Projet: poubelle

 

Projet Innov'INSA : La poubelle

 

Lien vers le fichier STEPS en .idm : https://drive.google.com/file/d/0Bz9x-N_IFoYyMXc0S2VqV2pXN2M/view?usp=sharing

Introduction

     Dans le cadre de nos études d'ingénieur, nous avons un cours intitulé Innov’INSA qui nous initie à une méthode d’innovation : la TRIZ. Celle-ci nous permet d'identifier les contradictions apportées lors de amélioration d’un système technique puis à les résoudre, nous permettant ainsi d’innover.

     Nous avons choisi la poubelle et, plus particulièrement, celle destinée aux usages domestiques, car c’est un objet du quotidien et indispensable dans chaque lieu de vie. La poubelle a évolué depuis plusieurs années mais il paraît évident qu’elle peut être encore innovée. En effet, une poubelle est, entre autres, odorante, on doit souvent changer le sac poubelle, elle doit être nettoyée…

 

Définition

Une poubelle est un récipient, la plupart du temps cylindrique, muni d'un couvercle et qui destiné aux ordures ménagères. Elle est principalement présente dans nos habitations et  nos rues.

La poubelle a été inventée en 1884 par Eugène Poubelle, préfet de la Seine. Pour lutter contre l'entassement des déchets dans les rues de la région parisienne, Eugène Poubelle signe les arrêtés préfectoraux du 24 novembre 1883 et du 7 mars 1884 obligeant les propriétaires d'immeubles à mettre à disposition de leurs locataires des récipients communs, munis d'un couvercle et d'une capacité suffisante pour contenir les déchets ménagers.

Les arrêtés précisent la dimension des récipients (de 40 à 120 litres), la présence d'un couvercle et d'une anse. Le tri des déchets est également prévu : trois récipients sont obligatoires, un pour les matières putrescibles, une pour les papiers et chiffons et une dernière pour le verre, la faïence et les coquilles d'huîtres.

Les poubelles deviennent usage courant et le ramassage des ordures devient plus régulier seulement après la Seconde Guerre Mondiale.

Le mot "poubelle" est entré dès 1890 dans le supplément du Grand Dictionnaire universel du XIXe siècle.

Photo poubelle

 

Depuis, la poubelle s’est démocratisée et s’est répandue dans toutes les communes de France. De nos jours, la poubelle est présente dans tous les ménages ainsi que dans les rues de nos communes.

Elle a beaucoup évoluée passant de modèles basiques avec un simple couvercle à soulever manuellement, à des modèles plus élaborés avec un système mécanique (pédale pour soulever le couvercle) ou encore avec un système électrique (capteur de mouvement pour ouvrir la poubelle).

 

 

 

 

Evolution de la poubelle au cours du temps :

 

   

Il s’agit du premier modèle de poubelle. Le matériau utilisé est le métal et elle est par conséquent assez lourde. Le couvercle n’est donc pas évident à soulever et la poubelle pas facile à déplacer.

 

Cette poubelle est en plastique ce qui lui permet d’être plus légère et donc plus transportable. Le coût est également réduit. Son couvercle est en battant ce qui permet de jeter les déchets sans avoir à soulever un couvercle. L’inconvénient est le peu d’hygiène que ce type de couvercle présente, le battant étant en contact direct avec les déchets.

 

 

 

Cette poubelle permet de soulever le couvercle en appuyant sur la pédale grâce à un système mécanique. Le couvercle est donc beaucoup plus facile à soulever que dans le cas de la première poubelle. Ce système est également plus hygiénique par rapport au couvercle à battant qui peut toucher les déchets, même si, lorsque la poubelle est pleine, elle peut se salir. L’inconvénient principal reste le système de pédale, qui peut provoquer le soulèvement de la poubelle si cette dernière est trop légère.

 


Cette poubelle fonctionne de la même manière que la précédente mais présente 3 compartiments différents permettant de trier nos déchets.

Il s’agit du plus récent modèle de poubelle. Le couvercle s’ouvre de manière automatique avec un capteur de mouvement qui détecte la main lorsqu’on l’approche de ce dernier et qui ouvre le couvercle. On pourra ensuite rabattre le couvercle manuellement ou alors laisser le couvercle se refermer tout seul au bout d’un certain temps.

