4 0 t e c h n o l o g i e 1 7 2 m a r s 2 0 1 1 m a r s 2 0 1 1 t e c h n o l o g i e 1 7 2 414 0 t e c h n o l o g i e 1 7 2 m a r s 2 0 1 1 m a r s 2 0 1 1 t e c h n o l o g i e 1 7 2 41

Triz : les notions de base AvrAAm SrdinSki, FrAnciS HAtt, dAvid JAdAud [1]

Pour bien comprendre la mthode TRIZ, en voici les concepts fondamentaux, expliqus par lexpert franais en la matire, Avraam Srdinski. Indispensable.

ans larticle prcdent, nous avons voqu ensemble quelques pistes pour dvelopper la crativit dans lenseignement dexploration de seconde cration

et innovation technologiques . Nous y avons frquem-ment fait rfrence la TRIZ. Aussi, nous vous propo-sons maintenant de revenir sur cette mthode, dont le document officiel Ressources pour la classe de seconde gnrale et technologique Cration et innovation tech-nologiques propose dutiliser des concepts .

La TRIZ, ou thorie de rsolution des problmes inven-tifs, a t labore par Guenrich Altshuller partir des annes 1950, en URSS. Elle se fonde sur lanalyse sys-tmatique dun grand nombre de sources scientifiques, principalement des brevets, mais aussi des publications (livres, revues), et mme de la littrature de science-fiction. Avec cette tude, Altshuller a mis en vidence une typologie des problmes techniques et de leur rsolution et il en a dduit des mthodes pour parve-nir plus systmatiquement la solution dun problme.

Lobjectif ici nest pas de prsenter de manire exhaustive la TRIZ ces quelques pages ny suffiraient pas , mais de voir comment sarticulent les lments de la thorie cits dans les documents officiels et de quelle faon la TRIZ peut soutenir notre enseigne-ment en CIT.

rechercher la solution idaleLe rsultat qui passe par un compromis nest pas consi-dr comme une solution. Dans la TRIZ, il importe de refuser le compromis. La recherche dune solution passe avant tout par lanalyse du problme. Utiliser la TRIZ, cest sinterdire de chercher directement une solution au problme et accepter de faire un dtour par le modle 1 . Chercher cest bien, trouver cest mieux. La TRIZ, par sa dmarche rationnelle, permet dobte-nir un rsultat presque coup sr.

Confronts un problme concret, quelles strat-gies avons-nous notre disposition ?

Nous pouvons essayer le hasard. Qui sait si avec un peu de chance nous nallons pas trouver une solution ? Cest la mthode des essais et erreurs, qui repose sur lexprience. Elle consomme beaucoup de moyens. Depuis

mots-cls crativit, innovation

Darwin, nous savons que cest ainsi que procde la nature. Mais, dans son cas, le crdit temps est illimit !

Pour augmenter nos chances de trouver une solu-tion, nous pouvons mettre en place un brainstorming : il sagit ici de concentrer la mthode prcdente en aug-mentant le nombre dides produites dans un temps donn. Cette mthode peut aboutir une solution au problme, mais elle gnre aussi beaucoup dides parasites. Il faut alors trouver laiguille dans la meule de foin, en esprant quelle existe

Si nous voulons tre srs de ne pas passer ct dune bonne solution, nous pouvons galement syst-matiser les essais en les organisant de telle sorte que toutes les possibilits soient envisages. Cette mthode dessais rguliers aboutira certainement, mais quand et quel prix ?

Enfin, nous pouvons utiliser la TRIZ 2 , et accep-ter de faire un dtour : renoncer chercher directe-ment une solution notre problme, mais prendre le temps de le modliser pour utiliser ensuite les outils de rsolution. Cette mthode ne permet pas daboutir directement une solution cls en main, mais elle vite tout gaspillage de moyens en orientant la recherche de solutions dans la direction pertinente.

[1] Respectivement : expert international en TRIZ ; professeur agrg de mcanique au Lyce pilote innovant et international de Jaunay-Clan (86) ; professeur agrg de mcanique au lyce Ernest- Prochon de Parthenay (79). Courriels : avraam.seredinski@aliceadsl.fr ; francis.hatte@ac-poitiers.fr ; david.jadaud@ac-poitiers.fr.

