Internet des Objets : un capteur pour une donnée

Dans un projet IoT, les données sont collectées à travers des capteurs. Une attention particulière doit être portée sur leur choix, déterminant à la fois pour la pertinence des résultats et pour la rentabilité du projet.

Les capteurs jouent un rôle essentiel dans l’Internet des Objets (IoT) : en effet, c’est grâce à ces derniers que les entreprises peuvent collecter des données sur l’environnement d’un objet, la plupart du temps dans un format directement numérique. Ces composants électroniques représentent un marché florissant. Selon le cabinet Marketsandmarkets, les capteurs IoT devraient générer des revenus avoisinant 22,5 milliards de dollars US en 2023.

Les principaux capteurs IoT dans l’industrie

Le marché des capteurs actuel se caractérise par une très grande diversité de composants : gyroscopes, accéléromètres, thermomètres, mais aussi micros et caméras constituent quelques exemples, ceci sans compter les capteurs spécialisés comme ceux destinés au secteur médical (glycémie, hormones…)

Cette diversité est « presque trop » pour Arnaud Huvelin, ancien responsable de l’industrialisation à l’IoT Valley. « Aujourd’hui il existe très peu de choses qu’on ne sait pas mesurer. Tous les domaines physiques ou presque sont concernés. » Pression, température, luminosité, humidité, ondes magnétiques, débit, position, vitesse, ondes sonores… Les données qui peuvent être collectées sont innombrables.

Les grands fabricants de capteurs sont souvent les mêmes que ceux qui produisent des dispositifs de connectivité. Ces entreprises sont rattachées à l’industrie des semi-conducteurs. Citons par exemple STMicroelectronics, Semtech, Texas Instrument, Infineon Technologie, Bosch ou encore TDK InvenSense.

Le cas d’usage détermine les données à mesurer

Dans ce contexte, ce qui va orienter le choix est le cas d’usage. « Les projets n’utiliseront pas le même capteur de température pour mesurer des températures négatives ou d’autres excédant les 100 degrés Celsius », illustre Arnaud Huvelin.

Dans les projets IoT, les entreprises peuvent aussi être tentées de multiplier les capteurs. Une erreur pour Arnaud Huvelin : « un objet connecté avec trop de capteurs est plus long à développer. Il va consommer davantage d’énergie, coûte plus cher, et le risque de bugs est plus élevé. Au final, tous ces éléments mis bout à bout pénalisent le retour sur investissement (ROI) du projet. »

Les meilleurs résultats sont souvent obtenus avec un seul capteur, qui cible un cas d’usage précis, la raison d’être du projet. « La startup Ubigreen  s’appuie par exemple sur un détecteur de présence très simple, capable d’indiquer si un bureau est occupé ou non », décrit Arnaud Huvelin. Rien n’empêche ensuite d’ajouter quelques capteurs bien choisis autour de ce capteur principal, pour enrichir le cas d’usage. « L’ajout d’un capteur de température permet à Ubigreen de proposer des services complémentaires, comme l’ajustement du chauffage ou de la climatisation à l’occupation. »

D’autres critères importants entrent en jeu lors du choix d’un capteur, en particulier l’environnement dans lequel il sera installé. Est-il destiné à un usage en extérieur ? Sous quel type de climat ? L’objet à connecter est-il fixe ou mobile ?

Le degré de précision de la mesure est également un facteur à prendre en compte, ainsi que la fréquence avec laquelle les données de mesure sont collectées. Là encore, c’est le cas d’usage qui détermine ces critères « Le bon pas de mesure est celui qui permet de prendre des décisions », souligne Arnaud Huvelin.

Troisième élément important à considérer est la durée de vie souhaitée. Ce paramètre va jouer en particulier sur la maintenance des objets connectés. Une durée de vie trop courte nécessitera des remplacements réguliers, autant d’interventions qui grèvent le ROI. Dans les contextes sensibles, il arrive également que les capteurs soient doublés, afin de garantir une résistance aux pannes.

Le coût des capteurs

Si la technologie du capteur en tant que telle est très secondaire pour le choix de celui-ci, en revanche, toutes ces exigences techniques doivent être définies en amont. « Il faut détailler le besoin, les usages prévus, mais aussi le budget », explique le responsable de l’industrialisation.

