Projet: parapluie

 

 

PROJET PARAPLUIE

 

INTRODUCTION

PROBLEMES 

 

         Le parapluie est un objet qui fait partie de notre quotidien et à chaque utilisation nous relevons plusieurs problèmes existants. C'est pourquoi nous avons décidé d'innover le parapluie.
 
Le premier problème que nous pouvons relever est un problème lié à la sécurité. En effet, le parapluie est composé de baleines métalliques et celles-ci dépassent du parapluie créant ainsi des « bouts pointus » qui représentent un danger pour les piétons en cas de choc.
 
Un autre problème serait la taille de la toile : lorsque deux personnes cherchent à se protéger de la pluie à l'aide d'un parapluie, la surface de la toile ne permet pas de couvrir la surface totale représentée par les deux utilisateurs.
 
De plus, même si un parapluie protège le haut du corps de l'utilisateur, ce n'est pas le cas du bas du corps qui se retrouve complètement vulnérable à la pluie selon l'orientation du vent.
 
Ensuite, même si le parapluie est assez léger, comme l'utilisateur le porte d'une main il devient assez rapidement « lourd » et donc cela rend l'emploi du parapluie inconfortable.
 
Par ailleurs, nous avons remarqué un problème de résistance. En effet, lorsqu'il y a trop de vent, le parapluie va avoir tendance à se retourner et ne remplit plus son rôle qui est de protéger l'utilisateur.
 
Enfin, lorsque que nous n'avons plus l'utilité du parapluie, nous le rangeons complètement mouillé et il arrive même que l'utilisateur se retrouve mouillé en rangeant son parapluie.
 

Au vu de tous ces problèmes, nous allons donc innover le parapluie dans le but de réduire les défauts trouvés à celui-ci.

 

DEFINITION ET HISTOIRE DU PARAPLUIE

Le parapluie est un objet de la vie quotidienne, très utile et devenu indispensable pour un confort optimal (surtout en Normandie). Il permet de protéger son utilisateur de la pluie grâce à une toile tendue par des baleines.

 

Le parapluie a été créé aux environs du 11ème siècle avant Jésus Christ par les chinois. Cependant, son premier but n'était pas de protéger son utilisateur de la pluie mais au contraire du soleil: c'est l'ombrelle.

 

 

Celle-ci permettait aux nobles de se protéger du soleil et de garder la peau claire, signe de noblesse et de richesse. Nous retrouvons également celle-ci plus tard dans la culture perse, grecque et romaine. Elle était composée de bambou et de feuilles ou de plumes pour les plus anciens, ou de tissu de soie et de broderies pour les autres. Cette dernière ne se pliait pas et restait très fragile.
 
Le parapluie fait réellement son apparition en Italie au 17ème siècle puis au cours du même siècle en France et en Angleterre. En 1718, l’Académie française admet pour la première fois le terme de parapluie qui « sert aussi bien à se protéger du soleil que de la pluie ». L’une des révolutions importantes que connais le parapluie est l’invention du parapluie pliant par le Français Jean Marius en 1705. Par la suite, en 1930, l’Allemand Hans Haupt ajoute au parapluie le manche télescopique. Un peu plus tard, en 1991, le Taïwanais Tsun Zong Wu invente le premier à se replier tout seul grâce à un bouton situé sur son manche.
 
Au 16ème siècle, les baleines du parapluie étaient des fanons de baleines (d'où le nom), flexibles et résistantes. Celles-ci ont été remplacées par l'acier, facile à produire, résistant mais qui rouille au contact de l'eau. De nos jours, nous utilisons l'aluminium. Quant au mât, celui-ci ainsi que la poignée étaient toujours en bois. On utilise désormais le bois de hêtre, de l'aluminium ou même en plastique pour les fabriquer. La toile était auparavant constituée de taffetas huilé, remplacée au fil du temps par les toiles en polyester, résistantes à la pluie et au soleil.
 
 Il a fallu plus de 300 brevets pour permettre l'amélioration du parapluie et cet objet peut encore réserver de belles surprises à ses utilisateurs. 
 