1 TRIZ, vers la solution idale

2 La dmarche TRIZ

Le dtour de la TRIZ

Solution spcique

Problme spcique

Compromis

40 principes

11 mthodes

76 standards

Modle de solutions

Modle du problme

Solutions spciques

Problme spcique

Domaine de labstrait

Domaine du relModlisation Interprtation

4 0 t e c h n o l o g i e 1 7 2 m a r s 2 0 1 1 m a r s 2 0 1 1 t e c h n o l o g i e 1 7 2 414 0 t e c h n o l o g i e 1 7 2 m a r s 2 0 1 1 m a r s 2 0 1 1 t e c h n o l o g i e 1 7 2 41

Triz : les notions de base AvrAAm SrdinSki, FrAnciS HAtt, dAvid JAdAud [1]

En rsum, la TRIZ permet : dviter les compromis ; de structurer sa dmarche ; de sassurer dun rsultat probant.

Avoir une vision stratgique

apprhender lvolution dun systme Lanalyse des brevets par Altshuller lui a galement permis de constater des motifs rcurrents dans lvo-lution des systmes techniques. Il a ainsi dfini 8 lois dvolution auxquelles il est frquemment fait rf-rence pour lenseignement de CIT. Ces lois sont issues dun travail statistique. Elles nont donc pas le carac-tre dterministe des lois physiques, mais elles nous apportent cependant une reprsentation de lvolu-tion des systmes, reprsentation prcieuse dans une dmarche de prospective stratgique.

Ces lois sont distribues en trois catgories, lois sta-tiques, cinmatiques et dynamiques, selon la priode de la vie du systme o elles interviennent 3 .

Les lois statiques dfinissent les conditions pour quun systme technique existe et puisse fonctionner :

le systme doit tre complet, cest--dire comporter un lment moteur, un systme de transmission, un organe de travail et un dispositif de contrle (loi no 1) 4 ;

lnergie doit pouvoir circuler depuis llment moteur jusqu lorgane de travail (loi no 2) ;

les composants du systme doivent tre synchro-niss (loi no 3).

Les lois cinmatiques dcrivent le dveloppement du systme. Parmi celles-ci, la loi no 4, accroissement de lidalit , mrite un commentaire particulier. Cette loi traduit le progrs technique du systme. Lidalit dun systme est dfinie comme le rapport entre les fonctions utiles du systme et la somme des fonctions nfastes, prenant en compte leurs cots. Pour amlio-rer lidalit, il faut augmenter lutilit du systme et diminuer les inconvnients. Un systme idal est un sys-tme qui nexiste pas, mais dont la fonction est ralise ! Lexemple type est le transport des billes de bois sur une rivire sans bateau ni autre systme dacheminement.

Prvoir lavenirPour accompagner les diffrentes tapes de rsolu-tion dun problme, la TRIZ propose la mthode des neufs crans 5 . Elle prsente lavantage dtre assez simple mettre en uvre, et offre une repr-sentation du systme laquelle on peut rattacher les lois dvolution.

Il sagit dun tableau trois colonnes (pass, prsent, futur) et trois lignes (supersystme, systme, sous-systme). On place le systme au centre, et on cherche complter le reste du tableau. Cet exercice largit notre vision du systme et permet den amliorer la comprhension.

Cet outil peut galement tre utilis pour prdire lvolution dun systme. En effet, en identifiant les lois dvolution utilises entre le pass et le prsent, on peut utiliser les autres lois et envisager ainsi lavenir.

Remarquons que la notion de supersystme dpend du point de vue : une automobile appartient au super-systme transport dun territoire, mais aussi au supersystme gamme de vhicules dun construc-teur ou encore biens personnels dun individu.

rsoudre le problme

La dmarche TrIZLa base du travail dAltshuller, cest lanalyse de plusieurs centaines de milliers de brevets. Cette ana-lyse lui a dabord permis dtablir que la plupart des problmes rsolus pouvaient tre exprims sous forme de contradictions, et que les principes mis en uvre