En effet, un point à ne pas perdre de vue est le coût du capteur. Pour que le projet soit viable sur le plan économique, le coût de l’objet, et donc celui des capteurs embarqués doivent être les plus faibles possible. Selon une étude de Goldman Sachs et Business Insider Intelligence, le coût moyen d’un capteur tend à chuter ; en 2004 il avoisinait 1,30 $, en 2020 il devrait tourner autour de 0,38 $. « On trouve des accéléromètres à quelques centimes d’euros, et des sondes de température à plus de 500 €. Plus le capteur est produit en grande quantité, plus son coût décroît. Inversement, plus il doit fonctionner dans un environnement contraint, plus son prix grimpe », observe Arnaud Huvelin.

Avant de démarrer un projet d’IoT, les entreprises ont également intérêt à regarder l’offre de capteurs existante. « Il en existe tellement que de faire fabriquer un capteur dédié n’a pas forcément de sens. » Une stratégie de sourcing bien menée, avec une veille sur le marché des fournisseurs, peut parfois éviter de dépenser des centaines de milliers d’euros en recherche et développement. L’autre avantage de ces capteurs sur étagère est qu’ils permettent de tester rapidement un cas d’usage, en évaluant sa faisabilité. « Au cours de ces étapes d’étude préalable, ce n’est pas grave si le capteur utilisé est encombrant ou inesthétique. Ce qui importe est de savoir si l’on peut répondre à l’enjeu identifié. »

Alimenter les capteurs en énergie

L’alimentation des capteurs en énergie fait également partie des réflexions à mener en amont. « La question de l’énergie est primordiale : dans un projet IoT, en particulier ceux qui sont déployés sur une large échelle, nul n’a envie d’aller remplacer une batterie tous les mois, ni même tous les ans. »

Selon Arnaud Huvelin, la tendance est au « drop and forget » : on installe le capteur et ensuite on l’oublie, car il fonctionne de manière autonome. « Dans ce type de solution, il n’est pas nécessaire de vérifier sans cesse si tout marche bien. C’est le système qui envoie une alerte si un capteur ne fonctionne pas comme prévu. »

Là encore, il faut partir du cas d’usage. Les batteries lithium-ion, très utilisées, ne sont pas adaptées à tous les projets, pour des questions de sécurité ou tout simplement par manque de place. En moyenne, leur durée de vie est de trois ans, et peut aller jusqu’à dix ans, ce qui peut être un frein important pour des projets amenés à fonctionner sur plusieurs décennies. D’autres pistes plus durables sont à l’étude, comme les batteries lithium-soufre, sodium-ion ou aluminium. Dans tous les cas, pour prolonger la durée de vie des batteries au maximum, les concepteurs d’un projet IoT doivent veiller à optimiser la consommation énergétique à tous les niveaux : senseurs, connectivité, mais aussi code embarqué.

Parmi les alternatives figurent aussi des technologies sans batterie, basées sur des dispositifs piézo-électriques (électricité générée par la pression), thermoélectriques, cinétiques ou photovoltaïques (électricité produite par la lumière). Ces approches sont utilisés notamment dans les capteurs fabriqués par EnOcean.

Qu’il s’agisse des capteurs ou des batteries, Arnaud Huvelin établit une distinction entre les technologies nouvelles et non testées et celles qui sont fiables, évoquant en guise d’exemple une anecdote qui a coûté cher en son temps, celle des avions renifleurs, soi-disant capables de détecter des gisements pétroliers à l’aide d’un procédé pour le moins ésotérique. Fort heureusement, toutes les innovations ne s’apparentent pas à ce cas précis. Dans le domaine du stockage de l’énergie, un enjeu important pour les projets IoT, les chercheurs explorent par exemple les possibilités du graphène. « Même si cette voie est prometteuse, il ne faut pas perdre de vue qu’elle en est encore au stade de la recherche, et que la technologie n’a pas encore été éprouvée. »

À retenir

Le choix d’un capteur doit se baser avant tout sur le cas d’usage

Celui-ci détermine les critères techniques à prendre en compte

Le coût du capteur est un paramètre important pour bâtir des projets rentables

Dans un projet IoT, l’autonomie électrique est souvent essentielle