Innov'INSA: Projet brosse à WC 1

La brosse à WC

 

 

Introduction

 

 

Nettoyer la cuvette des toilettes est une corvée pour tous, surtout lorsque la brosse prévue à cet effet est peu adaptée. Cet outil, bien que simple d’utilisation, n’est pas efficace : il faut fournir beaucoup d’énergie mécanique pour un résultat peu satisfaisant, et se courber pour atteindre des recoins parfois difficiles d’accès. De plus, cette tâche est synonyme de mauvaises odeurs et de nid à bactéries. Il est donc compréhensible que certains utilisateurs préfèrent s’acquitter de cette corvée, au détriment de la propreté de la cuvette.

Le problème de la brosse à WC est double : soit nous préférons ne pas l’utiliser, soit lorsque nous l’utilisons elle n’est pas assez efficace. A l’aide du logiciel STEPS et de la méthode TRIZ, nous avons donc cherché des solutions innovantes pour répondre à cette problématique.

Veuillez trouver sur ce lien le fichier .idm de notre projet sur l'outil STEPS: https://ent.normandie-univ.fr/filex/get?k=5PFUa9p6TDNZkB4Rnqs

 

I. Historique

 

Il paraît difficile de trouver l’ancêtre de la brosse à WC, regardons alors plutôt l’histoire de son macro-système : les toilettes. Ce sont les Romains avec la Cloaca Maxima, l’ancêtre du « tout-à-l’égout », qui seraient à l’origine de notre culture sanitaire. À cette époque, les classes aisées utilisaient des pots de chambre, nettoyés puis vidés par les esclaves, qui utilisaient certainement l’ancêtre de notre brosse moderne. Le peuple romain, ne pouvant s’offrir ce luxe, allait dans des latrines publiques : cabane avec une planche percée, surmontant un fossé. Au Moyen Âge, les toilettes à chasse d’eau n’existaient toujours pas : chacun vidait son pot de chambre dans le caniveau.

Il fallut attendre la fin du 16e siècle pour que le poète anglais Sir John Harington invente la chasse d’eau moderne, suite à une demande la reine Elisabeth. Cependant, Harrington fut moqué par ses contemporains, et l’on oublia rapidement ses propositions ingénieuses … jusqu’en 1775. Cette année, l’inventeur anglais Alexander Cummings mit en place un système de toilettes équipées d’une canalisation en forme de S, pour évacuer le contenu et atténuer les mauvaises odeurs – système qui est toujours utilisé aujourd’hui.

 

II. Etat de l’art

 

En ce qui concerne le nettoyage peu efficace des toilettes, plusieurs innovations sont au goût du jour. Depuis quelques temps déjà, certaines toilettes publiques sont équipées de détecteurs automatiques, qui déclenchent la chasse d’eau lorsque l’utilisateur se lève. Cette solution permet de s’affranchir du fait que certains utilisateurs ne se préoccupent pas de la propreté des cuvettes. Toutefois, le nettoyage reste médiocre. Les japonais avec leurs toilettes high-tech, ont préféré jouer sur le confort de l’utilisateur : lunette chauffante et jet d’eau nettoyant. La lunette est souvent équipée d’un film plastique tournant, qui permet de la maintenir propre après de chaque utilisation. Mais là encore, le nettoyage de la cuvette n’est pas traité. De son côté, la société Saniclean propose CLEENGO®, un balai à WC jetable fabriqué à partir de papier recyclé. De même, l’entreprise Scotch-Brite a inventé une brosse munie d’un bouton à dégagement qui permet de jeter l’embout sans y toucher. Ces solutions permettent d’améliorer l’aspect hygiénique du nettoyage. Toutefois, dans les deux cas, le problème de fond n’est pas résolu : le fait de ne pas vouloir nettoyer la cuvette.

 

III. Loi d'intégralité des parties

 

La première étape consiste à décrire le système à l’aide de la loi d’intégralité des parties. Elle est énoncée de cette manière : les constituants essentiels d’un système technique (moteur, transmission, travail, contrôle) sont présents et assument correctement le rôle qui leur est dévolu dans leur structure. Ils forment un tout permettant la réalisation de la Fonction Principale Utile (FPU).

Cette loi nous permet de connaitre le fonctionnement de l’objet étudié en divisant notre système global en différents éléments. Chaque élément joue un rôle dans l'accomplissement de la Fonction Principale Utile (FPU).

Le manche de la brosse (ici, le moteur) transmet à l’aide du bras (ici, la transmission) l’énergie des muscles à la tête de brosse (élément effectuant le travail) afin de nettoyer la cuvette des toilettes. Le contrôle de l’action dans ce système est de l’ordre sensoriel, c’est-à-dire que le contrôle est fait de façon subjective par la personne via des facteurs visuels et olfactifs renvoyés par la cuvette.