3 Les lois dvolution et les tapes de la vie du systme technique

4 La constitution dun systme technique dans la TRIZ

Contrle

Moteur Transmission Organe de travail

Temps

LOIS STATIQUES LOIS CINMATIQUES LOIS DYNAMIQUES

1. Intgralit:Le systme

doit tre complet

2. Conductibilit de lnergie:

La chane de lnergie du systme

doit tre complte

3. Coordination du rythme:

Les direntes parties du systme doivent tre

coordonnes

NAISSANCE

4. Accroissement de lidalit:

Lutilit du systme augmente plus vite que

ses inconvnients

5. Dveloppement ingal:Les dirents constituants

du systme voluent diremment

6. Transition vers le supersystme:

Le systme ne peut plus voluer. Il poursuit son

dveloppement comme lment dun systme

plus complet

CROISSANCE

7. Transition du niveau macro vers

le niveau micro:La fonction utile

du systme est ralise au niveau

microscopique ou molculaire

8. Accroissement du dynamisme

du systmeLe systme devient

plus souple, plus uide. Il est plus facilement

contrlable

MATURIT

m a r s 2 0 1 1 t e c h n o l o g i e 1 7 2 4 34 2 t e c h n o l o g i e 1 7 2 m a r s 2 0 1 1

pour rsoudre ces contradictions taient en nombre limit.

Dans la TRIZ, une contradiction technique est un conflit entre deux paramtres. Par exemple, pour am-liorer la portance dun avion, on peut chercher aug-menter la surface des ailes. Mais on augmente alors la masse de lavion, ce qui diminue sa portance. Il y a un conflit entre la superficie et la masse.

Altshuller a dnombr 39 paramtres donc un nombre fini de conflits possibles , dont la rsolution passe par 40 principes un nombre lui aussi fini. Ils sont dcrits de faon exhaustive dans louvrage 40 principes dinnovation TRIZ pour toutes applications. Sans vouloir lister tous ces paramtres, il sagit entre autres, pour un objet mobile ou immobile, du poids, de la longueur, de la surface, du volume, de la vitesse, de la force, de la forme, de la dure, de la temprature, de la quantit de substance

Dans certains cas, le conflit ne sexprime pas nces-sairement entre deux paramtres, mais parfois entre deux valeurs dun mme paramtre. Par exemple, il faut quune chelle soit la fois grande (pour un accs une toiture) et petite (pour pouvoir tre range dans un espace raisonnable). Ce type de conflits sappelle contradiction physique dans la TRIZ. L encore, le nombre de types de solutions pour rsoudre ces contradictions est limit : 11 mthodes ou procds sont recenss par la thorie. (Altshuller a galement identifi des problmes qui ne se prsentent pas sous la forme dun conflit, mais qui peuvent tre modliss sous la forme de substances en interaction, par lin-termdiaire de champs. Cette modlisation champ-substance est reprsente graphiquement par un vpole. La TRIZ propose 76 standards pour rsoudre ce type de problmes. Ntant pas voque dans les textes officiels relatifs lEE CIT, cette mthode ne sera pas aborde.)

Nous allons dcouvrir maintenant comment la TRIZ nous guide pour passer dun problme spcifique une solution spcifique. Nous nous interdisons bien sr de chercher directement une solution !

Passer du problme spcifique au modle de problmes

Analyser le problmeIl faut dans un premier temps analyser le problme, le formuler, identifier des paramtres influents. Comment ? En disciplinant son raisonnement, en uti-lisant des mthodes de crativit telles que celles dcrites dans larticle prcdent. La TRIZ met notre disposition dautres outils (loprateur DTC, la mthode des petits bonshommes ), quil serait trop long de dcrire ici.

Nous vous proposons maintenant de vous mettre la TRIZ en essayant de rsoudre deux problmes. Pour chacun de ces exemples, prenez un brouillon et analysez,

Supersystmeplus ancien

Systme ou produitplus ancien

Ce qui existait avant

Ce qui existe maintenant

Ce qui pourrait exister

Sous-systmesou composants

plus anciens

Systmeou produit

actuel

Sous-systmesou composants

actuels

Systmeou produit

envisageable

Sous-systmesou composantsenvisageables

Supersystmeactuel

Supersystmeenvisageable

Supersystme

Pass Prsent Futur

Systme

Sous-systmes

5 Les 9 crans

8 La contradiction technique quantit de substance/forme

6 La forme initiale des botes pizza

7 Lexemple du pieu battu

Paramtre qui se dgrade Forme

Les principes d'innovation suggrs : sphricit changement de paramtres physiques et chimiques de lobjet

Quantit de substance

Paramtre amliorer

m a r s 2 0 1 1 t e c h n o l o g i e 1 7 2 4 34 2 t e c h n o l o g i e 1 7 2 m a r s 2 0 1 1

caractristique permet dviter cela ? Bien sr, cest laugmentation de lpaisseur du carton ! Mais nous ne voulons pas quil soit trop pais, il faut conomiser de la quantit de matire. Voil donc le paramtre amliorer, la quantit de substance.