 

I : Définition du problème

a) La méthode TRIZ

La méthode TRIZ, qui signifie « Théorie de la résolution des problèmes inventifs », a été élaborée par Genrich Altshuller (1926-1998) et vise à améliorer un système technique déjà existant. Grâce à l’étude de plus de 400 000 brevets, Altshuller observe que l’évolution des systèmes techniques est régie par des lois objectives et que tout problème peut être traduit sous la forme d’une contradiction. À partir de ces axiomes, Altshuller développe une méthode de résolution des problèmes d’invention, la methode TRIZ.

Pour appliquer cette méthode, il est tout d’abord nécessaire de décomposer le système en quatre éléments : le moteur, la transmission, le travail et le contrôle. Il faut ensuite identifier les lois, dites d’évolution, que remplit le système. Cela nous permet d’identifier les aspects du système qui peuvent être améliorés ainsi que les contradictions qui apparaissent lors d’une amélioration. L’étape cruciale du processus d’innovation consiste à résoudre ces contradictions.

Nous avons donc utilisé le logiciel STEPS qui nous a permis de suivre étape par étape la méthode TRIZ :

- Analyse du problème

- Analyse du produit et de sa situation initiale

- Analyse multi-écrans permettant d’identifier ce qu'il faut améliorer

- Énonciation des contradictions physiques

- Classement des contradictions permettant de mettre en avant les axes de résolution les plus pertinents

- Conceptualisation des résolutions

 

b) Intégralité des parties

 

 

 

c) Analyse multi-écrans

 

 

 

d)  Lois d'évolution

 

 

Loi 1 : Intégralité des parties

Note : 2/5 car les quatre parties sont bien présentes mais le contrôle du remplissage de la poubelle est uniquement visuel et la transmission (pédale d’ouverture) ne remplit pas bien sa fonction puisqu’elle est peu résistante.

Loi 2 : Conductibilité énergétique

Note : 3/5 car il y a des pertes énergétiques lorsque la poubelle se soulève, en plus du couvercle, en appuyant sur la pédale.

Loi 3 : Harmonisation

Note : 3/5 car le sac poubelle n’est pas étanche et peu résistant.

Loi 4 : Idéalité

Note : 1/5 car il faut souvent changer le sac poubelle, il n’y a pas de système de nettoyage ni de système anti-odeur et enfin la poubelle reste lourde et volumineuse.

Loi 5 : Développement inégal

Note : 2/5 car la transmission (pédale) a été davantage développée, même si encore perfectible, par rapport au contrôle qui est inexistant.

Loi 6 : Transition au supersystème

Note : 4/5 car on aura toujours besoin d’une poubelle, même si elle pourrait avoir d’autres fonctions : trier, compacter, recycler, incinérer… Il pourrait aussi y avoir qu’une seule poubelle qui permettrait le tri automatique de tous les déchets : ménagers, compost, papier, plastique, verre…

Loi 7 : Transition vers le microniveau

Note : 1/5 car on aura toujours besoin d’un bâti solide pour contenir les déchets.

Loi 8 : Dynamisation

Note : 2/5 car la poubelle pourrait être démontable avec des pièces réparables, remplaçables et recyclables.

Loi 9 : Accroissement substance-champ

Note : 1/5 car de nouvelles fonctions pourraient apparaître : trier, désintégrer, capter la quantité de déchets dans la poubelle…

 

 

II : Analyse du problème

a) Paramètres d'action et d'évaluation

Une fois le multi-écran rempli, nous avions des paramètres par défauts. Nous avons donc choisi ceux qui nous semblaient les plus pertinents. Ces paramètres se décomposent en deux parties :

- les Paramètres d'Action (PA) qui ont un pouvoir de modification d'état

- les Paramètres d'Evolution (PE) qui agissent sur les PA

Nos paramètres d'action sont les suivants : 

Puis nos paramètres d'évolution sont :

Les axes gradués sur le côté droite de l'image donnent l'importance que nous avons donné à chaque paramètre. Nous avons donc choisi de privilégier la compacité, la fréquence de vidage de la poubelle, la facilité d'utilisation ainsi que la compacité. De plus, la paramètre d'action le plus important pour nous est la taille puisque c'est cette dernière qui permet d'avoir un maximum de contradictions intéressantes.

b) Polycontradiction

Voici les tableaux de polycontradictions qui découlent des paramètres définis au-dessus :

Dans cette étape, nous avons attribué à chacun de nos quatre paramètres d'action l'ensemble de nos paramètres d'évaluation. Nous avons distribué les diverses paramètres d'évaluation selon deux catégories: une liée à une augmentation de nos paramètres d'action, et une autre liée à leur diminution. Par exemple, pour le paramètre d'action "Taille" qui définit la taille du conteneur de la poubelle, nous pouvons voir que lorsque l'on a une augmentation de cette dernière, l'adhésion au sol augmente, cependant le poids de la poubelle augmente aussi.

