Innov'INSA: Projet assiette chauffante

 

 

Un peu de chaleur, au fond de ton assiette!

 

Introduction

Lien vers le projet STEPS : https://drive.google.com/file/d/0B2vbkR1N-WnsQktBV0gyNU9hXzA/view?usp=sharing                                                                                           Ce projet est un dossier au format.idm stocké sur google drive, qu'il faut télécharger pour l'importer sur le logiciel afin de le consulter.

 

De tout temps, l’Homme a cherché à innover les objets de son quotidien dans le but de rendre sa vie plus facile. Aujourd’hui la problématique de l’innovation se tournerait plus vers une amélioration du confort que celle des conditions de vie générales. C’est donc dans cette optique que nous avons entrepris d’appliquer la méthode d’innovation TRIZ à un objet universel, usuel et un peu banal : l’assiette.  

Réalisant bien vite que la fonction la plus utile à ajouter serait la chauffe du contenu, nous avons constaté que l’ "Assiette Chauffante" existait déjà sous une forme restreinte et particulière, celle de l’assiette pour bébé.

Nous avons alors tenté, grâce au logiciel STEPS et TRIZ, de corriger les petites imperfections de ce système afin d’améliorer son fonctionnement et d’ouvrir son usage à un plus grand nombre de personne.  

Tout au long de cette page d’information, nous retracerons notre parcours sur les différentes interfaces nécessaires à la méthode. 

 

I.     Situation Actuelle

De nos jours, il n'existe qu'un seul type d'assiette qui permet le maintien au chaud des aliments pendant le repas: l'assiette chauffante pour bébé. Avec un réservoir externe situé sous l'assiette, elle fonctionne grâce à de l'eau chaude qui, par transfert thermique, garde au chaud l'assiette et les aliments. Au premier abord, cela peut paraitre parfait ; cependant avec ce principe, le maintien au chaud n'est que de courte durée. De plus, ce type de chauffe n'est pas efficace sur tous les aliments. Il semble effectivement être approprié et particulièrement efficace pour des nourritures fluides et homogènes telles la purée ou encore la soupe, mais perd de sa pertinence face à des plat plus élaboré.

 

On remarque ici que, de par son support d'assiette pour bébé, le système est restreint dans son champ d’utilisation. Il apparait, en effet, bien difficile de superposer ce principe de chauffe (compartiment + eau chaude) à une assiette de taille adulte.

Notre but sera donc d'améliorer le système de chauffe pour être l'adapter à un plus large panel d'assiette.

 

II. Multi-écran

Avant de réfléchir à une quelconque innovation, il est important d’étudier le système considéré depuis sa création et d’en noter les évolutions effectuées jusqu’à aujourd’hui. Dans cette partie de notre réflexion, nous avons donc d’un côté l’ancêtre de l’assiette, puis l’assiette actuelle et enfin le prototype que nous comptons proposer.

Dans un premier temps, nous allons définir quels sont les « super et sous-système » de l’assiette à chaque étape de son évolution. On appelle « super-systèmes » l’ensemble des interacteurs pouvant avoir une influence sur l’assiette, quant aux « sous-systèmes », il s’agit d’autres systèmes qui vont permettre de faire évoluer l’assiette. Par la suite nous allons décrire les paramètres à apporter ou qui ont été perdu entre l’apparition de l’assiette et jusqu’à aujourd’hui afin d’en déduire tous les points à améliorer qui nous conduiront à l’assiette de demain.

Autrefois, les super-systèmes de l’assiette étaient l’Homme et la nourriture puisqu’elle servait uniquement à contenir la nourriture de façon plus hygiénique. Elle était faite de bois essentiellement, de nos jours elles sont le plus souvent faites d’une matière plastique auquel on peut également greffer un système de transfert de chaleur pour maintenir les aliments au chaud, ajoutant ainsi la température comme super-système. On distingue par ailleurs le corps de l’assiette ainsi que des compartiments pour les viandes et condiments. Cependant, l’assiette chauffante n’est conçue que pour les enfants, le matériau utilisé a permis un prix plus abordable, un objet plus léger mais une perte de durabilité.

