Selon les estimations, le marché des objets connectés (IoT) représentait 60 milliards d’euros en 2019 et devrait dépasser les 105 milliards d’euros en 2024, soit une croissance de 11,7 % par an. Quelles que soient les applications – logement, bureaux, magasins, hôtels, hôpitaux, ou encore industrie –, l’objectif de l’intégration des objets connectés est d’améliorer les performances globales des bâtiments tout en réduisant les consommations. Les pouvoirs publics ont pris un certain nombre de dispositions dans ce sens et encouragent la collecte des données pour suivre le fonctionnement des bâtiments.
Selon Bastien Minotte, responsable Marketing Smart Home et Eliot France chez Legrand : « Les objets connectés peuvent apporter plusieurs niveaux de bénéfices. Le premier concerne la mesure et l’affichage des consommations par appareil ou par système, qui constituent un premier niveau d’information et d’analyse. Le deuxième consiste à grouper les consommations par usages, pour centraliser les mesures et arriver à un second niveau de traitement des données par l’Homme. Le troisième est la création de règles d’actions conditionnelles pour mettre en corrélation les systèmes. Par exemple, dans le tertiaire, les détecteurs de présence servent initialement à la gestion de l’éclairage, mais peuvent aussi être croisés avec le chauffage pour gérer plus finement la montée en température selon l’occupation. Enfin, le quatrième et dernier niveau permet d’anticiper la gestion du bâtiment. Le chauffage peut, par exemple, être mis en corrélation avec le planning des salles de réunion, afin de gérer le chauffage selon les besoins. » C’est donc le croisement des données issues des objets connectés et d’éléments extérieurs qui apporte de réels gains de performance énergétique. « Mais gare à ne pas créer des usines à gaz », précise l’expert.
En pratique, les objets connectés permettent une quasi-instantanéité de l’accès à l’information, avec l’affichage en temps réel des données. Plus besoin d’attendre sa facture d’électricité pour pouvoir agir sur les consommations. La mise en corrélation des solutions Cloud et des API permet de gérer au plus près les usages.
D’autre part, les solutions basées sur l’IoT permettent de restituer des données plus précises et de manière fiable, comme l’explique Quentin Orhan, chef de produit Automation chez Wago : « Grâce aux protocoles IoT et leurs portées par nature très importantes, les données sont collectées au plus près du point de mesure et transmises directement. A contrario d’une solution filaire classique, les mesures ne subissent pas plusieurs conversions ou mise à l’échelle qui peuvent dégrader la précision de celles-ci. En complément de cette précision accrue, les données peuvent être horodatées à la source, au sein du capteur. Enfin, en dépit de leur nature de solutions radio, réputées moins sûres, l’intégrité des données est garantie par le chiffrement AES-128 des données du capteur. »
Autre bénéfice, et qui fait une énorme différence avec les GTB ou la domotique, c’est la simplicité et la rapidité de déploiement des capteurs et la grande souplesse des installations. « Avec les GTB, il fallait prévoir l’installation dans son ensemble dès sa conception. Aujourd’hui, avec les objets connectés, les usagers peuvent faire évoluer les installations selon leurs besoins », précise Nicolas Babel, CEO d’Ewattch.
Du point de vue énergétique, les solutions IoT, en raison de leur simplicité d’installation, assurent un suivi énergétique partout dans le bâtiment, là où les solutions traditionnelles ne permettaient pas d’aller. Il est donc possible de faire du comptage d’eau, de gaz, mais aussi du sous-comptage, très aisément.
Quels choix technologiques ?
De nombreuses solutions innovantes se développent pour optimiser les consommations énergétiques, améliorer l’automatisation des bâtiments en optimisant les dépenses, notamment énergétiques et de maintenance, mais aussi en améliorant le confort des usagers et en permettant une gestion dans le temps. Le choix des protocoles est varié et permet de répondre aux caractéristiques recherchées.
Les réseaux IoT bas débit disposent d’une très longue portée, ce qui permet de couvrir le bâtiment en entier, voire un réseau ou une partie de la ville, et ce, grâce à une simple passerelle. « Ces solutions permettent une connectivité simplifiée, car la passerelle crée un réseau de 500 mètres en zone urbaine, pouvant atteindre les 15 kilomètres en zone rurale. De plus, leur ouverture native génère une multitude de produits compatibles, tels que des capteurs de CO2 ou de qualité de l’air, des détecteurs de présence dans les parkings, en passant par des éléments de comptage énergétique », explique Nicolas Babel.
