer. De plus rien à été fais pour améliorer le confort de l'utilisateur, l'assise reste rudimentaire, et la sensation de froid lors de la descente est toujours présente.

La vitesse des luges de compétition a été améliorée, mais dans une optique de compétitivité, l'objectif est de créer une luge toujours plus rapide. Mais cette vitesse pose aussi la question de la sécurité. La luge n'est pas très visible sur les pistes de ski particulièrement lors d'intempéries. L'aspect du contrôle aussi n'a pas été amélioré, car sur une luge commercialisée en grande surface, le frein reste rudimentaire, lorsqu'il est présent.

Grâce à ces observations, nous avons pu établir une série d'hypothèses pour un nouveau type de luge, plus performant et attractif. Les principales idées sont présentées dans la colonne de gauche.

Un des grands axes sur lesquels nous souhaitons innover est celui du matériau, qui a un impact sur la vitesse et la facilité de transport de la luge.

III. Les lois d'évolutions

Cette partie permet de s'assurer si notre luge respecte les 9 lois d'évolutions et d'évaluer sur une échelle de 0 à 5 ses performances pour chacune des lois.

Une note de 5 siginifie que notre objet répond parfaitement aux attentes de la loi et une de 0 qu'elle n'y répond pas du tout.

 

1ère loi :

Beaucoup de paramètres dépendent de l’utilisateur, à l’exception des patins, l’Homme est à l’origine de toute intéraction. On peut donc décemment décider d’un niveau 3.

 

2ème loi :

Dans notre luge, nous allons changer le matériau, diminuer sa quantité et changer la forme des patins. Ces facteurs vont nous permettre d’accélerer notre luge donc d’accroitre le rendement par rapport à l’énergie fournie. Les facteurs tels que les phares ou la vitre sont négligeables devant ces améliorations. Qui plus est, il est difficile de faire un rendement moindre que celui d’une luge classique. Nous mettons la note de 4.

 

3ème loi :

L’abscense de volant et de freins efficaces pourrait gêner l’ergonomie de notre produit. Mais, pour ce qui est de l’objectif premier à savoir descendre le plus vite possible, les nouveaux patins apportent un plus à notre objet. 3.

 

4ème loi :

La diminution et le changement de matériau réduit le côut et améliore la dépense, plus léger, moins volumineux. La complète idéalité tend à faire dispaître entièrement la luge, ce qui est bien sûr impossible. Mais d’un point de vue réaliste, notre luge s’approche d’un système presque idéal.

On n'oublie pas que l’utilisateur prefère un modèle standard et peu cher de luge, voir une simple pelle. On choisira donc la note de 3.

 

5ème loi :

Notre luge est composée de 2 parties majeures, le chassis en matériau composite et les patins métalliques. Le chassis tend à être le plus léger possible au vue de la quantité et la qualité du matériau utilisé. L'évolution de la technologie fera que notre matériau composite va être de plus en plus léger, mais cette variation de masse reste malgré tout négligeable par rapport à ce qui est déjà existant. Pour les patins, l'acier est un choix par défaut, puisqu'il n'existe pas de meilleure option pour le moment. On pourrait toutefois imaginer un matériau qui permetterais de glisser sur la neige aussi efficacement que sur la glace. Dans l'état actuel de refléxion nous pouvons donc décider de la note de 4, les patins seuls pouvant encore être améliorés.

 

6ème loi :

L'objectif de notre luge est de descendre les pistes. C'est sa FPU. Considérer d'autres FPU tel que remonter les pistes, ou transporter des marchandises reviendrait à étudier un autre produit déjà existant : la moto-neige. Nous pouvons donc conclure que le champ des possibilités d'un super-système pour la luge est très réduit. Nous metterons donc la note de 1.