Après cette étude, le logiciel nous indique que la taille de la poubelle est prépondérante pour son amélioration. Son innovation se fera donc par l'intermédiraire d'une diminution de sa taille, et donc de son poids et d'une meilleure compacticité, tout en ayant une bonne adhérence au sol, en évitant d'avoir plus de poubelles, et en diminuant la fréquence à laquelle on doit vider la poubelle. 

 

III: Résolution du problème

a) Diagramme occurence vs poids et matrices

 Toutes les matrices sont représentées par des bulles sur le schéma suivant:

 

Plus les matrices sont en haut et à droites et plus elles ont de l'importance. Nous allons donc étudier les matrices suivantes:

 

Nous pouvons observer que chaque matrice relève une contradiction qui doit ensuite être levée par la résolution de la matrice correspondante.

Matrice TC 1.6

Cette première matrice relève une contradiction entre l'adhérence au sol et la compacité de la poubelle. En effet, plus la compacité de la poubelle est importante et moins son adhérence au sol sera bonne puisqu'on aura moins de surface pour stabilisée la poubelle contre le sol. Nous pouvons décomposer cette matrice sous trois types de contradictions (administative, technique et physique) que nous avons expliciter ci-dessous:

 

Contradiction administrative: J'aimerais que la poubelle soit compacte et qu'elle adhère correctement au sol (qu'elle soit stable) mais je ne sais pas comment.

 

Contradiction technique: Si j'améliore la compacité de ma poubelle, elle deviendra aussi plus déséquilibrée lorsque l'on appuierai dessus (sur la pédale) pour l'ouvrir.

 

Contradiction physique: Le volume et la surface de contacte au sol de la poubelle doivent être important pour assurer une bonne adhérence de la poubelle au sol, et faibles pour que la poubelle soit la plus compacte possible.

 

Matrice TC 1.5

 

La deuxième matrice relève une contradiction entre l'adhérence au sol et le poids de la poubelle. En effet, plus le poids de la poubelle est important et plus l'adhérence au sol est importante. Or le but serait de diminuer le poids tout en augmentant l'adhérence au sol. Les deux paramètres entre donc en contradiction.

 

Contradiction administrative: J'aimerais que la poubelle soit légère et qu'elle adhère correctement au sol (qu'elle soit stable) mais je ne sais pas comment.

 

Contradiction technique: Si j'améliore le poids de ma poubelle, elle deviendra aussi plus déséquilibrée lorsque l'on appuiera dessus (sur la pédale) pour l'ouvrir.

 

Contradiction physique: Le poids de la poubelle doit être faible pour assurer une facilité d'utilisation de cette dernière, et important pour que la poubelle soit la plus stable possible (bonne adhérence au sol).

 

Matrice TC 1.2

 

Finalement la troisième matrice relève une contradiction entre la compacité et la fréquence de vidage de la poubelle. En effet, plus la poubelle est compacte (petite) et moins on a d’espace, ce qui implique une fréquence de vidage de la poubelle important. On a donc une contradiction puisque lorsque la compacité est améliorée, la fréquence de vidage est détériorée (du point de vue confort pour l’utilisateur).

 

Contradiction administrative: J'aimerais que la poubelle soit compacte et que l’on n’ait pas besoin de la vidée souvent mais je ne sais pas comment.

 

Contradiction technique: Si j'améliore la compacité de ma poubelle (je diminue le volume de ma poubelle), il faudra la vider plus régulièrement.

 

Contradiction physique: La poubelle doit être compacte pour un meilleur confort de l’utilisateur, et assez volumineuse pour ne pas être vidée trop régulièrement.

 

 

b) Pistes d'amélioration

Penchons-nous maintenant sur la résolution de nos matrices. Pour résoudre les trois matrices ci-dessus, nous avons défini entre 2 et 3 paramètres d’ingénieries par paramètre d’évolution constituant chaque matrice. Nous obtenons ensuite des graphiques en barre qui permettent de savoir quelles sont les lois qui ont le plus de poids dans la résolution de la matrice. Ces lois proposent alors des solutions d’innovation concrètes pour améliorer notre objet. 

