Prototype kit autonome de lombricompostage des déchets - WikiMemoires

Prototype kit autonome de lombricompostage des déchets


Prototype de kit autonome de lombricompostage des déchets
Chapitre 4 : Approche méthodologique de conception et de dimensionnement d’un prototype de kit autonome de lombricompostage des déchets domestiques biodégradables
Le chapitre 4 présente la méthodologie de conception et de dimensionnement utilisées pour mettre sur pied un prototype de kit autonome de lombricompostage des déchets domestiques biodégradables.

4.1- Méthodes de conception

4.1.1-Étude comparative des méthodes de conception

Afin de déterminer la méthode de conception la mieux adaptée à notre problème, nous allons procéder à une étude comparative des différentes méthodes de conception. Cela est présenté dans le tableau 10.
6Tableau 10 : Méthodes de conception : avantages et inconvénients

Méthode de conception Avantages Inconvénients
Conception à coût objectif optimisation des coûts de conception, évite le gaspillage, bonne communication avec le client. réduction des performances techniques, ne tient pas compte des aléas de conception.
Eco-conception minimise l’impact du produit sur son environnement;
recyclabilité des matériaux utilisés.
augmentation des coûts de conception; n’est pas centrée sur la notion du besoin; adaptée pour une certaine classe de produit.
Reverse Engineering maîtrise quasi parfaite du fonctionnement du produit;
très importante dans un environnement concurrentiel.
Inadapté lorsque le produit n’existe pas encore.
Ingénierie simultanée maîtrise de la technologie, intégration de toutes les phases du produit lors de la conception. Fait allusion à des notions qui ne sont pas toujours connues par le client : insécurité du client.
Analyse de la valeur Centrée sur les notions de besoins et de fonctions du produit (performances techniques),
Favorise le croisement des compétences,
Utilisée pour la conception et la reconception du produit,
Prend en compte l’interaction du produit avec l’environnement,
S’assure de la satisfaction du client,
Optimisation des coûts de conception.
Processus de conception assez subjectif,
Demande une disponibilité quasi permanente des participants,
Remise en cause du fonctionnement de certains produits (ou processus).

4.1.2- Choix de la méthode de conception

Au vue de tous les critères sus mentionnés, la méthode de conception utilisée pour mettre en place notre kit autonome de lombricompostage des déchets domestiques biodégradables est l’Analyse de la Valeur (AV).
En effet, c’est une méthode d’investigation qui implique un croisement de multiples regards sur le produit, sur le besoin de l’utilisateur, sur les coûts, sur les contraintes de l’environnement, sur le marché et donc sur la valeur de ce produit.

4.2- Présentation de l’analyse de la valeur 4.2.1- Historique

Conçue aux Etats-Unis dans les années 60 par Lawrence Delos Miles, Ingénieur à la General Electric, l’analyse de la valeur s’applique aussi bien pour l’amélioration des produits existants qu’à la conception des produits nouveaux. Elle repose sur quatre caractéristiques fondamentales :

⇒ L’analyse fonctionnelle :

C’est le point central de la méthode dans la mesure où l’analyse de la valeur repose sur la notion de fonction,

⇒ Le plan de travail :

Celui-ci doit être strictement respecté,

⇒ Le groupe de travail :

C’est un groupe pluridisciplinaire qui représente la structure opérationnelle de l’action de l’analyse de la valeur et

⇒ L’approche économique globale :

Il s’agit de trouver un compromis entre le coût et les fonctions d’un produit, tout en assurant un niveau de qualité nécessaire et suffisant.

4.2.2- Champs d’application

L’analyse de la valeur peut être utilisée soit pour améliorer un produit ou un service déjà existant, soit être mise en œuvre directement au moment de sa conception. Le but de cette méthode est de concevoir un « produit » parfaitement adapté aux besoins de son utilisateur et ce, au coût le plus faible.
Elle améliore donc la qualité d’un « produit » sans en augmenter le coût ou diminue le coût du produit sans réduire le niveau des services attendus.
La méthode peut donc s’appliquer dans toutes les entreprises, l’ensemble des services et tous les secteurs économiques. Lorsqu’il s’agit d’analyse de la valeur de produit, on parle de « Value Analysis », lorsque c’est de l’analyse de la valeur en conception de « Value engineering » et enfin, pour de l’analyse de la valeur en gestion, on parle de « Value Management ».