 

7ème loi :

Notre luge est bien évidemment dans l'état solide. On peut difficilement imaginer une forme liquide ou plasma pour remplacer notre luge. Si nous oublions toute considération technique, on pourrait imaginer un appareil d'attraction qui attirerais l'utilisateur jusqu'en bas de la piste sans aucun support. Bien sur cette hypothèse n'est absolument pas envisageable au vue de la technologie que nous somme capable de développer et au risque que cela engendrerais pour l'utilisateur. Notre luge en semble pas pouvoir quitter son état physique, nous attribuerons toutefois la note de 1 car nous en pouvons imaginer les évolutions techniques à venir.

 

8ème loi :

Pouvons nous rendre notre luge flexible ? Etant donné qu'elle est supposé transporter une personne cela semble être un choix peu judicieux. Pour des mesures de sécurité, et aussi pratique, car une luge flexible descendrais les pistes beaucoup plus lentement, nous en pouvons pas envisager cette possibilité. Nonobstant, la luge étant un objet assez encombrant, il serait pratique de pouvoir la rendre pliable afin de favoriser son ergonomie et favoriser sa transportabilité. Nous mettons donc la note de 1.

 

9ème loi :

Pour les mêmes raisons que la loi 6, nous mettons la même note soit 1.

 

 

IV. Paramètres et polycontradictions

 

Dans cette partie, nous pouvons voir qu'une augmentation de la surface des patins va engendrer une meilleure stabilité mais va au contraire, diminuer la vitesse et augmenter le coût.

Concernant le bâti, l'augmentation de la masse va provoquer une hausse du coût, car il y aura plus de matière, et ajouter des contraintes sur la transportabilité et la maniabilité. Nonobstant, une masse alourdie permettrait d'augmenter la vitesse.

Enfin, pour les matériaux, le choix du composite augmenterait sensiblement le coût mais permettrait une meilleure sécurité, maniabilité et transportabilité. Le confort de l'assise se verrait également amélioré.

V. Matrice des contradictions

 

Les matrices de contradictions nous permettent d'étudier les solutions les plus efficaces pour traiter de ces dites contradictions. Elles s'appuient sur les 39 paramètres d'ingénieries qui nous permettent de définir nos paramètres, et les 40 concepts inventifs, qui suggèrent différentes pistes à explorer.

Contradiction n°1

 

Cette première contradiction met en jeu la transportabilité de notre luge, et la vitesse. Elle exprime l'idée : "Notre bâti doit être léger pour être facilement trasportable, mais lourd pour aller plus vite lors des descentes". En ressort deux principes d'innovation majeurs. Un changement physique des paramètres, (Principe 35) ou l'accélération de l'action (Principe 21). Il nous faudra donc nous concentrer sur ces deux idées pour essayer d'éradiquer cette contradiction.

 

Contradiction n°2

 

Cette fois-ci, nous agissons sur la vitesse et la maniabilité. La contradiction étudiée est " Notre bâti doit être à la fois léger pour rendre la luge maniable et lourd pour aller plus vite lors des descentes". Cette fois encore, les principes inventifs suggérés par la méthode TRIZ sont le changement physique des paramètres, et l'accélération de l'action.

Contradiction n°3

Nous agissons une fois encore sur la vitesse et la maniabilité, mais en s'intérressant aux patins. La contradiction est donc : " La surface des patins doit être à la fois importante pour une meilleure maniabilité, et faible, pour une vitesse accrue". Les principes inventifs suggérés sont toujours les mêmes, ce qui siginifie que nous devons axer nos recherches sur ces deux principes pour résoudre nos contradictions.

VI. Les solutions proposées

Dans cette partie, nous allons exploiter les contradictions précédemment trouvées. En effet, deux solutions intéressantes nous sont proposées, à savoir le changement physique de l’objet (Principe 35) ainsi que que l’accélération de l’action (Principe 21).