 

Résolution de la matrice 1.6:

 

Comme indiqué sur la graphique ci-dessous, la loi qui a le plus de poids dans la résolution de cette matrice est la loi 35. Cette loi influe sur les paramètres physiques et chimiques de la poubelle.

 

 

L’image suivante montre les conseils qui nous sont donnés pour résoudre notre contradiction et innover de manière efficace sur notre objet. Ces conseils sont totalement liés à la loi 35. Pour nous, le meilleur conseil donné est de changer l'état d'ensemble de notre objet, ce que nous ferons dans la suite de ce rapport lors des solutions proposées.

 

 

Résolution de la matrice 1.5:

Pour cette matrice, deux lois pour l’innovation sont ressorties de la résolution. Il s’agit de la loi d'action antérieure et de la loi 35 déjà vue précédemment. La première ayant plus d’importance dans la résolution, nous avons décidé de la privilégier par rapport à l’autre.

 

Comme montré ci-dessous, cette loi conseil en fait d'agir de façon préventive sur la poubelle. C'est à dire que si l'environnement de l'objet est nuisible à ce dernier, nous devons trouver une façon préventive de protéger notre objet de l'environnement. Par exemple, faire des trous dans une plaque de métal de façon préventive pour les futurs vis qui devront s'y glisser.

 

 

 

 

Résolution de la matrice 1.2:

Comme nous pouvons le constater sur les deux schémas qui suivent, les deux lois qui reviennent pour la résolution sont encore la loi 35 et 10.

Ici nous avons résolu la matrice à l'aide de la loi 35.

 

 
Finalement, nous avons vu que 2 directions d'innovation se sont présentées à nous par l'intermédiaire de nos matrices. Nous avons donc suivi ces conseils et ces deux pistes d'amélioration pour développer deux solutions. Ces deux solutions répondent donc bien aux contradictions précédemment posées mais aussi à d'autres contradictions que nous avons remarqué et que nous avons résolu par la même occasion.
 

c) Première solution proposée

 

 

 

Pour répondre à nos matrices de contradictions, nous avons tenté de résoudre les problèmes de l'adhérence au sol, la compacité, la fréquence de vidage et le poids. Nous avons également choisi d'adresser les problèmes du nombre de poubelles et d’hygiène.

 

Tout d'abord, la poubelle étant fixée à même le sol, le problème de l'adhérence ne se pose plus.

Par ailleurs, nous avons pensé à un système de compactage ou de mise en petits morceaux des différents déchets (détaillé ci-après) qui permet de gagner de l'espace. Nous avons également choisi de fixer la hauteur de l'ensemble à un mètre pour permettre de stocker d'autant plus de déchets pour une même surface au sol occupée.

Pour répondre à la problématique du nombre de poubelles, nous voulions que notre poubelle soit une poubelle tout-en-un pour chaque type de déchets. Le fait de posséder plusieurs poubelles différentes de toutes tailles et formes pour les différents déchets pose un problème de praticité. Nous nous sommes donc dirigés vers un concept de poubelle unique pour tous les déchets. Cependant cela pose un problème de compacité car la mise en commun de plusieurs poubelles différentes prendra nécessairement plus de place.

Ainsi, la compacité est améliorée sans qu'elle détériore l'adhérence au sol, puique la poubelle est fixe. La première contradiction est donc levée.

 

La seconde contradiction, qui oppose l'adhérence au sol au poids est elle aussi levée : étant donné que la poubelle est fixée au sol, le poids n'est plus un problème car il n'y a plus besoin de la soulever.

 

Pour la problématique de la compacité, il fallait trouver le moyen de rendre la poubelle la plus compacte possible. La contradiction qui se pose est qu’en rendant la poubelle plus compacte, la place pour les déchets est réduite et donc la fréquence de vidage augmente. Pour résoudre cette contradiction, nous avons intégré dans chacune des sections de notre poubelle des systèmes permettant de  compacter les déchets pour réduire leur volume. Nous avons ajouté pour chaque compartiment les éléments suivant :

 

•      Cylindre Papier et Cartons : muni d’une déchiqueteuse pour couper le papier et le carton en morceaux, et aussi une presse de compactage pour réduire le volume des copeaux de papier.