ETAT DE L'ART

Nous présenterons ici plusieurs types de parapluie commercialisés de nos jours. Nous retrouvons principalement deux modèles de parapluie qui sont les suivants:
 
  • Parapluie droit : Ce parapluie présente un mât rigide sur lequel coulisse un nœud supportant une armature à baleines sur laquelle est cousue une toile de protection. Il a l'avantage d'être très résistant au vent, d'être étendu et d'être imperméable plus longtemps.

 

 
  •  
    Parapluie pliant: ces parapluies sont devenus les plus prisés sur le marché. Ils sont composés d'une tige télescopique, de baleines pliables et généralement d'un bouton permettant l'ouverture et la fermeture automatique. Ce modèle est très pratique étant donné qui se range facilement et n'est que très peu encombrant. Cependant, il tend à être moins résistant au vent et sa toile est légèrement moins large qu'un parapluie droit. 

 

 

D'autres modèles existent mais ils sont néanmoins beaucoup moins répandus que les modèles présentés précédemment. Nous pouvons tout de même citer le parapluie cloche ou bulle, qui possède l'avantage d'être très couvrant grâce à un système de baleines souples. Ce dernier est souvent associé à une toile transparente qui permet de ne pas gêner la vision.
 

 

Quelques exemples de parapluies plus innovants:

 

 

 

Ce parapluie inversé a pour but d'éviter d'être mouillé lorsque l'on replie le parapluie en rentrant dans un bâtiment.

 

 

En fonction du vent, ce parapluie est orientable afin de protéger la zone du corps qui est vulnérable à la pluie.

 

LA METHODE TRIZ

INTRODUCTION

ANALYSE

La méthode TRIZ a été inventée par Genrich Altshuller, un russe qui a dédié sa vie à étudier plus de 400 000 brevets déposés par de nombreux inventeurs. Au fil de ces années de recherches, M. Altshuller a réussi à rendre scientifique et méthodiquel'innovation, qui était autrefois le résultat d'une simple réflexion, grâce à l'établissement de 9 lois.
 
Nous allons réaliser, à partir de la plateforme Steps, les étapes de la méthode TRIZ qui sont les suivantes :
 
  • Analyse du problème
  • Analyse du produit et de sa situation initiale
  • Analyse multi-écrans
  • Évaluation des lois d'évolution
  • Énonciation des contradictions physiques
  • Classement des contradictions permettant de mettre en avant les axes de résolution les plus pertinents (résolution de la matrice)
  • Conceptualisation des résolutions
 

INTEGRALITE DES PARTIES

Nous entamons la méthode TRIZ en établissant la loi 1 d'évolution: l'intégralité des parties. Cette loi stipule que chaque système technique doit avoir un élément moteur, un organe de transmission, un organe de travail et un organe de contrôle afin que le système soit complet et opérationnel. Le système ne peut pas réaliser sa fonction si une des parties vient à manquer. Dans un premier temps, il faut donc définir correctement ces quatre éléments.
 
Pour cela, à partir de la partie «system completeness» du logiciel STEPS, nous rentrons chaque élément qui nous permet d'établir cette loi. Nous obtenons le résultat suivant :
 

 

Le système étudié est le parapluie et celui-ci agit sur la pluie, qui est libre puis déviée après action du parapluie. Pour réaliser cette action, le parapluie doit être déployé. Pour cela, l'énergie utilisée est l'action de l'homme, c'est-à-dire une énergie mécanique, qui presse le bouton permettant l'ouverture du parapluie. Ce dernier est donc le moteur. La transmission de l'état fermé à l'état déployé du parapluie s'effectue par le mécanisme d'ouverture, qui est composé de la tige et du système de baleine. Il peut s'utiliser de la façon inverse, c'est-à-dire, qu'il est possible de la même manière de fermer le parapluie. La toile effectue le travail, qui est de protéger l'utilisateur de la pluie. L'homme contrôle l'ouverture et la fermeture du parapluie.
 