 

Changement physique de la luge

 

Le changement physique de la luge est au cœur de notre projet et une de nos préoccupations principales. En effet, la luge d’antan avait comme inconvénient d’être lourde, peu maniable et difficilement transportable. De nombreux progrès ont été réalisés ces dernières avec l’apparition notable des luges en plastique, plus légères. Néanmoins, cette innovation s’est faite au détriment de la qualité du produit et de la vitesse. Ainsi notre luge cherche à concilier toutes ces qualités en alliant transportabilité avec légèreté et vitesse.C'est pour cela qu'une de nos premières idées a été d'utiliser des matériaux composites, plus résistants et léger. Pour résoudre ce dilemme technique, nous nous sommes inspirés des bateaux semi-rigides de la marque Zodiac. Ces derniers sont notamment composés d’une coque rigide, assurant une excellente tenue en mer, mais également de boudins gonflables (corps du bateau).

 

Notre luge s’inspire donc de ces deux éléments innovants. Le plancher de la luge sera solide, garantissant la sécurité des passagers face aux obstacles mais aussi une meilleure glisse. Ce même plancher sera pliable par soucis de transportabilité. Quand au corps de la luge (assise, siège, bords…), celui-ci sera gonflable permettant une maniabilité et légèreté maximale. Enfin, les patins, derniers éléments imposants de la luge seront aussi pliables. Cette innovation s’avère cruciale du point de vue de la sécurité, empêchant que les utilisateurs se blessent avec les lames des patins.

 

 

 

Notre future luge s’adapte donc physiquement à un besoin de légèreté et transportabilité. Il nous semble primordial de pouvoir facilement remonter une luge en haut de la piste aisément ou même de pouvoir la ranger dans un espace réduit.

 

Accélération d'une action

 

Nous avons aussi tenter de résoudre nos contradictions avec le principe inventif 21, à savoir l’accélération d’une action. Nous avons étudié diverses possibilités, pour accélérer différentes actions. Nous avons écarté l’idée d’interagir sur la transportabilité, car cette dernière est résolue plus facilement par le principe inventif 35 (luge pliable). Nous avons donc décidé d’agir sur la deuxième possibilité qui est la maniabilité. Cette dernière est composée de deux axes principaux qui sont : la direction et les freins. En ce qui concerne la direction, nous avons donc décidé d’ajouter un volant sur la luge ce qui permet de se diriger et d’éviter les obstacles. Cet ajout correspond bien au principe inventif 21 car il permet d’accélérer une action qui est le fait de tourner en la rendant plus simple et plus rapide.

 

 

Ensuite sur la luge actuelle, les freins ne sont pas assez efficaces et se réduisent souvent à un simple frein a main peu performant. C’est pour cela que nous ajoutons une lame a l’arrière de la luge qui, sous l’action d’un manche, s’abaisse et se plante dans la neige ce qui permet un freinage optimale et donc réduire la distance de freinage. Cette innovation correspond aussi au principe inventif 21 car en réduisant la distance de freinage nous pouvons dire que le freinage a été « accéléré ».

 

Cette luge répond donc correctement aux critères que nous avons défini qui sont une meilleure maniabilité et une sécurité accrue pour l’utilisateur.

 

Conclusion

En conclusion, ce projet alliant innovation et travail en équipe nous a permis d'apprendre à innover un objet et plus partculièrement la luge. Grâce à la méthode de la TRIZ, nous avons résolu deux contradictions et donc obtenu deux innovations.

L'idée majeure est la luge pliable/gonflable. Le soucis de transportabilité de la luge est un problème primordial pour de nombreuses familles lors de leurs vacances hivernales. De plus, cette originalité permet tout de même de garder les sensations ainsi que la sécurité d'une luge classique.

On observe aussi que la résolution d'une contradiction en particulier peut faire apparaitre de nouvelles contradictions, ou même être contre-productive pour certaines contraintes déjà existantes. L'exemple de notre frein à plaque et de la contrainte de transportabilité est criant.

Concernant le coût de notre innovation, celui-ci devrait être légèrement plus cher comparé aux luges actuellement sur le marché, à cause des matériaux utilisés, qui sont plus coûteux.

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