Ce problme peut donc tre modlis sous la forme dune contradiction technique dans laquelle la quantit de substance samliore et la forme se dgrade.

Le pieu battuIdalement, il faudrait que lextrmit des pieux soit la fois plane et pointue. La caractristique influente de ce problme est la forme de lextrmit du pieu.

Ce problme peut donc tre modlis sous la forme dune contradiction physique : le mme paramtre (forme de lextrmit) doit prendre plusieurs valeurs (plane et pointue).

Passer du modle de problmes au modle de solutionsCest le cur de la TRIZ. En effet, en fonction du type du problme, identifi lors de lanalyse, des dmarches de rsolution sont prconises.

Dans le cas dune contradiction techniqueIl y a un paramtre amliorer, et un paramtre qui se dgrade. La TRIZ met disposition un tableau (une matrice) de rsolution des contradictions tech-niques. Le paramtre amliorer dfinit la ligne et le paramtre qui se dgrade la colonne. linter-section, le tableau donne les principes dinnovation que la TRIZ nous conseille dutiliser comme modle de solutions.

Pour la bote de pizzaLe modle du problme est une contradiction technique dans laquelle la quantit de substance samliore et la forme se dgrade 8 .

Aprs analyse des brevets, Altshuller a remarqu que, pour ce type de problmes, les solutions adop-tes dans la majorit des cas sinspirent du principe de sphricit et/ou du principe de changement de para-mtres physiques et chimiques de lobjet.

Dans le cas dune contradiction physiqueDans le cas dune contradiction physique, 11 mthodes sont proposes par la TRIZ. Nous nous limiterons ici la prsentation des trois premires, qui reposent sur la mme notion de sparation :

sparation dans le temps (un parapluie est ouvert sous la pluie, mais il se replie pour prendre peu de place quand il nest pas utilis) ;

sparation dans lespace (la pole est la fois chaude, pour faire cuire luf, et froide au niveau de la poigne, afin que lon puisse la manipuler) ;

sparation entre lobjet entier et ses composants (la chane de vlo est souple, mais chaque maillon est rigide).

formulez, identifiez des caractristiques influentes, reformulez-les en utilisant des paramtres.

Le problme de la bote pizzaPour livrer les pizzas chaudes au client, on les met dans des botes en carton rectangulaires 6 . Le livreur est souvent amen empiler ces botes. Oui mais voil, elles se dforment. Que faire pour que les botes pizza ne se dforment pas sans utiliser plus de matire ?

Le problme du pieu battuPour construire un btiment sur un sol meuble, on uti-lise des pieux. On a recours bien souvent des pieux battus, faonns lavance puis mis en place par bat-tage. Pour assurer un maximum de stabilit, il faut que lextrmit de ces pieux soit plane. Mais pour enfon-cer les pieux, il est prfrable quils aient une extr-mit pointue !

Plusieurs solutions semblent alors possibles, pour la forme du pieu :

sa face infrieure est plane, il peut supporter des charges importantes, mais senfonce difficilement ;

il est pointu, il peut supporter des charges faibles, mais senfonce facilement ;

il est lgrement pointu, il peut supporter des charges moyennes, et senfonce moyennement facilement 7 .

Cette dernire solution nest gure satisfaisante : il sagit dun compromis qui nlimine pas les dfauts mais les attnue. Avec la TRIZ, on doit pouvoir faire mieux

Identifier le type de problmesNous lavons vu, la TRIZ dfinit deux types de contradictions : Les contradictions techniques : deux paramtres en contradiction ont t identifis, et, quand un para-mtre samliore, lautre se dgrade ; Les contradictions physiques : un seul paramtre en contradiction a t identifi, qui doit tre la fois comme cela et pas comme cela .

Et vous, avez-vous russi identifier le type de pro-blmes pour les deux exemples proposs ? Nous allons voir cela tout de suite

Sessayer la TRIZ La bote pizzaOn peut imaginer facilement que, pour que la bote en carton ne se dforme pas, il faut que le carton soit plus pais. Mais comment faire sans utiliser plus de matire ? Si le carton est fin, la bote se dforme ; si le carton est pais, la bote ne se dforme pas.

On a identifi deux caractristiques en contradiction, il semble donc que ce problme puisse tre modlis sous la forme dune contradiction technique. Essayons de la formuler en utilisant les paramtres proposs par la TRIZ, dans une expression du type quand un para-mtre samliore, un autre se dgrade .