Pour sa part, Wago a fait le choix de la technologie LoRaWAN, comme nous l’explique Quentin Orhan : « Nous voulions laisser la possibilité à nos clients de déployer leur propre infrastructure, ce qui est rendu possible par le LoRaWAN, qui peut fonctionner soit en réseau opéré (Objenious de Bouygues Telecom, Orange…), soit en réseau privé, là ou Sigfox ne fonctionne que via un abonnement. En effet, tous les sites ne sont pas dotés d’un accès Internet, il était important pour nous de proposer une solution où les données des capteurs installés pouvaient être traitées localement, sans passer par une plateforme Cloud. Néanmoins, le Cloud n’est pas en reste, puisque nos contrôleurs PFC, qui récupèrent et décodent les données issues des capteurs LoRa, disposent d’une connectivité native vers la plupart des plateformes Cloud du marché : le prétraitement local des données diminue le trafic sur la plateforme Cloud. Un très grand nombre de fabricants ont fait le choix du LoRaWAN, ce qui diminue les risques d’investissement dans une technologie pour l’utilisateur final. La LoRa Alliance qui encadre le standard LoRaWAN garantit une interopérabilité entre les équipements et veille à la sécurité de la technologie et à son évolution. »
La solution de monitoring de Paessler, PRTG Network Monitor, permet, elle, de superviser un réseau d’objets connectés, comme nous l’explique Fabien Pereira Vaz, Technical Sales Manager France chez Paessler : « Notre solution permet un suivi global de l’installation, grâce à un suivi du fonctionnement des équipements et un historique, et propose des actions d’amélioration. La combinaison des informations et les pistes d’amélioration permettent d’éviter les incidents et les dysfonctionnements et de faire évoluer l’installation dans le temps. Cette solution repose sur la technologie Low Power WAN, qui nécessite peu de bande passante et consomme très peu d’énergie. »
Côté Legrand, le choix a été fait de ne pas utiliser les protocoles spécifiquement liés à l’IoT, comme Sigfox, LoRa ou NB-IoT, comme l’explique Bastien Minotte : « Il faut regarder les protocoles du point de vue des bénéfices. Les protocoles comme LoRa ou Sigfox ont une très longue portée. Le bâtiment n’a pas ces contraintes de portée, car les connexions Internet arrivent à proximité des produits. Pour d’autres applications, ces protocoles sont très pertinents, mais pour le bâtiment, le Zigbee, le Dali ou le KNX sont bien mieux maîtrisés et sont déjà installés dans de nombreux bâtiments. Eliot est la contraction d’électricité et IoT. Nous choisissons donc le protocole adapté selon les marchés et les types de produits. »
Pour gérer l’éclairage intelligent des petits locaux tertiaires, B.E.G. propose une solution complète basée sur le protocole Dali, que nous détaille Benoît Henneton, responsable Marketing et communication de B.E.G. : « Le Starter Set Dali-Link comprend une alimentation Dali, un multiplicateur PD11 Dali-Link, ainsi qu’un bouton-poussoir 4 entrées avec une passerelle Bluetooth intégrée. Dali-Link est une solution ouverte, intuitive et intelligente, qui s’adapte aussi bien au neuf qu’aux projets de rénovation sur le réseau Dali. »
Dimensionner les installations au plus juste
Les besoins sont nombreux et à plusieurs niveaux. Chaque bâtiment a un degré « d’intelligence » qui permet de déterminer les besoins, au travers de quatre segments : la présence, les paramètres physiques des bâtiments, notamment les données liées à son environnement (humidité, température…) ou aux accès aux zones sensibles, le confort global (éclairage, parties communes, ascenseurs…) et les données de consommation. Il reste possible d’intégrer d’autres informations, comme le calcul de la lumière du jour, par exemple.
