L’offre de systèmes sans fil s’étoffe

Dans l’habitat comme le tertiaire, l’instrumentation croît pour rendre le bâtiment plus « intelligent », avec le contrôle d’accès, le pilotage énergétique, la programmation de l’éclairage, le pilotage des ouvrants et des volets, etc. La communication entre les capteurs ou compteurs et la centrale (box domotique ou gestion technique centralisée, GTC) peut être filaire ou radio. Ces dernières années, le sans-fil est d’ailleurs devenu une alternative au filaire, pour la gestion des stores ou de l’éclairage, à partir des informations des capteurs détectant l’ouverture de fenêtres par exemple. Cette évolution est apparue avec des protocoles filaires éprouvés comme Modbus, qui se sont déclinés en radio ; elle s’est accélérée au début des années 2000, avec des arrivants, notamment ZigBee et EnOcean.

Dans l’habitat, le sans-fil facilite la dissémination de capteurs miniaturisés ; dans le tertiaire, il est plus particulièrement prisé dans l’existant, lorsque le filaire s’avère trop cher ou impossible à déployer, comme dans les musées ou les hôtels. Dans le neuf, il peut être généralisé dans les « open space », ou lieux disposant de parois mobiles et de mobilier amovible. Enfin, le protocole EnOcean, qui fonctionne sans alimentation, est particulièrement adapté pour des capteurs d’ouverture de fenêtres ou pour des interrupteurs.
Dans l’habitat, les données émises par les capteurs sont collectées par une box domotique et, dans le tertiaire, par un coordinateur relié à la GTC par un réseau filaire de type KNX, BACnet, LonWorks… Le sans-fil peut être utilisé pour relier deux branches de la GTC situées dans deux bâtiments voisins séparés par une route. On utilise alors deux transmetteurs récepteurs de moyenne ou longue portée, avec des protocoles radio adaptés (de type ZigBee ou Modbus).

Gestions mixtes et solutions radio

Dans le tertiaire, les GTB mixtes sont de plus en plus fréquentes, combinant une architecture filaire et des terminaisons filaires et sans fil, reliées par des passerelles. Le ferraillage du béton perturbant les signaux radio, le sans-fil n’est pas généralisé. Exception remarquable, l’hôtellerie de plein air : Delta Dore a développé une GTB sans fil reliant des mobile homes à une unité centrale (lire l’encadré p. 61).
Enfin, les solutions radio sont très utilisées pour la collecte des consommations énergétiques, devenue obligatoire dans le cadre de la RT 2012, ainsi que pour la télérelève des compteurs, en particulier à eau et gaz (smart metering). Là aussi, elles sont appréciées pour des questions de facilité de déploiement, de coût et de mobilité, surtout dans l’existant. Eles répondent aussi à des obligations de sécurité, un compteur à gaz ne pouvant pas être connecté à une alimentation électrique par exemple.

Réseaux de communication : les protocoles jouent la mixité filaire-radio

Pour collecter les données relatives aux consommations énergétiques et piloter les équipements, plusieurs familles de produits sont commercialisées. En domotique, ce sont les box ou les coordinateurs qui assurent cette collecte et le pilotage de systèmes aussi divers que la vidéosurveillance, le contrôle d’accès, le chauffage, la consommation électrique, la surveillance de la production solaire, le contrôle de l’éclairage, des volets et des fenêtres, ou le multimédia. Éventuellement par le biais d’un module additionnel, la box transmet une synthèse des données recueillies et des alertes sur le smartphone ou le PC du propriétaire, soit par liaison 3G/GPRS, soit par Ethernet, soit parfois via la box ADSL de la maison. Le propriétaire peut ainsi suivre le fonctionnement de ses équipements domestiques, être alerté (en cas d’intrusion, inondation, panne de la chaudière, etc.), et en piloter certains à distance.