L’assiette chauffante de demain doit donc être accessible à tous, il faut accroître sa durabilité et réduire le temps de chauffe pour une utilisation optimale. Les objectifs fixés sont donc de créer une assiette :

-  plus légère avec donc des éléments à faible masse ;

-  plus grande pour ne pas être réservée uniquement aux bambins ;

- avec un compartiment de chauffe peu encombrant à température maximale fixe puisque l’assiette doit être facile à transporter :

 

III. Loi d'Evolution

A cette étape nous pouvons définir le niveau d’évolution du système existant afin de déterminer les points sur lesquels nous devons travailler en priorité. Nous pouvons orienter notre étude en nous intéressant aux 9 lois d’évolution définies par la TRIZ : 

 

Loi

Définition

Note (/6)

Justification

1

Intégrité des parties

Les différentes parties de l’objet servent-elles bien à réaliser la Fonction Principale Utile (FPU) du système ?

5

Dans l’état actuel du système, les différentes parties de l’assiette chauffante permettent bien de maintenir la nourriture au chaud

2

Conductibilité énergétique

Le système gaspille-t-il de l’énergie ?

2

Le système n’est pas suffisamment optimisé au niveau énergétique puisqu’il y a une grande déperdition de chaleur

3

Harmonisation

Est-ce que tous les constituants concordent bien dans le but de mieux accomplir la FPU ?

5

Les différents constituants permettent de réaliser la FPU de manière relativement harmonisée

4

Idéalité

A quel point est-ce que le système existant se rapproche-t-il de l’objet idéal ?

4

Le système est proche du système idéal

5

Développement inégal

Les composants du système ont-ils tous le même état de maturité ?

4

Les composants du système ont tous plus ou moins le même niveau de développement

6

Transition au super-système

Comment le système va-t-il évoluer ? Sa fonction peut-elle être absorbée par un autre système ?

6

Nous pensons qu’il n’existe pas d’autre système pouvant intégrer la fonction de l’assiette chauffante

7

Transition vers le macro-niveau

Le système fait-il intervenir un changement d’état ?

5

En utilisant de l’eau chaude qui crée de la vapeur d’eau le système fait bien intervenir un changement d’état

8

Dynamisation

Le système est-il dynamique ?

4

Le système avec son compartiment de chauffe est relativement dynamique

9

Accroissement substances-champs

Est-il possible d’ajouter un nouveau système technique au sein du système pour mieux accomplir la FPU ?

6

Nous pensons qu’il est impossible de rajouter un nouveau système technique pouvons réaliser la FPU

 

 

On voit que le  point le plus sensible est la Conductivité Energétique. C’est donc ce que nous allons chercher à améliorer en priorité.

 

IV. Poly-contradiction 

La prochaine étape du processus d’innovation consiste à établir les contradictions du système existant. En effet lorsque l’on améliore un paramètre, un autre se dégrade de manière quasi systématique. Le processus d’innovation revient donc à trouver une solution sans faire de compromis, c’est-à-dire à améliorer un paramètre au détriment d’aucun autre.

La première étape consistait à définir des paramètres d’action (paramètres sur lesquels nous pouvons agir) et des paramètres d’évaluation (paramètres qui s’améliorent ou se dégradent si l’on agit sur un paramètre d’action). Nous avons ensuite attribué un poids à chacun selon l’importance que nous lui portions.

Ensuite pour chaque paramètre d’action nous avons déterminé les paramètres impactés positivement ou négativement pour chacune de ses valeurs (+1 ou -1).

Nous avons déterminé trois paramètres d’action, qui concernent chacun le corps de l’assiette :

          - Le matériau de l’assiette (grande ou petite résistivité thermique, grand ou petite résistance mécanique)

          - La taille de l’assiette (grande ou petite)

          - L’apport de chaleur (direct ou indirect)

Puis nous avons défini les paramètres d’évaluation suivants, auxquels nous avons associé des poids entre 1 (peu d’importance) et 10 (beaucoup d’importance) :

Critère d’Evaluation

Poids de pondération

Prix

2

Encombrement

5

Durabilité

4

Masse

2

Temps de Chauffe

7

Maintient au Chaud

10

Nombre d’Utilisateur

7

Universalité

7

Transportabilité

6

Répartition Uniforme de la Chaleur

8

 

Nous obtenons les matrices de polycontradictions suivantes :

 

En additionnant les poids de chaque paramètre d’évaluation contradictoire, pour chaque polycontradiction, nous avons pu déterminer les trois contradictions qu’il était le plus important de résoudre (en rouge) :

TC1

Durabilité

 

Prix

6

 

 

TC2

Temps de Chauffe

Répartition Uniforme de la Chaleur

Transportabilité

13

14

Maintient au Chaud

17

18

 

TC3

Répartition Uniforme de la Chaleur

Masse

Encombrement

Nombre d’Utilisateur

15

6

12

 

TC4

Encombrement

Masse

Transportabilité

Prix

7

4

8

Nous avons décidé de ne retenir que la contradiction la plus importante. 

