Les Objets connectés (IoT)

Introduction technologique aux objets connectés (IoT)

Introduction historique

Dans les années 1990 au début du Web 1.0, le contenu était constitué de pages statiques liées entre elles par des hyperliens. Plus tard, avec le Web 2.0, les internautes contribuent au contenu et s'organisent en réseaux sociaux. Les pages ne sont plus statiques, mais produites en assemblant des contenus stockés en base de données selon une charte graphique, ce sont les gestionnaires de contenu (CMS).

Maintenant, avec l'accès à Internet sur les mobiles, les sites Web sont capables de se renseigner sur le contexte d'usage des Internautes ("Mobinautes"), grâce à la géolocalisation (GPS, Stations de base GSM, bornes WiFi, bornes Bluetooth). D'autres informations sur l'activité de l'usager peuvent être fournies au site Web, telles que les cookies stockées dans le navigateur Internet, le son, l'image et les mouvements du portable à l'aide des capteurs (accéléromètres, boussole,...). Ces capteurs sont basés sur la technologie MEMs.

Dans notre société de consommation, l'innovation n'est pas passée inaperçue aux "marketeurs" qui ont expliqué qu'il fallait offrir ces fonctionnalités dans tous les mobiles du monde pour en savoir plus sur le comportement des consommateurs. Le marché mondial a donc poussé à l'innovation, et les MEM's se sont développés pour d'autres domaines d'applications en s'appuyant sur les progrès des Bases de Données et du traitement des informations collectées par les Systèmes Experts (" IA: Intelligence Artificielle").

Pour connecter ces objets de nouvelle génération dans les applications professionnelles, il a été nécessaire de crée des réseaux spéciaux à faible débit et très bas coût d'utilisation.

Les MEM's, la révolution des capteurs

Les MEM's ( Micro ElectroMechanical Systems ) sont des capteurs sculptés dans une puce de silicium, sensibles à l'environnement, comme par exemple :

  • des parties mobiles sensibles au mouvement
  • des parties sensibles au champ magnétique terrestre
  • des capteurs de son et d'images
  • des parties sensibles à certaines molécules de gaz

Comme il s'agit de technologies sur puce de silicium, le prix est extrêmement bas pour une production en volume (quelques Euros), la taille minuscule (quelques millimètres carrés), la consommation électrique très faible (quelques milliwatts en fonctionnement, et microwatts en veille). On trouvera des MEMs pour capter :

  • Pesanteur
  • Champ magnétique terrestre
  • Pression atmosphérique (baromètre)
  • Température
  • son (microphone)
  • Lumière visible ou infrarouge
  • Opacité de l'atmosphère (fumées)
  • Présence d'une molécule particulière (nez numériques)
  • Radioactivité
  • Pression (d'un liquide, d'un solide, du doigt)
  • Charges électrostatiques (empreintes digitales)
  • etc...

Le Smartphone comme relais de l'IoT personnel

Dans le cas d'un usage personnel, le Smartphone offre un excellent relais pour offrir des services que ne peut pas embarquer l'Objet connecté :

  • Le réseau personnel Bluetooth offre un relais pour transmettre l'information par le réseau Internet "Données Mobiles" 3G, 4G,... de l'abonné.
  • Le mobile se comporte comme un Frontal de traitement et offre gratuitement des capacités de calcul, de géolocalisation, de mouvement qui aident à renseigner le contexte des informations connectées

Les réseaux à très bas débit LoRaWan et Sigfox

Pour des raisons de coût d'exploitation et d'encombrement du spectre radio, utiliser une connexion Internet classique dimensionnée pour fournir du multimédia (images, son, vidéo) n'est pas rationnel. En effet, à titre d'exemple, le relever des compteurs d'eau dans les bâtiments nécessite seulement d'envoyer quelques dizaines d'octets d'information toutes les heures. Il a donc fallu inventer des réseaux radio à très faible débit pour un coût d'abonnement au moins 10 fois moins cher que l'Internet. Les réseaux concurrents LoRaWan et SigFox répondent à cette problématique (et bientôt aussi NB-IoT).