Dans le tertiaire, l’enjeu est la mixité. Il s’agit de relier le monde du sans-fil, organisé à l’échelle des pièces avec des réseaux locaux de capteurs (en ZigBee, EnOcean, X3D, RTS, etc.), et le réseau filaire de la gestion technique centralisée du bâtiment (sur BACnet, LonWorks, KNX, Modbus, etc.). Via des coordinateurs et passerelles, les capteurs communiquent avec le PC de supervision de la gestion technique du bâtiment ou le concentrateur. L’architecture globale comprend donc des coordinateurs (ou contrôleurs) radio, d’éventuels routeurs (ou répéteurs) et des passerelles (gateway ou bridge) faisant l’interface entre la radio et le filaire. Les contrôleurs collectent les données des capteurs et pilotent les actionneurs et les automates, avec un degré d’autonomie locale plus ou moins grand ; les passerelles assurent la connexion entre les mondes du sans-fil et du filaire, une fonction parfois intégrée au contrôleur.
La collecte de données sur les consommations énergétiques et la télérelève de compteurs d’énergie et d’eau fonctionnent avec des contrôleurs et passerelles adaptées à leurs métiers (lire l’encadré page suivante).

Faible débit

Le choix du protocole utilisé pour la transmission radio s’avère crucial. La décision influe en effet sur le coût (solutions ouvertes ou peu onéreuses), la compatibilité et la sécurité, ainsi que sur les performances, selon la bande de fréquence exploitée et la portée du signal. Par exemple, le protocole propriétaire X3D de Delta Dore possède l’atout d’être bibande. En fonctionnant avec deux fréquences éloignées (434 MHz et 868 MHz), un saut de bande peut être effectué automatiquement en cas de pollution de l’une des fréquences.
En domotique et immotique, le débit attendu de la transmission radio est plutôt faible (jusqu’à 250 kbps), ce qui permet une consommation peu élevée et une portée de quelques mètres à quelques dizaines de mètres, voire quelques centaines de mètres au maximum. Ces protocoles sont donc considérés comme intermédiaires par rapport à ceux nécessaires à la communication entre objets proches (Bluetooth ou RFID) et ceux des réseaux de données et de téléphonie, à large ou très large bande passante (wifi, wimax, GPRS, 3G ou 4G, etc.). Le débit requis en domotique ou pour le relevé de compteurs est très faible, car les échanges, discontinus, sont limités à des paquets, à des impulsions brèves de moins d’une seconde. Les familles de technologies employées relèvent du LR WPAN (Low Rate Wireless Personal Area Network) ou WLAN (Wireless Local Area Network).

Protocoles ouverts ou propriétaires

Parmi les protocoles bidirectionnels radio utilisés, le plus ancien est Modbus, créé en 1979 et entré dans le domaine public. Au départ, la transmission de données était filaire (liaison série ou Ethernet) et destinée au contrôle d’automates industriels. Sa déclinaison radio sur bande 2,4 Ghz offre un débit de 250 kbps avec une portée allant jusqu’à 100 m à l’intérieur et 1 000 m à l’extérieur. Deux protocoles ouverts plus récents, EnOcean et ZigBee, affichent une portée moindre mais une consommation réduite, ce qui permet de les embarquer sur des capteurs autonomes.
Créé en 2004, ZigBee s’appuie sur le standard européen 802.15.4. Sa portée maximale, de 100 m, permet une exploitation en passerelle radio pour relier deux bâtiments voisins. Le protocole peut utiliser la fréquence 2,4 GHz (débit jusqu’à 250 kbps) ou 868 MHz (débit de 20 kbps max). Il est apprécié pour des environnements embarqués à faible consommation (avec pile), en contrôle industriel, pour des capteurs en applications médicales ou sportives, et dans l’habitat (capteurs, détecteurs de fumée et d’intrusion, domotique, etc.).
Créé en 2001 par Siemens, EnOcean est un protocole ouvert sur la bande 868,3 MHz, avec un débit maximal de 125 kbps et une portée de 30 mètres en intérieur et de 70 mètres en extérieur. Son grand atout est de fonctionner sans batterie, en exploitant l’énergie fournie par la pression mécanique induite par l’ouverture d’une fenêtre ou par l’actionnement d’un interrupteur, suivant un concept dit « Energy Harvesting » (captage d’énergie). La pression mécanique est transformée en impulsion électrique, qui génère l’onde radio à destination du contrôleur du réseau.
Enfin, des fabricants ont développé leurs propres protocoles, dits « propriétaires ». Par exemple, X3D de Delta Dore, décliné en version CPL (courant porteur en ligne) et radio ; RTS de Somfy sur bande 433,42 MHz ; ANT de Garmin sur 2,4 GHz ; ou encore Z-Wave de Zensys, fonctionnant en 868 MHz.