4.2.3- Définition

Selon l’AFNOR, l’analyse de la valeur est une méthode de compétitivité, organisée et créative, visant à la satisfaction de l’utilisateur, par une démarche spécifique de conception, à la fois fonctionnelle, économique et pluridisciplinaire.
La valeur d’un produit est une grandeur qui croit lorsque la satisfaction du besoin augmente et/ou que le coût du produit diminue. La valeur peut donc être considérée comme étant le rapport entre l’aptitude aux fonctions divisée par le coût des solutions.
C’est une démarche fonctionnelle, économique et pluridisciplinaire. Cette démarche s’intéresse au produit, repose sur des concepts, s’appuie sur des coûts, s’articule sur des fonctions.

4.2.4-Étapes de l’analyse de la valeur

L’analyse de la valeur est une démarche de conception permettant d’aboutir à la mise sur pied d’un produit. Pour ce faire, elle suit plusieurs étapes aussi importantes les unes que les autres.
Ces étapes sont présentées dans le diagramme de la figure 21.
Prototype kit de lombricompostage - Étapes de l’analyse de la valeur
Figure 21 : Étapes de l’analyse de la valeur

4.3- Conception

4.3.1- Cahier des charges

Le kit à concevoir doit avoir les composantes suivantes :
un couvercle « haut », pour conserver l’humidité, protéger les lombrics de la lumière et éviter le dessèchement. Quel que soit le modèle choisi, le couvercle évite la propagation des odeurs et l’intrusion des insectes. Il est muni en son centre d’une poignée ergonomique pour un grand confort de préhension.
quatre bacs encastrables dont :
-trois bacs supérieurs empilés dont les fonds sont perforés,
-un bac inférieur avec robinet dont le fond n’est pas perforé. Cette partie est destinée à récupérer les jus issus des déchets (lombrithé). Le fond du bac inférieur est en pente douce pour éviter la stagnation des jus.
→ une embase dotée de six roulettes pour un déplacement aisé du lombricomposteur. A ces composantes, sont associés les accessoires ci-après :
→ un bio seau en plastique muni d’un couvercle de capacité 40 litres pour stocker les déchets domestiques biodégradables, avant de les déverser dans le lombricomposteur. Il facilite la collecte et le tri des déchets fermentescibles de cuisine.
→ un peson : c’est une balance qui sert à peser les déchets fermentescibles,
→ un thermomètre à sonde pour compost : il permet de mesurer la température au cœur du tas de compost et ainsi d’indiquer son degré d’activité,
→ une fourche à compost : il sert à brasser, à homogénéiser les matières et à redonner une bonne aération au compost,
→ un tamis : il permet d’affiner le compost produit et de supprimer les déchets non décomposés,
→ un robinet en plastique alimentaire : pour évacuer le jus provenant de biodéchets,
→ un bac récolteur de jus, de contenance 500 mℓ, il permet d’une part la récolte des jus et d’autre part, de doser facilement le lombrithé par rapport à la quantité d’eau lors de l’arrosage des plantes.
Les images de ces accessoires sont présentées à l’annexe 2.

4.3.2- Mise en œuvre de la méthodologie de l’analyse de la valeur

4.3.2.1- Orientation de l’action et cadre de l’étude

Le kit que nous allons concevoir est une contribution à la gestion des déchets solides fermentescibles.

4.3.2.2- Recherche de l’information

Après avoir déterminé les causes et les conséquences de la mauvaise gestion des déchets ménagers dans le quartier Mbankolo et après avoir vérifié que le problème est réel et que son enjeu est significatif, il va falloir faire appel à un outil de gestion de la qualité qui permettra de structurer les informations pour pouvoir analyser la situation : c’est la méthode QQOQCP.
Certains problèmes ont des solutions évidentes, d’autres sont plus complexes et nécessitent une grande compréhension de la situation.
La méthode de QQOQCP permet d’avoir sur toutes les dimensions du problème, des informations élémentaires suffisantes pour identifier ses aspects essentiels. Elle adopte une démarche d’analyse critique constructive basée sur le questionnement systématique.
Synonyme :
QQOQCP : Quoi ? Qui ? Où ? Quand ? Comment ? Pourquoi ?
Le QQOQCP (Qui, Quoi, Où, Quand, Comment, Pourquoi
Principe : il s’agit de poser les questions de façon systématique afin de n’oublier aucune information connue.
Après la recherche systématique des réponses aux questions en rapport avec le dysfonctionnement, nous avons pu compléter le tableau 11 pour la recherche de l’information.
Tableau 11: Information pour un kit d’assainissement solide des déchets domestiques fermentescibles

