Méthode TRIZ : matrice, 40 principes et un cas résolu pas à pas

TRIZ est une méthode de résolution de problèmes techniques et d’innovation qui part d’une idée simple : un problème d’ingénierie difficile cache presque toujours une contradiction, une amélioration qui en dégrade une autre. Plutôt que de chercher un compromis, TRIZ cherche à lever la contradiction, en s’appuyant sur des principes tirés de l’analyse de brevets. Cette page présente la méthode, puis la déroule pas à pas sur un problème de conception d’exemple, de la contradiction jusqu’à la solution.

39 paramètres

pour décrire une contradiction technique

40 principes

d’innovation proposés par la matrice

4 séparations

pour lever une contradiction physique

1 cas

déroulé de bout en bout sur cette page

Il vous faut : un problème technique formulé par écrit (un défaut de conception, un compromis de produit, une limite de processus), une connaissance du système (plans, efforts, contraintes de fabrication), la matrice des contradictions et la liste des 40 principes. Une équipe de conception, avec quelqu’un qui connaît la fabrication, trouve plus de pistes qu’une personne seule.

Ce qu’est TRIZ

TRIZ est l’acronyme russe de « théorie de la résolution des problèmes inventifs ». Elle a été élaborée à partir de 1946 par l’ingénieur soviétique Genrich Altshuller, à partir de l’analyse de très nombreux brevets d’invention. Son constat : les inventions les plus fortes ne trouvent pas un compromis entre deux exigences opposées, elles suppriment l’opposition. Et les mêmes façons de la supprimer reviennent d’un domaine technique à l’autre.

Quatre notions structurent la méthode :

• la contradiction : améliorer un paramètre du système en dégrade un autre (contradiction technique), ou un même paramètre doit prendre deux valeurs opposées (contradiction physique) ;
• l’idéalité : le système idéal remplit sa fonction sans coût, sans masse, sans effet nuisible. On ne l’atteint jamais, mais il indique la direction ;
• les ressources : ce qui existe déjà dans le système ou autour de lui (matière, énergie, espace, temps) et qu’on peut utiliser sans rien ajouter ;
• l’inertie psychologique : la tendance à chercher la solution dans son propre domaine et dans les solutions connues. TRIZ la contourne en passant par une formulation abstraite du problème.

Altshuller a aussi classé les inventions en cinq niveaux : du simple perfectionnement, trouvé dans le domaine même du problème, jusqu’à la découverte d’un phénomène nouveau. Les niveaux intermédiaires, où l’on emprunte une solution à un autre domaine technique, sont ceux que la méthode vise : c’est là que les principes tirés des brevets d’autres industries apportent le plus.

Le chemin général de la méthode TRIZ est le suivant : on reformule le problème particulier en problème type (une contradiction entre deux paramètres standard), on cherche les principes de solution qui ont servi à résoudre ce problème type, puis on traduit ces principes en solution particulière. C’est ce que fait la matrice des contradictions.

Résoudre un problème avec TRIZ : le carter trop lourd

Exemple : un bureau d’études conçoit le carter en aluminium moulé d’un réducteur pour une machine mobile. Les essais montrent que le carter se déforme trop sous charge : les roulements se désalignent. La solution évidente, épaissir les parois, alourdit le carter au-delà de la masse admise.

1. Formuler le problème et le résultat idéal

Écrivez le problème sans solution dedans. Pas « il faut épaissir le carter », mais : « le carter doit tenir les roulements alignés sous la charge maximale, sans dépasser la masse admise ».

Formulez ensuite le résultat idéal final : le carter tient les roulements alignés par lui-même, sans matière supplémentaire. Il ne se réalisera pas tel quel, mais il oriente la recherche vers les ressources déjà présentes : la forme du carter, la répartition de la matière, les pièces voisines.

Trois questions aident à bien poser le problème : quelle fonction le système doit-il remplir (ici, tenir les roulements alignés) ? Qu’est-ce qui l’en empêche (la déformation sous charge) ? Qu’est-ce qui est interdit (dépasser la masse, changer le principe du réducteur, changer de fournisseur de fonderie) ? Les interdits délimitent le champ de solutions et évitent les idées hors sujet.

Notez enfin les ressources disponibles : l’espace extérieur autour du carter, la liberté de forme qu’offre la fonderie, les efforts eux-mêmes, dont on connaît les chemins par le calcul.