La solution de gestion de l’éclairage Dali-Link de B.E.G. permet une certaine flexibilité et une évolutivité de l’installation, comme nous le confirme Benoît Henneton : « Tous les composants sont disponibles séparément pour pouvoir couvrir, par exemple, de grandes salles comme les salles de conférences et de classe. »
Le marché évolue. Après avoir démarré avec des solutions gadget répondant à des cas d’usages simples, le problème est aujourd’hui lié au dimensionnement et à l’adaptation à l’installation électrique existante. Le bâtiment est complexe, avec plusieurs personnes, plusieurs pièces et plusieurs usages. « Dans le Smart Home ou le Smart Building, il y a certes la partie Smart, mais il y a aussi la partie Home ou Building. Dans la maison ou le bâtiment, on ne pense pas à l’installation électrique. Pour une ampoule connectée par exemple, il suffit d’éteindre l’interrupteur pour supprimer tous les bénéfices du connecté (commande vocale, changement de couleur, scénarios…) », poursuit Bastien Minotte. Il est donc essentiel que les acteurs comprennent les contraintes inhérentes au fonctionnement et à l’usage des bâtiments ; à défaut, ces solutions peuvent créer des déceptions chez les utilisateurs et des contre-références. « Legrand a fait le choix d’éviter à ses clients de réaliser des modifications de câblage en développant les meilleures solutions pour amener du connecté et ses bénéfices à l’usage. Demander aux électriciens de modifier leurs habitudes est contraignant et peut s’avérer coûteux », complète l’expert de chez Legrand.
Concernant le dimensionnement à proprement parler, il est essentiel de se poser la question suivante : « Le connecté, mais pour quoi faire ? » En effet, l’objectif est de répondre aux cas d’usages essentiels que sont la performance énergétique, la sécurité et le confort. Ensuite vient la question de la granularité des installations. Enfin, il faut songer à croiser les usages sur un même produit, ce qui peut apporter des bénéfices immédiats. « Si vous ne maîtrisez pas ces questions, l’idéal est d’être bien conseillé et de passer par un électricien », suggère Bastien Minotte. Le connecté permet de faire beaucoup de choses, mais à moins d’être formé, il est difficile d’en mesurer les enjeux et les possibilités. Legrand, ainsi que la plupart des grands fabricants, dispense des formations à ses partenaires électriciens pour les faire monter en compétences sur ces sujets.
Côté Wago, c’est la flexibilité et l’évolutivité de l’installation qui est privilégiée, comme nous l’explique Quentin Orhan : « Notre offre intègre une panoplie de capteurs pour tous les usages : compteurs impulsionnels, mesure de température en intérieur ou en extérieur, qualité de l’air… Il est également possible de lire les données issues d’un compteur ENEDIS (ex. : Linky, PME-PMI, Saphir…) par le biais de la sortie Télé-Information Client (TIC). Grâce à l’évolutivité de la solution, le gestionnaire du bâtiment peut, au fur et à mesure, monter en puissance et instrumenter de plus en plus de points (énergie, température…) et gagner en finesse. Contrairement à une solution filaire, un capteur LoRaWAN peut être ajouté a posteriori sur l’installation, sans effort, sans même une intervention dans l’armoire électrique. Pour dimensionner au mieux l’installation de passerelles, notre gamme intègre un testeur de réseau, qui permet d’établir une carte de couverture. Les passerelles, qui communiquent via Ethernet, peuvent être fédérées en un seul réseau afin de mutualiser leurs couvertures respectives. »
Pour autant, ces solutions s’avèrent tout de même plus légères que leurs ancêtres GTB ou domotique, comme nous l’explique Nicolas Babel : « Un réseau d’objets connectés ne nécessite pas les mêmes contraintes de dimensionnement amont. Le seul facteur à prendre en compte est le choix du réseau, qui peut être soit opéré, soit privé. Les réseaux opérés, comme c’est le cas d’Objenious de Bouygues Telecom, ne nécessitent pas l’achat d’une passerelle, ce qui est idéal pour les petites installations. Les réseaux privés nécessitent, quant à eux, l’achat d’une passerelle et sont plus adaptés à de grandes installations. »
Les données issues des objets connectés transitent toutes par Internet. Les objets connectés communiquent avec la Box, et les données sont reliées entre elles par le Cloud, qui les traite et les fait revenir sur une interface de manière organisée, rendant l’information accessible rapidement. Il s’agit d’une triangulation de la collecte, du traitement et de l’accès aux données. La Box, de son côté, fait le lien entre l’intérieur et l’extérieur du bâtiment, donc entre les objets connectés et le Cloud. C’est l’infrastructure numérique extérieure au bâtiment, et notamment la fibre optique, qui amène une réelle rapidité dans l’échange des informations.