ANALYSE MULTI-ECRANS

Nous passons ensuite à l'étape de l'analyse multi-écrans, soit l'étape «multi-screens» sur le logiciel. Cette méthode permet d'identifier clairement la situation initiale du système technique auquel nous faisons référence. Ce dernier est décrit grâce à un système d'axes qui permettent de visualiser l'évolution de l'objet temporellement et systématiquement. Sur l'axe des abscisses se trouve l'évolution temporel. Nous plaçons donc une forme de notre objet du passé au préalablement défini. Au centre se trouve le système actuel puis, à droite de celui-ci, le futur du système est représenté. Le second axe est composé du sous-système, du système et du super-système. Les sous-systèmes sont tous les systèmes adjacents à notre système qui peuvent jouer un rôle dans l'évolution de celui-ci. Quant aux super-systèmes, ils sont les systèmes sur lesquels notre objet agit et interagit.

 

 

Grâce à cette méthode, nous pouvons visualiser l'évolution du parapluie jusqu'à maintenant ainsi que celle que nous imaginons dans l'avenir. Pour innover, nous avons donc listé les paramètres d'amélioration et de dégradation entre chaque étape de l'évolution. Pour le parapluie du futur, nous observons plusieurs axes d'amélioration possibles : l'amélioration de la résistance, de la toile et du manche. Nous imaginons également un parapluie automatique et qui n'occupe aucun volume ni poids.
 

Lois d'évolution

 

Loi n°1: Intégralité des parties 4/5
 
Cette loi représente la présence de chaque élément de la FPU dans l’objet, c’est-à-dire qu’il est nécessaire qu’il y ait une partie du parapluie qui fasse l’objet du moteur, une autre de la transmission, une autre du contrôle et une dernière du travail. Tous ces éléments permettent d'accomplir la fonction principale du parapluie. Ici, toutes les parties sont présentes mais nous estimons que la partie contrôle pourrait être encore améliorée. Nous avons notamment pensé à un parapluie qui aurait une toile qui s’oriente toute seule suivant la direction du vent, plutôt que l'utilisateur qui oriente lui-même son parapluie.
 
Loi n°2: Conductibilité énergétique 3/5
 
Cette loi représente l’amélioration de l’énergie utilisée pour faire fonctionner le parapluie. Pour nous, le parapluie actuel utilise l’énergie mécanique fournie par l’utilisateur pour fonctionner. Cependant, nous pensons qu’il serait possible de la diminuer notamment lors de l’ouverture ou sur le port du parapluie. Nous avons donc pensé qu’un parapluie qui nécessite aucun effort pour être ouvert ou être manipulé serait l’idéal à atteindre.
 
Loi n°3: Harmonisation 3/5
 
Cette loi représente l’amélioration de l’aspect physique d’un objet afin que ce dernier s’adapte mieux à l’utilisateur et donc facilite son utilisation. Dans le cas du parapluie nous avons pensé que des améliorations pourraient être faites sur le manche ou encore sur l’adaptabilité de ce dernier. De plus, un parapluie idéal suivant cette loi pourrait être un parapluie qui s’adapterait au nombre et à la taille des personnes se trouvant dessous.
 
Loi n°4: Idéalité 1/5
 
Cette loi représente les améliorations qui pourraient être effectuées afin de faire tendre le poids et le volume des objets vers zéro, c'est-à-dire qu'un objet totalement idéal aurait un poids nul et un volume inexistant. Dans le cas du parapluie nous sommes loin de cette idéalité car, il reste encore aujourd’hui assez imposant au niveau du volume. Cependant, même si le poids a été allégé depuis sa création, nous sommes tout de même encore loin de cette loi. Idéalement, nous imaginons donc un parapluie sans volume ni poids. De plus, nous avons donc imaginé un parapluie idéal qui serait invisible, dématérialisé et qui ne nécessiterait pas l’intervention d’un utilisateur pour fonctionner. De plus un parapluie qui ne serait jamais mouillé et qui protégerait totalement de la pluie serait aussi un parapluie idéal.
 