2. Écrire la contradiction technique

Une contradiction technique s’écrit en deux phrases : « si l’on améliore A, alors B se dégrade ». Sur l’exemple :

• si l’on épaissit les parois, le carter devient plus résistant et plus rigide, mais il devient plus lourd ;
• si l’on garde des parois minces, le carter reste léger, mais il se déforme trop.

Les deux formulations décrivent la même contradiction vue de chaque côté. TRIZ demande de garder les deux : la matrice n’est pas symétrique, et chaque sens peut proposer des principes différents.

3. Choisir les deux paramètres parmi les 39

La matrice décrit les contradictions avec 39 paramètres génériques : masse, longueur, surface, vitesse, force, contrainte, forme, résistance, température, fiabilité, facilité de fabrication, etc. Il faut traduire la contradiction réelle dans ce vocabulaire.

Sur l’exemple, le paramètre qu’on veut améliorer est la résistance (paramètre 14) : la capacité du carter à tenir la charge sans se déformer au-delà du permis. Le paramètre qui se dégrade est la masse d’un objet immobile (paramètre 2) : le carter est fixé au châssis, il ne se déplace pas par rapport à lui. Pour le problème inverse, on lit la ligne 2 et la colonne 14.

Ce choix est l’étape la plus délicate. Deux équipes peuvent retenir deux paramètres voisins (contrainte plutôt que résistance, forme plutôt que masse). C’est permis : lire deux ou trois cases voisines élargit les idées.

4. Lire la matrice des contradictions

La matrice croise les 39 paramètres : la ligne donne le paramètre amélioré, la colonne le paramètre dégradé, et la case indique les numéros des principes d’innovation les plus souvent employés pour ce type de contradiction.

La case ligne 14, colonne 2 propose, dans l’ordre : 40 matériaux composites, 26 copie, 27 objet éphémère et bon marché, 1 segmentation. La case inverse, ligne 2, colonne 14, propose 28 remplacement du système mécanique, 2 extraction, 10 action préalable et 27.

Chaque principe est une piste à traduire, pas une solution. Sur l’exemple :

• 40, matériaux composites : un carter en aluminium avec des inserts en acier aux logements de roulements, là où la rigidité compte le plus ;
• 26, copie : remplacer une partie des prototypes par la simulation numérique des déformations, pour explorer plus de formes ;
• 27, objet éphémère : peu de sens pour un carter de série, on l’écarte ;
• 1, segmentation : diviser la paroi pleine en éléments : une peau mince et des nervures.

5. Passer à la contradiction physique

La contradiction technique opposait deux paramètres. En creusant, on trouve souvent un seul paramètre qui doit prendre deux valeurs opposées : c’est la contradiction physique. Sur l’exemple :

La paroi du carter doit être épaisse pour que le carter ne se déforme pas, et mince pour qu’il reste léger.

Cette forme est plus précise que la précédente, parce qu’elle désigne l’élément à modifier (la paroi) et la propriété en conflit (l’épaisseur). Elle ouvre les principes de séparation, plus directs que la matrice.

6. Séparer les exigences contradictoires

Une contradiction physique se lève en séparant les deux exigences. Quatre séparations existent :

La séparation dans l’espace et la séparation entre le tout et les parties convergent vers la piste du principe 1, segmentation : de la matière là où passent les efforts, et seulement là.

7. Retenir et vérifier une solution

L’équipe retient une combinaison de pistes : des parois minces, des nervures placées sur les chemins d’effort calculés, et des inserts en acier aux logements de roulements. La solution reprend les principes 1 et 40 de la matrice et la séparation dans l’espace.

Elle se vérifie comme toute solution de conception : calcul des déformations par éléments finis, puis essai sur prototype à la charge maximale, avec la mesure de l’alignement des roulements. Si la déformation reste au-delà du permis, on revient à l’étape 4 avec une autre case ou une autre séparation.

La solution est aussi à vérifier du côté de la fabrication : des nervures fines doivent rester moulables, et les inserts doivent être placés dans le moule. Une solution TRIZ qui crée une nouvelle contradiction (rigidité contre facilité de fabrication) se traite par un nouveau tour.

TRIZ et la créativité

TRIZ est souvent rangée parmi les méthodes de créativité, à côté du brainstorming. L’approche est pourtant différente. Le brainstorming produit beaucoup d’idées et compte sur le nombre ; la méthode TRIZ part d’une analyse du problème et oriente la recherche vers les concepts de solution qui ont déjà fonctionné ailleurs. Pour l’ingénieur, c’est un outil d’innovation systématique : on peut innover sur un produit sans attendre l’idée géniale, en suivant une démarche inventive écrite.