Question Réponse
Quoi ? (le problème est en relation avec quoi ?) Les maladies transmissibles à l’origine des déchets telles que le paludisme, la typhoïde et le choléra, la quantité d’ordures ménagères contenues dans une poubelle.
Qui ?
(qui est concerné par le problème ?)
Les ménages :
exerçant une activité agricole autour de leur maison d’habitation, ayant un espace vert dans les alentours de leur maison ou des fleurs, pratiquant l’horticulture7.
Où ?
(le lieu où ces déchets se produisent)
Au sein de chaque ménage
Quand ?
(quand est-ce qu’ils se produisent ?)
Beaucoup plus en saison des pluies, durant la période de récolte des denrées alimentaires, notamment celles des mangues et du maïs, pendant la production et la consommation des déchets solides.
Comment ?
(comment le problème évolue-t-il ?)
Protection et régénération de l’environnement dans les quartiers bénéficiaires du projet à travers l’élimination permanente des déchets solides afin d’éviter leur accumulation dans les rigoles, les caniveaux et surtout dans les cours d’eau.
Pourquoi ? Réduire le volume de déchets solides dans les poubelles, l’amélioration de la qualité des relations entre les voisins dans les quartiers, disparition des tas sauvages d’ordures, diminution des mauvaises odeurs, enfin, la baisse considérable des vecteurs de maladies (mouches, cafards, rats, moustiques).

4.3.2.3- Analyse fonctionnelle du besoin

L’analyse fonctionnelle du besoin est une démarche qui consiste à analyser un produit d’une manière systémique en l’examinant aussi bien de l’intérieur que de l’extérieur afin de porter une attention particulière aux interactions entre ses différents éléments de l’environnement.
Une analyse fonctionnelle progresse suivant trois phases :
Phase 1 : recherche du besoin fonctionnel. L’outil de recherche est appelé « bête à cornes ».
Phase 2 : recherche des fonctions de service : son principe consiste à étudier le produit pour découvrir et dresser la liste de tous les éléments du milieu extérieur en contact avec ce produit. Pour cela, on utilise l’outil « Pieuvre ».
Phase 3 : caractérisation et hiérarchisation :

→ caractérisation
  • ⇒ mettre en évidence la performance que devra atteindre le produit,
  • ⇒ pour chaque fonction de service, rechercher les critères d’appréciation,
  • ⇒ pour chaque critère d’appréciation, préciser le niveau de flexibilité.
→ Hiérarchisation

⇒ Jugement sur la fonction de service accordée par l’utilisateur.
Phase 1 : recherche du besoin fonctionnel

→ Identifier le besoin

Pour identifier le besoin, on va utiliser la méthode de bête à cornes. Cette méthode repose sur trois questions :

  • ⇒ A qui le produit rend-t-il service ?
  • ⇒ Sur quoi le produit agit-il ?
  • ⇒ Dans quel but ?

L’expression du besoin se trouve matérialisée dans le diagramme « bête à cornes » représenté dans la figure 22:

Prototype kit autonome de lombricompostage - le diagramme bête à cornes

A tous les habitants de maisons individuelles pratiquant l’agriculture, l’horticulture ou ayant un espace vert.
La fraction fermentescible des ordures ménagères.
Kit autonome de lombricompostage des déchets domestiques fermentescibles

Réduire les déchets domestiques biodégradables à traiter par la collectivité,
réduire de 30 % le volume de sa poubelle,
valoriser les déchets biodégradables en compost,
lutter contre les émissions des gaz à effet de serre (CO2 et H2O) et la pollution liés aux déchets,
contribuer à l’économie circulaire,
produire soi-même un amendement biologique de qualité, afin de l’utiliser directement en agriculture, en jardinage et aussi pour les espaces verts. Il renforce le stock d’humus dans le sol et améliore sa fertilité,
contribuer à la préservation de l’environnement.

Figure 22 : Diagramme « Bête à cornes » pour la mise en place d’un kit autonome de lombricompostage des déchets organiques domestiques

→ Validation du besoin

La validation du besoin pour la mise en place d’un kit autonome de lombricompostage des déchets organiques domestiques est réalisée dans le tableau 12.
Tableau 12 : Validation du besoin pour un kit d’assainissement solide des déchets ménagers