Optimiser l’infrastructure interne
Concernant l’infrastructure interne, il est également possible de l’organiser pour optimiser le fonctionnement de l’ensemble de l’installation. Pour ce faire, les objets connectés peuvent être classés en deux catégories : les objets mobiles et les objets immobiles. Les objets mobiles sont ceux fonctionnant sur le Wi-Fi, comme le smartphone, la tablette, ou l’ordinateur. Les objets immobiles, comme l’électroménager connecté, les téléviseurs ou les enceintes connectées, consomment une grande quantité de bande passante. Il est donc très important de penser à les connecter en RJ45 pour soulager le Wi-Fi et améliorer le fonctionnement des objets connectés mobiles. Il est donc astucieux de bien penser au fonctionnement et de s’appuyer sur le couple RJ45/Wi-Fi.
Gérer les volumes de données
D’autre part, les volumes de données produits par les objets connectés d’un bâtiment sont importants. Pour bien les gérer, il faut organiser leur exploitation et convertir les données brutes en informations utiles, comme nous l’explique Fabien Pereira Vaz, de Paessler : « Les capteurs mesurent les informations et il est nécessaire de combiner ces données à des solutions logicielles faisant appel à l’intelligence artificielle pour aider les exploitants à déceler les anomalies avant que les pannes ne se déclenchent. Le logiciel aide à comprendre les données et les met à disposition des utilisateurs. »
Jouer sur les temps de communication des données
Un autre paramètre de gestion concerne le temps de transmission des informations issues des capteurs, comme l’explique Nicolas Babel : « On n’est pas obligé de tout faire remonter à tout instant. D’autant que la technologie radio, utilisée par les réseaux IoT, ne nécessite pas d’émettre les données en direct. Il faut, par exemple, se demander si l’information de la température doit être actualisée toutes les minutes. L’objectif est d’éviter une profusion de données pour optimiser l’ensemble de l’installation. »
Même objectif chez Wago, qui propose des capteurs capables d’émettre des informations périodiquement et/ou sur variation de la mesure pour adapter la remontée d’informations aux besoins, comme nous l’explique Quentin Orhan : « Cela permet à la fois de préserver la durée de vie du capteur (et de respecter le duty cycle imposé par le LoRaWAN), et d’assurer une réactivité en cas de besoin. L’exemple typique est la mesure de la consommation d’eau par le biais d’un capteur impulsionnel : en temps normal, un échantillon par jour ou par heure s’avère suffisant ; en cas de fuite d’eau importante, on doit pouvoir générer une alerte rapidement. De plus, les données sont traitées localement au sein de notre contrôleur PFC, ce qui accentue la réactivité du système et garantit le fonctionnement de l’installation, même lorsqu’une communication avec les services Cloud n’est pas disponible. »
Rendre les données accessibles
Les capteurs sont donc la source de collecte des données du bâtiment. « Du point de vue des utilisateurs, il est nécessaire de les organiser pour une assimilation rapide de l’information. Il faut donc créer des rapports chiffrés, des tableaux et des courbes de suivi, éventuellement reliées à un plan du bâtiment, notamment pour visualiser les données liées aux accès. L’ergonomie des solutions est un point clé », explique Fabien Pereira Vaz. Les alertes et les rapports permettent de mettre en exergue les dysfonctionnements ou anomalies éventuelles pour simplifier l’accès à l’information des opérateurs. La question de l’accès et de la lisibilité des données est primordiale et elles doivent être consultables n’importe où via un smartphone ou une tablette.
Enfin, entre les systèmes de gestion traditionnels, GTB ou domotique, et les objets connectés, il n’y a pas deux mondes distincts. Des passerelles permettent de faire remonter les informations des objets connectés vers les systèmes centralisés et apportent un complément à l’installation.