Les deux ne s’opposent pas. Une séance TRIZ gagne à commencer par un tour d’idées libres, pour vider les solutions évidentes, puis à passer à la formulation de la contradiction pour aller au-delà.

Quand employer TRIZ

TRIZ n’est pas l’outil de tous les problèmes. Elle sert quand un problème technique résiste aux compromis : chaque solution envisagée améliore un point et en dégrade un autre, et l’équipe tourne en rond entre plusieurs réglages moyens. C’est le signe qu’une contradiction n’a pas été formulée.

Elle sert peu quand la cause du problème est inconnue : il faut d’abord la trouver, avec un diagramme d’Ishikawa ou les 5 pourquoi. Elle sert peu aussi quand la solution existe déjà dans l’entreprise ou chez les fournisseurs : une recherche dans les catalogues et les brevets va plus vite.

Les usages les plus courants en entreprise :

• la conception d’un nouveau produit, pour dépasser un compromis de cahier des charges (masse contre résistance, coût contre performance) ;
• l’amélioration d’un procédé, quand un réglage ne peut pas satisfaire deux exigences en même temps ;
• le contournement d’un brevet concurrent, en cherchant une autre façon de lever la même contradiction.

Un second exemple, sans la matrice

Toutes les résolutions ne passent pas par la matrice. Exemple : sur une ligne de conditionnement, un convoyeur à bande doit entraîner les cartons vers la machine suivante, mais aussi les laisser s’accumuler sans s’écraser quand cette machine s’arrête. La contradiction physique se formule directement : le contact entre la bande et le carton doit adhérer (pour entraîner) et glisser (pour accumuler).

La séparation selon la condition donne la piste : adhérer quand la voie est libre, glisser quand elle est bloquée. C’est le principe des convoyeurs d’accumulation, où les rouleaux sous un carton arrêté cessent d’entraîner. La séparation dans l’espace en donne une autre : une zone d’entraînement et une zone tampon, avec un capteur de présence entre les deux.

L’exemple montre la force de la contradiction physique : une phrase bien formulée suffit parfois à désigner la solution.

Les 40 principes d’innovation

Les 40 principes sont les solutions types que la matrice désigne par leur numéro. Leurs intitulés varient selon les traductions ; nous reprenons ceux de la matrice publiée par triz40.com.

Quelques principes se comprennent mieux sur un objet courant. La qualité locale (3) donne à chaque partie d’un objet la propriété qui convient à sa fonction : une lame de couteau trempée sur le tranchant seulement. Les poupées russes (7) logent un objet dans un autre : une antenne télescopique. L’action préalable (10) fait à l’avance tout ou partie d’une opération : un joint livré pré-graissé.

Ce qui fait échouer une séance TRIZ

La matrice ne donne pas la réponse : elle réduit le champ de recherche, de toutes les idées possibles à quatre directions qui ont déjà marché pour ce type de problème.

Les autres outils de TRIZ et leurs limites

La matrice et les 40 principes sont la partie la plus connue de TRIZ, pas la seule. La méthode compte aussi :

• l’analyse substance-champ, qui modélise un système par des substances et les champs (mécanique, thermique, électrique) qui les relient, et propose des solutions standard pour les interactions insuffisantes ou nuisibles ; Altshuller en a dressé un recueil de 76 solutions standard, classées par type de problème ;
• les lois d’évolution des systèmes techniques, qui décrivent comment les systèmes évoluent (vers plus d’idéalité, plus de dynamisme, plus de contrôle) ;
• ARIZ, l’algorithme de résolution des problèmes inventifs, une suite structurée d’étapes pour les problèmes les plus difficiles.

Les limites sont connues. La matrice a été construite à partir de brevets surtout mécaniques, et ses cases sont moins pertinentes pour l’électronique ou le logiciel. Les principes demandent une traduction, donc une expertise du domaine. Et TRIZ ne remplace ni le calcul ni l’essai : elle oriente la recherche de solutions.

TRIZ se combine bien avec l’analyse fonctionnelle, qui décrit les fonctions du système avant d’en chercher les contradictions. Elle fait partie des méthodes de conception qui complètent les outils de l’amélioration continue : quand l’amélioration par petits pas bute sur une contradiction, TRIZ cherche le saut.