 

V. Résolution 

Comme indiqué précédemment, nous nous intéressons à la plus importante contradiction dont le paramètre d’action est le matériau et les paramètres d’évolution sont la répartition uniforme ou non de la chaleur et le maintient au chaud des aliments :

La matrice Triz va nous donner, sur la contradiction choisie, un panel de principes inventifs nous permettant de résoudre notre contradiction et in fine réfléchir sur les solutions à adopter.

De ce fait, pour chacun des paramètres d’évolution préalablement choisis, nous définissions les paramètres génériques correspondants. En fonction de ceux choisis, une liste de principes inventifs nous est proposée avec leur importance (ici exprimée en pourcentage) pour la contradiction étudiée. Nous avons décidé de faire correspondre la température, la durée d’action d’un objet immobile et la quantité de substance au paramètre d’évolution « maintient au chaud » et d’attribuer la température et le perte d’énergie à celui de la « répartition uniforme de la chaleur ». En voici le résultat dégagé par la matrice Triz :

Nous nous intéressons ici qu’aux deux premiers principes inventifs à savoir l’action périodique et le placement interne qui ont les plus grands impacts. Le troisième principe ne sera pas traité malgré sa grande importance car il ne peut se faire sur notre système. En effet, nous ne pouvons guère adapter une vibration mécanique à notre assiette.

Etudions dans un premier temps le premier principe, soit « l’action périodique », qui compte pour 21,05%. Plusieurs choix nous sont offerts pour l’améliorer :

         • « Remplacer une action continue par une action périodique par impulsion »

         • « Si l’action est déjà périodique, modifier sa fréquence »

         • « Utiliser des pauses entre les impulsions pour des actions supplémentaires »

A la lumière de ces explications, nous pourrions chauffer notre assiette sur plusieurs lapses de temps, de manière ponctuelle mais nécessaire. Pour se faire, nous avons eu l’idée d’adapter un régulateur. Celui-ci nous permettrait de définir une température adéquate pour les aliments, de manière à chauffer que lorsque la température n’est pas à la température définie. De ce fait, nous aurions à la fois un contrôle de la température (pour éviter que la nourriture soit trop chaude) et un mode de chauffage par impulsion, comme stipulé dans le principe inventif.

Intéressons nous maintenant au deuxième principe, soit « le placement interne » comptant pour 15,79%. Les choix proposés sont les suivants :

         • « Placer un objet dans un autre qui, à son tour, sera placé dans un autre et ainsi de suite »

         • « Faire passer un objet au travers d’un autre par ses cavités »

 Nous avons alors l’idée de faire plusieurs couches successives de matériaux dont la forme serait alvéolaire afin de conserver plus la chaleur. En effet, cette chaleur se garde « plus longtemps » dans les creux des alvéoles plutôt que sur une surface plane. 

 

VI. Modele Adopté

La résolution de la contradiction nous a amené à deux modèles que nous avons choisi de combiner, d'une part parce que l'un ne gêne pas l'autre et d'autre part parce que les deux nous semblent autant indispensables que nécessaires à notre innovation. Notre assiette chauffante finale consiste donc en un système de chauffe intégré dans le fond de l'assiette. Ce système fonctionnera par impulsion afin de chauffer l'assiette en continu. Le matériau de l'assiette est sous forme alvéolaire afin de permettre à la fois une répartition uniforme de la chaleur et un maintien à température élevée pendant un temps suffisamment long. De plus, nous avons intégré un régulateur qui nous permet d'atteindre une température adéquate pour la nourriture de manière automatisée. Le tout étant permis grâce à la présence de capteurs répartis de façon régulière sur la surface de l'assiette.  

 

image projet final

Conclusion

Au terme de ce mois axé sur l'innovation, nous avons pu aboutir à un modèle final réaliste à partir de l'utilisation de la méthode TRIZ. Malgré un processus très contraignant, nous pouvons attester de son efficacité.
Ce module nous a également permis de nous plonger dans un projet d'innovation que nous avons créé et développé dans son ensemble. C'est en effet une part essentielle de notre formation car l'innovation est devenue un aspect important de notre future vie professionnelle en tant qu'ingénieur.

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