Loi n°5: Développement inégal 3/5
 
Cette loi représente les améliorations qui pourrait être faites sur une partie de l’objet pour que l’efficacité de l’objet entier en soit améliorée. Dans le cas du parapluie la partie la plus importante pour réaliser la FPU est la toile. Nous pourrions donc améliorer cette partie pour que la protection soit meilleure. De plus nous pourrions imaginer une amélioration sur la tige ou sur les baleines qui améliorerait aussi cette protection.
 
Loi n°6: Transition au super-sytème 2/5
 
Cette loi représente l’évolution de l’objet vers un objet avec plus de fonctionnalités que sa propre FPU. Un parapluie réalise aujourd’hui seulement une fonction qui est de protéger de la pluie. Nous pourrions donc imaginer rajouter des fonctionnalités comme chauffage ou radio par exemple. De plus, le parapluie pourrait s’adapter à n’importe quelle météo et être utilisé plus souvent que par temps de pluie.
 
Loi n°7: Transition au micro-niveau 1/5 
 
Cette loi représente l’évolution d’un objet vers un autre état physique c’est-à-dire, passer d’une matière solide à celle de liquide ou plasma. Le parapluie reste encore aujourd’hui un objet physique n'utilisant que des matériaux «physiques» pour fonctionner. Nous pourrions donc tout à fait imaginer remplacer des parties du parapluie par d’autres matériaux à l’état liquide ou gazeux, ou encore les remplacer par des phénomènes physiques pouvant réaliser la même fonction. Nous pensons notamment aux phénomènes de magnétisation qui permettent d’écarter l’eau.

 

 
Loi n°8: Dynamisation 4/5 
 
Cette loi représente l’évolution d’un objet vers un objet ayant plusieurs parties afin d’être plus adaptable ou pratique. Dans le cas du parapluie la plus grande amélioration suivant cette loi a déjà été réalisé avec les tiges télescopiques et les toiles rétractables. Nous pourrions tout de même encore imaginer des évolutions sur la toile pour qu’elle s’adapte au nombre de personnes dessous mais nous pensons que les évolutions suivant cette loi sont limitées.

 

 
Loi n°9: Accroissement substances-champs 3/5
 
Cette loi représente l’évolution d’un objet vers un objet ayant plusieurs FPU mais sans ajout de matière. Pour un parapluie nous imaginons un parapluie qui fait lampe torche seulement par l’ajout de led au bout des baleines ou au centre de la toile. Cela n'ajouterait que peu de matière et améliorerait l’utilisation du parapluie.

 

Paramètres et Poly-contradictions

 

Après avoir évalué les lois d'évolution et défini des axes d'amélioration, nous devons mettre en évidence des contradictions qui devront être résolues. Pour cela, nous choisissons des paramètres d'action (PA) sur lesquels le concepteur a un pouvoir de modification. Nous définissons ensuite chaque PA par des paramètres d'évaluation, qui permettent, comme l'indique son nom, d'évaluer l'aspect positif et l'aspect négatif de chaque modification possible.
 
Nous avons trouvé 6 paramètres d'action différents pour le parapluie, qui sont les suivants:
 

 

Les plus importants paramètres d'action sont «objet physique», «support du parapluie» et «automatisation» car ils présentent le plus de contradictions. 
 
Les paramètres d'évaluation que nous avons choisi sont les suivants:
 
 
 
Il était nécessaire de mettre un poids à chaque PE pour pouvoir lui donner plus ou moins d'importance pour la résolution du problème. Les poids s'ajoutent pour les deux différents aspects puis sont comparés, ce qui nous permet de voir quels PAs présentent le plus de contradictions. 
 

Résolutions

A partir des poly-contradictions remplies précédemment, le logiciel STEPS trace le graphe de l’occurrence du PE en fonction du poids de la contradiction :
 

 

 

C’est grâce à ce diagramme que nous allons résoudre notre problème. Pour cela, il nous faut choisir des matrices avec des occurrences élevées et des poids élevés.
 