QUESTIONS REPONSES
Pourquoi ce produit8 existe-t- il ? -afin de réduire les impacts négatifs que les déchets causent à l’environnement (contamination des sols par le lixiviat, émission des gaz à effet de serre et l’emploi des engrais chimiques),
-réduire le tonnage des biodéchets de cuisine et déchets verts pris en charge par la collectivité,
-réduire les coûts d’élimination des ordures ménagères.
Pourquoi ce besoin existe-t-il ? -nourrir le sol par l’apport d’un engrais naturel et gratuit,
-faire des économies sur le transport et l’incinération des déchets,
-encourager les habitants à composter afin de réduire la part fermentescible contenue dans les ordures ménagères.
Qu’est ce qui pourrait faire disparaître ce besoin (risques et contrainte) ? Nous ne trouvons aucun risque dans la mise en place de ce kit, tant que les moyens suivront. Car ce projet contribue à l’amélioration du cadre de vie des populations bénéficiaires qui pourront être l’objet d’un risque s’ils ne contribuent pas aux charges mensuelles. Quant à la contrainte, elle n’est pas aussi perceptible. Mais, le plus important est la collaboration des diverses administrations.

Phase 2 : Recherche des fonctions de service
Une fonction de service désigne l’action attendue d’un produit pour répondre à un élément du besoin d’un utilisateur donné. Il existe deux types de fonctions de service : la fonction de service principale notée FP et la fonction de service complémentaire ou fonction contrainte notée FC.
La fonction de service principale justifie la raison d’être du produit tandis que la fonction contrainte complète, améliore le service rendu, et adapte le produit aux exigences de l’environnement.
Cette méthode consiste à étudier le produit pour découvrir et dresser la liste de tous les éléments du milieu extérieur en contact avec ce produit. Pour cela, on utilise l’outil « Pieuvre ». Dans le diagramme « Pieuvre » de la figure 23, sont représentées les différentes fonctions à remplir par le lombricomposteur ainsi que les interactions entre le kit et son milieu extérieur.

Prototype kit de lombricompostage - Diagramme Pieuvre pour un lombricomposteur individuel en acier galvanisé

Figure 23 : Diagramme « Pieuvre » pour un lombricomposteur individuel en acier galvanisé
Le tableau 13 explicite les fonctions de service représentées sur le diagramme Pieuvre précédent :
Tableau 13 : Formulation des fonctions de service du lombricomposteur individuel en acier galvanisé des déchets biodégradables.

Fonction de service Expression de chaque fonction de service
FP Permettre à l’utilisateur d’obtenir un engrais biologique
de bonne qualité, naturel et gratuit.
FC1 Créer une litière de vers carbonée dans le premier bac et y
mettre des lombrics
FC2 respecter les bonnes conditions (température, humidité,
pH, aération, obscurité, absence de bruit)
FC3 être durable
FC4 répondre aux exigences de qualité (hygiène et propreté)
FC5 être solide : résister à l’environnement extérieur
FC6 être facile au montage/démontage et à la mobilité
FC7 s’adapter au contexte économique du Cameroun
FC8 être esthétique

Le concepteur n’accorde pas la même importance à toutes les fonctions de service. Il est donc intéressant de faire une caractérisation et une hiérarchisation des fonctions. Elle est présentée dans la phase 3.
Phase 3 : caractérisation et hiérarchisation

→ Tri croisé

Afin de déterminer les fonctions de service, il faut les ordonner par ordre d’importance par la méthode tri croisé. Le principe de cette méthode est de choisir un barème de note en ayant comparé les fonctions deux à deux. Lors de la comparaison, les fonctions sont affectées d’un coefficient d’importance pouvant varier entre 1 à 3 (par importance croissante), le 0 à éviter.
Quand toutes les fonctions ont été confrontées, on totalise les points attribués à chaque fonction. Celles ayant le poids total le plus grand sont les plus importantes. Cela est présenté dans le tableau 14.
Tableau 14 : Hiérarchisation des fonctions de service selon leur poids (importance en pourcentage)

FC1 FC2 FC3 FC4 FC5 FC6 FC7 FC8 Poids total Pourcentage Poids total corrigé Pourcentage corrigé
FP FP FP FP FP FP FP FP FP FP FP FP FP
3 2 2 2 2 2 2 2 17 22,97 17 22,97
FC1 FC1 FC1 FC1 FC1 FC1 FC1 FC1 FC1 FC1 FC1 FC1
2 2 2 3 2 2 2 15 20,27 15 20,27
FC2 FC2 FC2 FC2 FC2 FC2 FC2 FC2 FC2 FC2 FC2
1 2 3 2 2 2 12 16,22 12 16,22
FC3 FC3 FC3 FC3 FC3 FC3 FC3 FC3 FC3 FC3
2 2 2 2 2 10 13,51 10 13,51
FC4 FC4 FC4 FC4 FC4 FC4 FC4 FC4 FC4
1 2 2 2 7 9,46 7 9,46
FC5 FC5 FC5 FC5 FC5 FC5 FC5 FC5
2 2 2 6 8,11 5 6,76
FC6 FC6 FC6 FC6 FC6 FC6 FC6
2 2 4 5,41 3 4,05
FC7 FC7 FC7 FC7 FC7 FC7
3 3 4,05 3 4,05
FC8 FC8 FC8 FC8 FC8
0 0 2 2,70
Total 74 100 74 100,00
Pondération
  • 0 : pas de supériorité
  • 1 : égale ou légèrement supérieure
  • 2 : moyennement supérieure
  • 3 : nettement supérieure