La passerelle, alimentée en électricité, crée un réseau de capteurs, via un abonnement 4G ou le Cloud. L’architecture réseau est basée sur le triptyque objets connectés-Cloud-smartphone, le tout circulant via la passerelle. « La solution Paessler, développée en partenariat avec la société allemande Rehnig, permet d’exploiter un réseau LoRa, développé de manière particulière pour chaque bâtiment. Cette solution permet de comprendre tous les protocoles en jeu, SNMP, API, Rest ou XML. Cela permet de créer une solution de supervision performante qui peut évoluer dans le temps », précise Fabien Pereira Vaz.
En plus de l’accès aux données, il est essentiel de pouvoir paramétrer les solutions et de les utiliser en évitant de multiplier les supports. C’est ce que propose B.E.G. : « L’application Bluetooth de B.E.G. comporte une zone administrateur permettant à l’installateur de paramétrer les composants du Dali-Link. De plus, tous les appareils et leurs options de réglage peuvent être automatiquement consultés et affichés dans l’application. Cette dernière permet également d’utiliser des scénarios standards, mais aussi d’en créer de nouveaux, avec la possibilité de commuter ou de graduer l’éclairage selon les besoins », explique Benoît Henneton.
Un marché innovant
Côté nouveautés, la tendance est aujourd’hui au développement de multicapteurs. Dans le cadre de la crise sanitaire, les capteurs liés à la qualité de l’air intérieur (QAI), mais aussi à la mesure du CO2 sont essentiels, car dans les bâtiments, les exploitants ont l’obligation d’aérer et de ventiler les espaces. Ces données permettent donc d’optimiser le fonctionnement des centrales de traitement d’air (CTA). Ewattch a lancé un multicapteur, Tyness, multifonction et modulaire, qui permet de combiner un ensemble de fonctionnalités en un seul capteur.
« Contrairement aux autres systèmes, le Dali-Link PD11 est non seulement un multicapteur, mais aussi un détecteur de présence maître, avec intelligence propre en guise de contrôleur. L’ensemble des détecteurs et des luminaires sont intégrés au même réseau, ce qui permet, pour les bureaux notamment, de créer des scénarios adaptés. Grâce à un interrupteur à clé, les agents d’entretien peuvent allumer l’éclairage à 100 % dans le bureau et l’éteindre une fois le ménage effectué pour revenir à un cycle de fonctionnement normal. De plus, un interrupteur de coupure général permet d’éteindre l’ensemble des luminaires pour éviter les surconsommations. En outre, le détecteur PD11 est extra-plat, ce qui permet de l’intégrer de manière discrète dans les locaux tertiaires », précise Benoît Henneton.
Quant aux produits en eux-mêmes, plusieurs tendances se dessinent aujourd’hui. La première est l’intégration de l’intelligence directement dans le produit, avec des micrologiciels embarqués. Pour un thermostat connecté par exemple, les performances du logiciel intégré au thermostat vont jouer sur les performances du thermostat en lui-même. Il s’agit donc de constamment améliorer les logiciels.
D’autre part, la question des produits filaires et non filaires est importante. Les produits non filaires posent le problème de la charge et de l’alimentation. Legrand lance donc un interrupteur sans fil et sans pile, utilisant le protocole Zigbee, dont Bastien Minotte nous détaille le fonctionnement : « Notre nouvelle solution complète nos gammes traditionnelles d’interrupteurs connectés. Elle fonctionne sans pile, ce qui est un véritable atout : elle est prévue pour un fonctionnement de 50 ans sans maintenance et évite d’avoir recours à des piles, peu écologiques. Le fonctionnement est simple : en appuyant sur l’interrupteur, l’utilisateur produit de l’énergie qui sert ensuite à la transmission des informations. »
Autre innovation chez Legrand : l’intégration d’assistants vocaux directement dans les interrupteurs connectés, interopérables avec les assistants vocaux du marché. « C’est l’ouverture et l’interopérabilité des systèmes qui va apporter de nouveaux cas d’usages bénéfiques. Nous sommes au début, mais je pense que l’interopérabilité offre un potentiel sans limites », précise Bastien Minotte.