Après avoir choisi d’étudier trois matrices nous passons maintenant dans l’onglet « Matrice ». Pour chaque paire de paramètres d’évaluations, nous choisissons au maximum 3 paramètres génériques de conception permettant de décrire au mieux le PE. Le logiciel affiche alors automatiquement les meilleurs principes inventifs de résolution qui nous permettraient de résoudre la contradiction selon la méthode TRIZ.
 
  • La première contradiction que nous allons résoudre est la suivante :

Le support du parapluie (tige + baleines) doit à la fois être inexistant pour avoir un confort optimal et existant pour avoir une énergie utilisée satisfaisante.

 

La matrice obtenue est la suivante :

 

 

 
Après résolution de la matrice nous obtenons le paramètre inventif suivant : changement de paramètres physiques et chimiques d’un objet. Ce paramètre suggère de changer la densité du support du parapluie ou encore de changer le degré de flexibilité de notre objet.
 
  • La deuxième contradiction à résoudre est la suivante :
L’automatisation du système d’ouverture doit à la fois être présente pour avoir une bonne protection de la pluie et absente pour avoir un coût de développement raisonnable.

 

 

La matrice obtenue est la suivante :

 

 

 
On obtient alors le paramètre inventif suivant : remplacement d'un principe physique. La résolution nous suggère alors de remplacer le principe physique actuel avec un autre tel que le magnétisme ou encore l'acoustique.
 
  • La dernière contradiction à résoudre est :

L’objet physique de la toile doit à la fois être absente pour être plus pratique et présente pour avoir un coût de développement satisfaisant.

 

 

La matrice obtenue est la suivante :

 

 

Nous obtenons de nouveau le paramètre inventif suivant : changement de paramètres physiques et chimiques d’un objet. Ce paramètre suggère de changer l'état physique de la toile ou encore de changer le degré de flexibilité de notre objet.

Solutions 

Le parapluie flexible

L’objet physique de la toile doit à la fois être absente pour être plus pratique et présente pour avoir un coût de développement satisfaisant.La résolution de la matrice a proposé de trouver un compromis en changeant le degré de flexibilité de notre objet. 

 
Nous avons alors imaginé un parapluie flexible. Le principe de ce parapluie est simple : un capteur de vent, positionné au-dessus du parapluie, détecte l’orientation du vent, ainsi en fonction de celle-ci le parapluie se positionne de tel façon à ce que le haut du corps soit protégé et fasse barrière au vent. Par ailleurs, pour un souci de visibilité, il est préférable que la toile du parapluie soit transparente. Une fois cette opération effectuée, la longueur des baleines peut être modifiée permettant ainsi d’augmenter la surface de protection de la pluie. De plus, nous avons pensé judicieux de remplacer le bouton poussoir par un bouton tactile qui rend l’ouverture du parapluie beaucoup plus simple, rapide et efficace. Ce parapluie remplit sa fonction : il est simple, pratique, protège suffisamment de la pluie, et son coût de développement sera tout à fait raisonnable.

 

Le parapluie poncho

Le support du parapluie (tige + baleines) doit à la fois être inexistant pour avoir un confort optimal et existant pour avoir une énergie utilisée satisfaisante.
 
La résolution de la matrice a suggéré de changer de paramètres physiques à chimiques de l’objet afin de résoudre la contradiction. 
Nous pensons que cette résolution est difficile à effectuer et nous l'avons également résolu dans la solution suivante. Cependant, nous sommes parvenues à imaginer une autre solution, un parapluie tel que l’on peut le voir sur la photo ci-contre:
 
 
Ce parapluie que l’on pourrait appeler « poncho » a la particularité de ne pas avoir de support. En effet, ce parapluie se pose directement sur les épaules de l’utilisateur. Une ceinture qui s’attache sur le haut du corps permet le maintien du parapluie. Ainsi l’utilisateur dépense moins d’énergie à porter le parapluie, ce qui rend ce parapluie très pratique et intéressant. Une fois la pose du parapluie effectuée, le déroulement de la toile du parapluie est très simple. La manipulation est similaire à celle que l’on effectue lorsque nous mettons une capuche sur notre tête. Le haut du corps est ainsi protégé efficacement de la pluie. De plus, si l’utilisateur souhaite aussi protéger le bas de son corps, il a la possibilité de dérouler un poncho transparent. Ce parapluie est confortable, pratique, il protège quasiment l’intégralité du corps et enfin l’énergie utilisée est plus que satisfaisante.
 