 

IV. Analyse multi-écrans

 

L’analyse multi-écrans est une première étape dans l’étude de notre objet et permet de poser les bases en collectant des informations sur le passé de notre objet et en réfléchissant sur une vision d’avenir pour l’objet. Cette analyse est à 2 dimensions : la dimension temporelle (Passé, présent, futur) et la dimension systémique (Microsystème, système, super-système). Les transitions entre chaque écran correspondent aux différents paramètres du système qui ont régressé ou qui se sont améliorés lors de l’évolution de l’objet au cours du temps.

Dans le cas de la brosse à WC, l’objet est composé de 2 microsystèmes : le manche et les poils durs. La brosse est inclut dans un super-système, les toilettes. On peut noter qu’au fil du temps les changements notables sur la brosse ont été de nouveaux matériaux la composant et la forme de la brosse a été modifiée afin de la rendre plus ergonomique. Le super-système a été également modifié pour le rendre plus confortable mais sa mobilité a été diminuée.

 

V. Lois d'évolution

 

Afin d'orienter notre étude de manière judicieuse, nous avons réfléchi aux différentes options d'évolution qui s'offraient à nous pour améliorer la brosse à WC. En comparant notre objet aux critères de 9 lois d'évolutions connues nous avons pu dégager les pistes d'amélioration les plus probables.

De manière générale, chacune de ces lois cherchent à identifier les problèmes associés à l'utilisation de l'objet ou qui impliquent encore de faire des compromis.

Pour chaque loi est attribuée une note, allant de 1 à 6, correspondant au respect des critères de ces dernières (1 = pas respecté du tout / 6 = parfaitement respecté).

 

 

> Intégralité des parties : 2/6

La loi d'intégralité des parties repose sur l'analyse systémique de l'objet d'étude et sur les parties qui jouent un rôle dans l'accomplissement de la FPU (Fonction Principale Utile). Dans le cas d'un système abouti, chaque partie : Moteur, Transmission, Travail et Contrôle, est présente et réalise ce pour quoi elle est conçue.

La brosse à WC actuelle dispose des fonctions de transmission (manche) et de travail (poil de la brosse). En revanche les fonctions moteur et contrôle sont encore assurées par l'utilisateur qui fait appel à la force de son bras (moteur) et à ses yeux (contrôle) pour garantir l'accomplissement de la FPU.

Une innovation permettant d'améliorer la réalisation de la FPU en minimisant l'action de l'utilisateur serait donc souhaitable (brosse à WC électrique par exemple).

 

> Conductibilité énergétique : 2/6

La loi de conductibilité énergétique se base sur le principe d'efficience et sur la minimisation du gaspillage énergétique. Dans l'absolu, toute l'énergie utilisée pour faire fonctionner le système doit être convertie en travail utile.

Dans notre cas, nous estimons que la brosse à WC nécessite un effort physique désagréable de la part de l'utilisateur qui doit "forcer" pour obtenir un résultat de nettoyage efficace. Cette effort mécanique ne semble pas adapté à la tâche à réaliser.

Un système fonctionnant selon une autre forme d'énergie ou maximisant le travail de l'objet est donc envisageable.

 

> Harmonisation : 5/6

La loi d'harmonisation s'apparente à l'amélioration de l'ergonomie de l'objet ou de son rythme de fonctionnement en vue d'améliorer la réalisation de sa FPU.

Même si la brosse à WC n'est pas un objet sans défaut d'un point de vue ergonomique, nous estimons que sa prise en main et que son utilisation reste assez facile. Les seules améliorations imaginables auraient pour but d'améliorer le confort d'utilisation mais n'auraient pas de véritable impact sur la réalisation de la FPU.

Peu d'améliorations apportant une réelle innovation sont donc à prévoir sur l'aspect ergonomique de l'objet.

 

> Idéalité : 1/5

La loi d'idéalité indique que le système a atteint sa forme idéale lorsque l'objet n'existe plus physiquement mais qu'il continue d'assurer sa FPU. C'est ce vers quoi doit tendre l'objet lorsqu'une innovation est proposée.

Dans notre cas, la brosse à WC est loin d'avoir atteint sa forme idéale puisque l'objet physique existe toujours. Aucun des critères qui concernent la loi d'idéalité n'est respecté (l'objet a une masse, un volume etc...).

Une innovation qui repenserait le concept même de brosse à WC est donc fortement envisageable.

 

> Développement inégal : 6/6

La loi de développement inégal exprime l'idée que l'amélioration d'un système passe par l'amélioration de ses composants les plus déficients, qui ne sont pas au niveau de développement des autres.