Les bandes de fréquence radio choisies permettant une excellente pénétration dans les bâtiments, il ne devient plus nécessaire de tirer des fils comme pour l'Internet. Cette opportunité offre des possibilités de déploiement de ces objets radicalement différentes. L'Objet connecté se présente comme un petit boitier de quelques centimètres que l'on fixe partout sur les machines outil, les véhicules de transport, les bâtiments,... Comme il est bon marché, on peut le multiplier à l'infini.

La problématique de l'énergie

La plupart de ces petits objets ont une faible activité, car ils enregistrent les paramètres d'environnement pour lesquels ils sont conçus avec une périodicité très faible. Leurs transactions radio pour envoyer les informations sont encore plus rares, car ils peuvent les stocker, et même les traiter et les agréger. Donc, une pile bouton aura souvent une durée de vie supérieure à une année.

De plus, si l'objet est installé sur une machine outil ou un véhicule, de l'énergie électrique est à disposition toute proche. Enfin, il existe maintenant des microgénérateurs d'électricité à partir du mouvement, des vibrations, des variations de température qu'il est possible d'embarquer dans l'objet.

Les applications des IoT

Les objets connectés, IoT (Internet of Things, l'Internet des objets) sont donc nés de l'opportunité d'assembler des MEM's dans un objet de petite taille rapportant tout un tas d'informations sur leur environnement. Ils sont connectés à un réseau très bas débit LoraWan ou SigFox, ou bien par BlueTooh à un Smartphone personnel.

Les IoT pour le sport et santé personnelle

Quelques exemples :

  • Montre connectée
  • GPS pour enfants et animaux
  • Bracelet d’activité
  • Altimètre
  • Balance avec programme d’amaigrissement
  • Brosse à dents (aider aux bons mouvements)
  • Lunettes
  • ...etc

Les IoT dans la maison

Quelques exemples parmi d'autres :

  • Capteur d’inondation
  • Station météo (Pression, Hygrométrie, vent)
  • Lampe télécommandée programmable
  • Prise télécommandée programmable
  • Thermostat de chauffage
  • Réveil en phase avec les cycles de sommeil
  • Suivi consommation d’eau, électricité, etc..
  • Surveillance arrosage des pots de fleurs
  • Détecteur d’effraction sur portes et fenêtres (différence entre porte ouverte normalement et effraction)
  • Brosse à dent
  • Reconnaissance vidéo de personnes entrant dans une maison
  • ...etc

Les IoT pour les bâtiments

Quelques exemples parmi d'autres :

  • Température et hygrométrie dans les bureaux
  • Température dans les chambres froides
  • Surveillance de légionnelle
  • Mesure du taux de CO2
  • Télé-relève des compteurs d'eau
  • Détection d'intrusion et reconnaissance d'image
  • ....etc

Les IoT pour l'industrie et les transports

Quelques exemples :

  • Suivi des colis
  • Suivi des bennes à ordures
  • Suivi d'une flotte de camions

Les IoT pour les entreprises

Quelques exemples :

  • SNCF, 50 projets IoT mobilisant 400 personnes
    • rails, aiguillages, caténaires, gares , ...etc
    • température des rails, inclinaison des poteaux
  • EDF
    • suivi des points chauds sur le réseau
  • RATP
    • suivi des pannes escaliers mécaniques du RER
  • Objenious, filiale de Bouygues Télécom
    • réseau LoRaWan, technologies de géolocalisation

Les IoT et l'Open Source

De nombreuses sources sont disponibles pour programmer un Objet connecté avec du Logiciel Libre. Cette démarche est particulièrement favorable dans un domaine émergeant ou le risque d'enfermement propriétaire commence à se manifester, comme par exemple les Homme Box utilisant des protocoles radio propriétaire.

Voici quelques initiatives :

 

Voir dans le Blog Colportic les opportunités pour les Musées, avec les répliques d'objets patrimoniaux connectés et l'IoT dans les bâtiments des Musées