Le parapluie à champ magnétique

L’automatisation du système d’ouverture doit à la fois être présente pour avoir une bonne protection de la pluie et absente pour avoir un coût de développement raisonnable.
 
La résolution de la matrice nous a proposé de remplacer l'état physique de l'objet pour l’automatisation du système d’ouverture. Nous avons donc imaginé un parapluie magnétique, qui nous permet de résoudre les contraintes sur l'ouverture du parapluie et sur la toile. Le principe est simple: le parapluie se résume en une petite plate-forme ronde qui est attachée sur l’épaule de l’utilisateur à l’aide d’un scratch. Pour ouvrir le parapluie, il suffit de dire près du micro de la plate-forme «ouverture» pour que celui-ci se déploie. Une fois activé, le parapluie va se séparer en deux parties: 
 
  • La première partie qui se déploie a pour rôle la tige du parapluie. 
  • L’autre moitié est propulsée vers le haut à l’aide d'un champ magnétique. Ce champ magnétique s’étale afin de créer une toile magnétique qui écarte les gouttes d’eau tel un parapluie possédant une toile de tissu. Grâce à l'effet de diamagnétisme, qui implique que tous matériaux interagissent avec un champ magnétique, l'eau est déviée par ce champ. 
Ce parapluie est pratique et très fonctionnel. En effet, la plate-forme est petite et légère, c’est comme si l’utilisateur n’avait pas de parapluie avec lui. La sensation de confort est belle et bien présente. Il n’y a plus besoin de porter un parapluie «lourd» sur soi tous le temps. Enfin, étant un objet compact, il est très facile à ranger et la surface de protection de celui-ci peut être adaptée. Cependant, réaliser un tel parapluie n'est pas encore possible, car l'effet du diamagnétisme est très faible: il est donc nécessaire que les aimants utilisés pour la production du champ magnétique soient très puissants, ce qui n'est pas le cas actuellement. De plus, la sécurité de l'utilisateur peut être mise en jeu à cause de l'effet ferromagnétique qui est beaucoup plus important que l'effet présenté précédemment. 
 
 

CONCLUSION

Pour conclure, à partir du logiciel STEPS, nous avons appliqué la méthode TRIZ sur le parapluie afin de l'innover. Grâce aux résultats obtenus par la matrice, nous avons observé deux axes d'amélioration possibles pour le parapluie: 
  • enlever un de ses composants afin de le rendre plus pratique, efficace et ergonomique.
  • effectuer un changement d'état, de solide à un champ par exemple, afin de tendre vers un parapluie idéal, qui remplit parfaitement sa FPU et qui ne possède plus de masse ni de volume. 
Nous en avons déduit trois résolutions qui sont le parapluie flexible, le parapluie poncho et le parapluie à champ magnétique. Au vue des moyens que nous disposons, nous pensons que la solution du parapluie flexible est la meilleure. En effet, les fonctions ajoutées à ce parapluie offrent une meilleure protection de la pluie grâce au capteur de vent et à la dynamisation de la toile et de la tige. Cette solution est également la plus réalisable, par rapport au parapluie magnétique qui devrait bénéficier de plusieurs années de recherches avant de voir le jour. De plus, malgré le fait que la solution du parapluie poncho soit la plus simple à réaliser, elle reste tout de même la moins innovante.
Pour résumer, nous avons réussi, à partir de nos connaissances, de notre créativité et du logiciel STEPS, à innover le parapluie actuel.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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