Le volume en constante augmentation de données à collecter sur le terrain et à traiter dans le Cloud implique l’utilisation d’un équipement local, afin de diminuer la bande passante, assurer la rapidité de la réaction, et le fonctionnement en mode déconnecté, comme l’explique Quentin Orhan : « C’est le principe du Edge Computing. Nos contrôleurs PFC ont toujours assuré ce rôle. Pour aller plus loin, nous avons conçu deux nouvelles plateformes regroupées sous le nom de Wago Edge Devices. Dotés de plateformes matérielles encore plus performantes, les Wago Edge Devices bénéficient également d’une plateforme logicielle ouverte, l’intégration de solutions logicielles open source pour l’exploitation des données se fait ainsi naturellement. À l’instar de notre contrôleur PFC, ces plateformes supportent la technologie de conteneurisation Docker : l’intégration et la portabilité d’applications, par exemple de bases de données ou de visualisation de données, se font sans effort. »
Au-delà du bâtiment, Paessler propose des solutions d’IoT industrielles, intégrant une vision logistique. L’objectif est de s’affranchir des multiples interfaces utilisateurs pour optimiser le fonctionnement des process et des installations.
Sécuriser les solutions
La sécurité informatique des réseaux d’objets connectés est clé, car plus il y a d’éléments reliés au réseau, plus le nombre de portes d’entrée est important pour les pirates informatiques, comme l’explique Fabien Pereira Vaz : « Tous les éléments connectés sont des sources potentielles d’attaques. Il est donc essentiel de sécuriser les produits en eux-mêmes, mais aussi les infrastructures dans leur ensemble. »
« Ewattch est membre de l’Alliance LoRa. Dans ce cadre, des tests et des expériences en laboratoire ont permis de créer des clés de cryptage pour les communications radio. Chaque capteur dispose d’un identifiant propre, ce qui complique considérablement l’accès. Nous avons certains capteurs qui génèrent des clés de cryptage périodiques, ce qui consolide énormément leur sécurité », détaille Nicolas Babel.
Le standard LoRaWAN garantit un chiffrement des données du capteur jusqu’au Network Server (cœur du réseau LoRaWAN), par le biais du mécanisme de chiffrement AES 128. Au-delà, une communication chiffrée via TLS sécurise les échanges entre la passerelle LoRaWAN et le contrôleur PFC, qui décode les paquets de données. « Au sein du contrôleur PFC, les mesures de cybersécurité sont nativement présentes et les protocoles de communication sont sécurisés par la couche TLS. La limitation des envois de données prévient de certaines attaques « par déni de service ». Un pare-feu avancé restreint les accès au strict nécessaire, avec de nombreux critères tels que les ports TCP ou UDP utilisés, les adresses IP, les adresses MAC ou les interfaces réseau. L’authentification 802.1x est désormais supportée avec le profil WPA-supplicant, pour accéder aux réseaux sécurisés par ce biais. Un journal système (syslog) stocke les différents événements, et peut être enrichi depuis le programme automate. Enfin, pour garantir un chiffrement des données de bout en bout, la connectivité VPN est assurée jusque dans les contrôleurs, grâce à OpenVPN ou IPsec. Le déploiement de cette panoplie de mesures répond aux recommandations de l’ANSSI en matière de cybersécurité des systèmes industriels », explique Quentin Orhan.
Chez Legrand, la cybersécurité est prise très au sérieux, comme nous l’explique Bastien Minotte : « Nous appliquons les principes du Security by design. Cela signifie que le produit embarque les éléments de sécurisation. Par exemple, les caméras Netatmo disposent d’une carte SD, lisible uniquement par la caméra. D’autre part, le Cloud Legrand est certifié ISO 27001, ce qui représente un niveau de sécurité équivalent à celui d’une banque en ligne, par exemple. » Le troisième niveau de sécurité concerne le smartphone, la tablette ou l’ordinateur, qui doivent être sécurisés par les fabricants. Pour assurer un niveau de sécurité élevé, chacun des éléments du triptyque produit-Cloud-smartphone doit être sécurisé, en plus de la Box qui fait le pont entre les trois.
Aujourd’hui, les solutions IoT bénéficient d’un bon rapport qualité/prix et commencent à être bien acceptées par les usagers, ce qui permet de gravir des marches supplémentaires en raisonnant par couches itératives. En comparaison avec les anciennes installations domotiques, qui permettaient de passer de rien à tout, mais à un prix très élevé, les objets connectés permettent de répondre à la diversité et à la variabilité des usages et des besoins.
Alexandre Arène