L’analyse de Emmanuel François, Sales Manager West Europe de EnOcean GmbH.
L'internet des objets (IoT) trouve sa place dans les maisons et les appartements, les immeubles de bureaux, les aéroports et les hôpitaux. Les systèmes d'éclairage, de chauffage et de sécurité basés sur des signaux radio, ainsi que de nouveaux types de services, offrent plus de confort, des services plus efficaces et de meilleure qualité dans les bâtiments et une plus faible consommation d'énergie. L'alimentation en énergie des capteurs provient généralement de batteries, ce qui n'est pas optimal pour plusieurs raisons. La génération d'énergie offre une alternative intéressante.
Le succès des capteurs et des contrôleurs sans fil alimentés par batterie n'est pas fortuit, car ils offrent plusieurs avantages. Comme ils sont indépendants des câbles et des prises, ils peuvent être placés n'importe où et déplacés avec souplesse d'une pièce à une autre. Mais leur énergie n'est pas disponible à l'infini. Si la batterie ou la pile est vide, les utilisateurs concernés doivent la changer immédiatement et devront toujours avoir des batteries de secours à disposition. Pour des systèmes plus importants, les gestionnaires des installations doivent planifier et mettre en œuvre l'approvisionnement et le remplacement des batteries. Dans ce cas - tout comme dans des applications industrielles - le défi que représente la surveillance d’un grand nombre de batteries et leur remplacement à titre préventif ou immédiatement si nécessaire n’est pas à prendre à la légère.
Un autre aspect est la pollution de l'environnement. On estime que des dizaines de milliers de milliards de capteurs radio intégrés sur des objets connectés seront en service dans quelques années. Un nombre équivalent de batteries nécessitera un million de tonnes de lithium - soit l'équivalent de dix ans de production. Mais même si l’approvisionnement en lithium s’avère suffisant, son exploitation promet d’entraîner une pollution environnementale considérable. Et jusqu'à présent, il n'existe aucun procédé de recyclage permettant d'extraire suffisamment de lithium pur pour le réutiliser dans les piles. Il en va de même pour les autres métaux lourds toxiques présents dans les piles, tels que le mercure, le plomb, le cadmium et le nickel.
Une alternative aux piles est l'alimentation via un câble électrique. Cependant, surtout dans le cas de rénovations et d'extensions, cela implique beaucoup d'efforts et des coûts élevés.
D’un autre côté, aussi simples et tout aussi flexibles que les capteurs et les interrupteurs sans fil fonctionnant sur piles, sont ceux qui récoltent et génèrent leur énergie directement à partir de leur environnement - à partir du mouvement, de la lumière ou des différences de température. Ce qui veut dire qu’ils peuvent fonctionner sans entretien et de manière autonome, et peuvent être installés n'importe où dans les bâtiments.
1/ Production d'énergie par le mouvement...
Avec la collecte ou la récupération d'énergie cinétique, l'électricité est générée à partir d’un mouvement. Par exemple, le fait d'appuyer sur un interrupteur peut activer un convertisseur d'énergie électromécanique qui génère suffisamment d'énergie à partir de la pression d'un bouton pour allumer et éteindre des appareils ménagers ou des lampes, ou pour commander des volets roulants. EnOcean utilise ce principe pour les interrupteurs sans pile dans lesquels est intégré le module d'interrupteur PTM. En son sein, le convertisseur d'énergie électromécanique ECO 200 est connecté à un module de transmission sans fil. Si l'interrupteur est déplacé de seulement 1,8 mm, le générateur génère l'énergie nécessaire pour envoyer un signal de commande à un récepteur via un standard radio à faible énergie. En appuyant et en maintenant la pression, l'interrupteur peut envoyer un autre signal radio, par exemple pour réduire l’intensité ou modifier la couleur de l’éclairage.
Ce principe peut être utilisé pour créer des interrupteurs qui n'ont pas besoin d'avoir un aspect différent des modèles conventionnels - de simples interrupteurs marche/arrêt ou haut/bas à des commandes coulissantes et rotatives pour contrôler l'intensité et la couleur de l’éclairage, le chauffage, des équipements audio/vidéo ou des systèmes de sécurité. Ces interrupteurs sont constamment opérationnels et n'importe qui dans la maison peut les utiliser. Ils sont donc plus faciles à utiliser qu'une application qu'il faut ouvrir et activer sur un smartphone ou une tablette.
La même méthode convient également, par exemple, à des capteurs de contact sur des fenêtres, qui signalent leur ouverture, ou des capteurs d'humidité. Ces derniers utilisent un matériau gonflable qui - lorsqu'il se dilate - active le convertisseur d'énergie électromécanique. Installés sous la machine à laver ou la baignoire, ces capteurs envoient un signal radio à une vanne qui interrompt l'alimentation en eau en cas de présence d’humidité.
2/ Production d'énergie par la lumière...
Pour générer de l'énergie à partir de la lumière du soleil, de petites cellules photovoltaïques intégrées aux modules capteurs convertissent la lumière en énergie électrique. Cela permet de faire fonctionner des capteurs, par exemple pour l'humidité, la température, l’ouverture des fenêtres ou des détecteurs de présence. Les modules capteurs EnOcean utilisent également cette énergie pour communiquer via divers standards radio à faible consommation d'énergie (EnOcean, Zigbee, Bluetooth®). L'énergie est stockée en interne, ce qui garantit une autonomie pour le capteur allant jusqu'à quatre jours, même sans nouvelle alimentation en énergie.
3/ Production d’énergie par la température
Avec un composant Peltier et un convertisseur DC/DC, il est possible de générer de l'énergie à partir d'une différence de température de seulement 2° Celsius, ce qui est suffisant pour faire fonctionner un capteur sans fil. Cette méthode est idéale, par exemple, pour des valves de chauffage autoalimentées qui utilisent la différence de température entre le système de chauffage et l'environnement pour modifier le réglage et communiquer par radio avec un contrôleur d'ambiance alimenté par l'énergie solaire.
Gestion efficace des bâtiments
De tels capteurs sans fil basés sur la collecte d'énergie, auto alimentée et ne nécessitant aucune maintenance, remplissent des tâches courantes dans le cadre de l'automatisation des bâtiments, par exemple en contrôlant le statut des portes et des fenêtres. Dans les immeubles de bureaux ou les bâtiments d'infrastructure tels que les gares ou les aéroports, ils permettent d'effectuer des travaux de maintenance et de réparation sur des ascenseurs, des systèmes de chauffage et de climatisation ou tout autre équipement technique en fonction des besoins et donc de manière plus efficace. À cette fin, ils envoient des messages de statut via une passerelle connectée à Internet au fournisseur de service concerné.
L'exploitation et l’entretien d'un immeuble peuvent également être optimisés de cette manière : des capteurs de présence et d'activité peuvent enregistrer la fréquence à laquelle une salle de réunion est effectivement utilisée par combien de personnes. Il en va de même pour les installations sanitaires, qui peuvent être nettoyées selon les besoins et les consommables tels que le papier toilette, le savon et les serviettes peuvent être rechargés. Ceci réduit les besoins en ressources et les coûts tout en augmentant la satisfaction des utilisateurs. Connectés en réseau avec des plateformes IoT de fournisseurs tels que Microsoft, T-Systems et IBM, les capteurs fournissent des données en temps réel pour la transformation digitale des bâtiments et différents services associés.