Notre but est dviter la dformation de la bote ; la forme est donc le paramtre qui se dgrade. Quelle

4 4 t e c h n o l o g i e 1 7 2 m a r s 2 0 1 1

avons surmont la contradiction et rsolu notre pro-blme : la forme ne se dgrade plus.

Le pieu battu : proposition de solutionsPour notre exemple, la TRIZ nous suggre dutiliser la sparation dans le temps. Il faut que lextrmit soit pointue pour faciliter la mise en place, mais plane une fois en place.

On peut alors imaginer plusieurs solutions sur la base de dispositifs escamotables placs la base du pieu ou le long de sa structure pour le stabiliser une fois enfonc. Des brevets on t dposs proposant diffrentes solutions dans ce sens.

innover pour voluerDeux concepts reviennent frquemment dans le pro-gramme de CIT : les lois dvolution et les principes dinnovation.

Les premires peuvent nous aider positionner un produit sur la courbe de son volution et imaginer ainsi vers quoi il pourrait voluer. Les seconds doivent tre utiliss comme des outils de rsolution lorsque nous sommes confronts une contradiction technique. Sans apporter de solution cls en main, ils orientent et guident la recherche dans la direction pertinente.

Alors, mme si la TRIZ semble difficile mettre en uvre dans sa totalit avec des lves de seconde, sa dmarche structure est sduisante, avec son ana-lyse systmatique des problmes, son identification des paramtres influents et son tape dinterprtation qui permet dexercer sa crativit. Si vous vous sentez mieux arms pour donner vos lves le got de lin-novation, nos objectifs sont atteints. n

Pour le pieu battuLe modle de problme est une contradiction physique : lextrmit doit tre la fois plane et pointue, mais pas en mme temps ! La mthode de la TRIZ adopter est la sparation dans le temps.

Passer du modle de solutions une solution spcifiqueNous touchons pratiquement au but, mais cette dernire tape est certainement la plus dlicate. Le modle de solutions peut amener plusieurs solutions spcifiques, cest le moment de faire preuve de crativit ! En pra-tique, il faut aussi rpertorier, analyser et utiliser les ressources disponibles.

Pour russir, il faut sentraner penser autrement, utiliser les mthodes de crativit dcrites dans larticle prcdent (la TRIZ met notre disposition dautres outils que nous ne prsenterons pas ici).

La bote pizza : proposition de solutionLa TRIZ permet de dfinir un modle de solutions comme une proposition dutilisation de principes dinnovation qui doivent nous guider dans la recherche de solutions spcifiques. Pour notre exemple, la TRIZ nous suggre dutiliser lun ou les deux principes dinnovation suivants :

Le principe de sphricit : remplacer les parties linaires par des parties

courbes, les surfaces planes par des surfaces sph-rodales, les parties cubiques ou en forme de parall-lpipde par des formes sphriques ;

utiliser les rouleaux, les billes, les spirales ; remplacer la translation par la rotation, utiliser

la force centrifuge.

Le principe de changement de paramtres phy-siques et chimiques de lobjet :

modifier ltat de phase de lobjet ; modifier la concentration et la consistance ; modifier le degr de flexibilit ; modifier la temprature.

Il faut se souvenir que la matrice dAltshuller est le rsultat de lanalyse statistique, et on ne peut pas exiger que tous les principes qui se trouvent dans les cellules du tableau soient applicables toutes les situations. Par exemple, dans notre cas il nest pas possible dutiliser le principe de changement de paramtres physiques et chimiques de lobjet.

Et l, mme pour une bote pizza, il ny a pas de recette, il faut tre cratif Alors, vous avez une ide ?

Lune des solutions qui a t adopte, et qui dailleurs a fait lobjet dun dpt de brevets aux tats-Unis, utilise le principe de sphricit 9 . Au lieu de la forme rectangulaire, nous pouvons utiliser la forme cylindrique et transformer le fond en forme de coupole (segments de sphre). Une telle forme devient plus rigide, nous

9 La sphricit des nouvelles botes pizza

En rayonLes ouvrages de Guenrich Altshuller 40 principes dinnovation TRIZ pour toutes applications ainsi quEt soudain apparut linventeur Les ides de TRIZ sont traduit du russe et dit par Avraam Srdinski.

Avraam Srdinski85, rue de Quinay - 86000 Poitiers

tl./Fax : 05 49 58 16 07

www.as-triz.com

avraam.seredinski@aliceadsl.fr