On note dans le tableau 14 que la fonction FC8 a un poids nul, ce qui n’est pas admissible. Dans cette situation, il faut lui attribuer un pourcentage d’existence qui doit être inférieur au plus petit pourcentage du tableau, puis on affecte le complément 100 % aux autres fonctions.
Dans notre cas, pour corriger la fonction FC8, on se propose de lui attribuer un poids de 2 qui correspond à un pourcentage de 2,70 % (ce pourcentage étant inférieur au plus petit pourcentage existant). Les 97,30 % restant sont attribués aux autres fonctions de la façon suivante : nous maintenons le pourcentage des fonctions FP, FC1, FC2, FC3, FC4 et FC7 car étant les plus importantes et nous mettons au même niveau les fonctions FC5 et FC6.
D’où l’histogramme des besoins de la figure 24.
Prototype kit de lombricompostage - Histogramme ordonné de la hiérarchisation des fonctions de service

Figure 24 : Histogramme ordonné de la hiérarchisation des fonctions de service

4.3.2.4- Recherche des solutions

La recherche des solutions nous conduit à un « diagramme FAST ». C’est une méthode américaine utilisée en Allemagne et en France signifiant « Functional Analyse System Technique » qui peut se traduire par : « Technique d’Analyse Fonctionnelle Systématique ».
Un diagramme FAST permet d’établir le lien entre le besoin fondamental et l’architecture d’un produit en passant par les fonctions de service (extérieures au produit) et les fonctions techniques (internes au produit).
Lorsque les fonctions de service sont identifiées, la méthode FAST les ordonne et les décompose suivant une logique fonctionnelle pour aboutir aux solutions techniques de réalisation. Cet outil d’analyse vise particulièrement l’analyse fonctionnelle d’un produit existant. Les fonctions connues sont écrites dans des rectangles ou boites (vignettes rectangulaires FAST).
Dans notre cas, nous obtenons le diagramme FAST de la figure 25.
• Fonction FP

Prototype kit de lombricompostage - Fonction FC1


Fonction FC1

• Fonction FC1

Prototype kit de lombricompostage - Fonction FC

• Fonction FC2

Fonction FC

• Fonction FC
• Fonction FC3

Prototype kit de lombricompostage - Utilisation des produits désinfectants

Utilisation des produits désinfectants
• Fonction FC

Prototype kit de lombricompostage - Fonction FC

Être solide Résister aux intempéries Utilisation des matériaux adéquats pour le lombricomposteur
• Fonction FC6

Fonction FC

• Fonction FC

Prototype kit de lombricompostage - Fonction FC

• Fonction FC

Fonction FC

Figure 25 : Diagramme FAST pour un lombricomposteur individuel des déchets fermentescibles
L’outil efficace de prise de décision est le diagramme de Pareto qui sera illustré par la figure 26.

Prototype kit de lombricompostage - Diagramme de Pareto des fonctions de service (1897)

Figure 26 : Diagramme de Pareto des fonctions de service (1897)
Le diagramme de Pareto montre que le point de rencontre des courbes de tendance est le point de fonctionnement de notre lombricomposteur. Ce point de fonctionnement est situé entre FC1 et FC2; il est le noyau central sur lequel se greffent les huit autres fonctions. Le choix des huit autres fonctions doit être fait de façon à améliorer FC1 et FC2.
FC1 : créer une litière de vers carbonée dans le premier bac et y mettre des lombrics. FC2 : respecter les bonnes conditions (température, intempéries, aération, humidité).
Après avoir identifié le point de fonctionnement du lombricomposteur grâce au diagramme de Pareto illustré sur la figure 26, il serait important de le dimensionner.
La méthodologie de dimensionnement du système est présentée dans le paragraphe suivant.
_____________________________
6L. Meva’a (2015). Cours de Méthodes de conception, Ecole Nationale Supérieure Polytechnique de Yaoundé.
7 Horticulture : art de cultiver les jardins. Culture des légumes, fruits et fleurs de jardin.
8 Le produit est l’élément concret qui répond au besoin.


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