•      Cylindre  du Verre : système de percutions du verre pour le réduire en débris.

•      Cylindre de plastique recyclable et non recyclable : broyage du plastique et système de presse.

•       Cylindre de canettes et conserves : système de presse.

•       Cylindre des déchets organiques : lombricomposteur muni en haut d’un petit broyeur pour faciliter la décomposition des déchets organiques durs comme les os et peaux de fruits épaisses.

Ainsi, grâce à ces systèmes de réduction de volume des déchets, la fréquence de de vidage de la poubelle est diminuée ainsi que la compacité de la poubelle. La troisième contradiction est ainsi résolue.

 

Une fois notre modèle établi, nous avons voulu aller plus loins dans l'élaboration de notre solution :

 

Pour répondre à l’hygiène et l’odeur, il nous fallait un système pouvant se fermer de façon hermétique, en évitant au maximum le contact du couvercle avec les déchets ou même les mains sales. Nous avons résolu ce problème en remplaçant le couvercle par une ouverture en diaphragme automatisé. Le diaphragme fermé rend la poubelle hermétique, évitant les odeurs et la macération à l’air libre des déchets. De plus celui ci s’ouvre automatiquement évitant tout contact et préservant l’hygiène. Cependant cela pose un problème d’énergie car la poubelle devient automatique et branchée au courant. Toutefois, il faut noter que de nos jours, l'alimentation électrique ne pose plus problème car elle est répandue et les coupures de courant deviennent de plus en plus rare.

 

d) Deuxième solution proposée

Pour cette deuxième solution, nous avons pensé à améliorer l’adhérence au sol en utilisant un principe de ventouse, ce qui permet de ne pas rajouter de poids à la poubelle. Il suffira de poser la poubelle au sol et d’enclencher une poignée (ici en bas à droite de la poubelle) pour activer l'effet ventouse pour que le socle adhère au sol.

Cela nous permettra donc d’améliorer l’adhérence au sol sans augmenter le poids de la poubelle.

Nous avons également ajouté un système pour fermer le sac poubelle à chaque fois que le couvercle se referme. Le sac poubelle est fixé à un support qui s'ouvre lorsque l'utilisateur appuie sur la pédale, et qui se ferme lorsqu'il arrête d'appuyer après avoir jeté son déchet.

Cela permettra donc de réduire considérablement les odeurs désagréables s’échappant de la poubelle. De même, cela améliorera l’hygiène de la poubelle. Les déchets ne seront plus en contact avec le couvercle lorsque la poubelle est presque pleine.

 

Conclusion

En conclusion, la méthode TRIZ nous a permis d'innover sur la poubelle, un objet du quotidien qui, certes, existe depuis longtemps, mais qui peut encore être amélioré, comme nous l'a montré cette étude.
 
En effet, grâce aux étapes de cette méthode nous avons identifié les contradictions qui apparaissent lors de l'amélioration de la poubelle. Par exemple, celle-ci doit être compacte et peu lourde sans détériorer sa stabilité et son adhérence au sol. Afin de résoudre l'ensemble de ces contradictions, nous avons proposé deux solutions distinctes.
 
La première, automatisée, est fixée à même le sol, réglant ainsi le problème d'adhérence et de poids. De plus, elle comporte plusieurs cylindres permettant un tri rapide et facile. 
La seconde, mécanique, présente un système de ventouse qui immobilise la poubelle au sol sans que celle-ci soit plus lourde. Elle dispose également d'un mécanisme d'ouverture et de fermeture du sac poubelle pour plus d'hygiène.
 
L'intérêt de la méthode TRIZ réside dans le fait qu'elle permet d'identifier et analyser rapidement les problèmes posés par tout système technique, et ainsi d'être efficace lors de son amélioration. L'ingénieur de demain devra être en capacité de l'appliquer afin de pouvoir répondre aux défis techniques et technologiques du XIXe siècle.
 
Ainsi, ce projet nous a permis non seulement de découvrir l'innovation à travers son histoire, son évolution, ses lois et ses méthodes mais aussi d'appliquer nos connaissances en équipe. Cette mise en pratique a été d'autant plus intéressante que nous avons pu améliorer nous-mêmes un objet que nous utilisons au quotidien.
 
 

 

 

 

 

 
 
 
 

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