D'après l'analyse des composants de la brosse à WC, nous estimons que les critères de cette lois sont parfaitement respectés. En effet tous les composants de l'objet se situent au même stade de développement technologique (même matière plastique à base de polymères) et aucun d'entre eux n'est perçu comme étant un "maillon faible" dans la réalisation de la FPU de l'objet.

Aucune évolution n'est donc à prévoir dans ce sens.

 

> Transition au supersystème : 1/6

La loi de transition au supersystème s'adresse principalement aux objets que l'on considère en fin de vie et dont l'intégration à leur supersystème est bénéfique. Le supersystème assurerait alors la FPU de l'objet avec lequel il a "fusionné" (exemple : smartphone absorbant les fonctions de téléphone, appareil photo, ordinateur, calculette, réveil etc...).

La brosse à WC n'est actuellement pas intégrée au supersystème que constituent les toilettes. En effet, les toilettes n'assurent que l'évacuation des excréments grâce à un système de chasse d'eau, elles ne remplacent pas l'utilisation de la brosse qui nettoie les éventuelles traces laissées.

Une innovation permettant d'intégrer la FPU de la brosse à WC directement au sein des toilettes serait fortement souhaitable.

 

> Transition vers le microniveau : 2/6

La loi de transition du macroniveau vers le microniveau repose sur le constat que tout système évolue de l'état solide à l'état de plasma (passage de l'état solide à l'état de gel, puis liquide, puis gazeux et enfin plasma). Ce changement d'état physique ne se traduit cependant qu'au niveau de la partie "travail" de l'objet (ici les poils de la brosse).

La brosse à WC est un solide dont les poils sont composés d'un polymère plastique relativement élastique. On peut donc situer l'objet comme effectuant potentiellement sa transition de l'état solide à l'état de gel/liquide.

Une amélioration allant dans le sens de la transition au microniveau est à prévoir (brosse réalisant sa FPU sous la forme d'un gaz oxydant, d'un laser etc...).

 

> Dynamisation : 3/6

La loi de dynamisation implique qu'un système évolue lorsqu'il se dynamise afin de gagner en flexibilité. On privilégie alors les structures souples permettant d'accroître la liberté de mouvement de l'objet ou d'économiser de la place. Toute évolution respectant cette loi permet d'améliorer l'adaptabilité de l'objet.

Nous estimons que la brosse à WC est à mi-parcours concernant cette loi puisque les poils constituant la brosse sont relativement flexibles. Cependant la structure en elle même reste rigide (manche).

Des améliorations dans le sens de cette loi sont donc plausibles (articulation du manche, rétractabilité etc...).

 

> Accroissement substance-champ : 3/6

La loi d'accroissement substance champs revient à la simplification par fusion de deux systèmes techniques améliorant, chacun à leur manière, la FPU de l'objet initial. En d'autres termes, un système évolue en se voyant ajouter un surplus fonctionnel utile à l'accomplissement de la FPU (à ne pas confondre avec un ajout supplémentaire d'objet superflu qui contredirait la loi d'idéalité).

Concernant la brosse à WC, nous constatons que l'utilisation de l'objet n'est optimale que lorsqu'il est plongé dans la cuvette des toilettes (lorsque la brosse est en contact avec de l'eau). La brosse et la chasse d'eau pourrait donc être deux systèmes techniques dont la fusion faciliterait l'accomplissement de la FPU.

Une amélioration dans ce sens est plausible (l'ajout d'un réservoir de produit nettoyant sur la brosse serait un autre exemple).

 

VI. Paramètres et Polycontradictions

 

Pour la suite de l’exercice, nous partons des données préalablement évoquées dans l’analyse multi-écran afin de définir des paramètres d’action (PA) et des paramètres d’évolution (PE). Pour chaque paramètre, nous avons deux directions d’évolution : Va et Va(barre). Dans la mesure où les deux directions d’évolutions nous intéressent et que nous les maitrisons, nous parlerons de PA ; à l’inverse, ce sera un PE.

Nous travaillerons donc avec 4 PA : Poids (kg), Evacuation (L/s), Mobilité (m), et Temps de nettoyage (min). Nous avons également 10 PE : Biodégradabilité (années), Efficacité (Panel d'utilisateurs), Odeur (Panel d'utilisateurs), Propreté (Nb bactéries/cm²), Confort (Panels d'utilisateurs), Durabilité (années), Ergonomie (Panel d'utilisateurs), Consommation (€), Production (€), et Solidité (MPa).

 

Nous avons ensuite corrélé chaque PA avec différents PE, grâce à la matrice de poly-contradictions ci-dessous :

Afin de déterminer quel couple PA/PE traiter en priorité, nous avons dû pondérer chaque PE. Nous avons procéder à cette pondération manuellement car le logiciel STEPS ne fonctionnait pas, en voici le résultat :