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Supervision des bâtiments : quels protocoles, passerelles et méthodes de transmission de données utiliser ?

Supervision des bâtiments : quels protocoles, passerelles et méthodes de transmission de données utiliser ?
Par Fabien Pereira Vaz, Technical Sales Manager France chez Paessler AG, le 12 mai 2021.
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La supervision des bâtiments est utile pour prévenir leur détérioration et les accidents potentiels mais aussi à réduire la consommation d’énergie. Pour y parvenir, il faut réussir à rassembler et relier plusieurs types de technologies aux normes encore disparates.

Les bâtiments modernes sont désormais bien entrés dans l’ère du numérique et fournissent aujourd’hui une multitude de données. Ces informations servent à surveiller l’état des bâtiments et permettent ainsi de rendre l’immobilier plus rentable pour les parties prenantes et plus agréables à vivre pour les résidents.Cette supervision est effectivement très concrète dans ses objectifs. Elle peut notamment aider à prévenir les dommages causés par les incendies et la prolifération de moisissures, protéger la structure originelle des bâtiments, surveiller le poids de la neige sur une toiture, détecter immédiatement des fuites d’eau ou de gaz, gérer efficacement les contrôles d’accès, réduire la consommation de ressources et bien plus encore. Pour réussir à mettre cela en place, de nombreux défis liés à l’interrelations techniques sont en jeu. La question de la multitude de fabricants indépendants et de systèmes ouverts est en effet centrale dans le domaine de l’automatisation et de la supervision d’état des bâtiments. De plus en plus de fournisseurs proposent toutefois des systèmes de communication standardisés, permettant l’intéropérabilité de différents dispositifs d’automatisation.

Les protocoles les plus utilisés

Jusqu’à récemment, il n’existait pas de protocole de réseau industriel normalisé et prêt à l’emploi pour l’automatisation des bâtiments. Les utilisateurs devaient donc choisir entre de nombreux systèmes propriétaires différents. Aujourd’hui, 4 protocoles de réseau standard interopérables sont les plus largement utilisés : 
BACnet (Building Automation & Control Networks) : protocole populaire pour la gestion et l’automatisation des bâtiments. Celui-ci assure l’intéropérabilité entre équipements de différents fabricants, à condition qu’ils se soient tous accordés sur les services et procédures pris en charge. C’est un protocole ouvert, simple d’accès et largement adopté, notamment aux Etats-Unis, malgré le fait qu’il faille gérer plusieurs fournisseurs sur un même site.
Modbus : protocole créé pour la communication avec les automates programmables, basé sur une architecture maître/esclave ou client/serveur. Lui aussi ouvert et pouvant être facilement utilisé sur Internet, ce protocole est une référence pour les applications industrielles, notamment en Europe, au point que certains clients n’ont pas le choix de l’utiliser ou non car les contraintes matérielles l’exigent.
Lonworks : à la fois protocole de réseau de communication de données conçu pour les faibles bandes passantes et norme électrique pour les communications numériques, son taux d’adoption est plus faible que celui des autres protocoles et il ne profite donc pas de la même communauté d’entraide. De plus, contrairement aux trois autres, ses coûts d’utilisation ne sont pas gratuits et même plutôt élevés.
M-Bus (Meter-Bus) : norme européenne (à ne pas confondre avec le Wireless M-Bus) pour le relevé à distance des compteurs de consommation (chauffage, gaz, etc.) dans les maisons et les bâtiments. Un seul câble peut suffire à relier tous les compteurs d’un bâtiment, chacun d’entre eux étant adressables individuellement. La transmission des données est en revanche relativement lente, ce qui ne convient pas au contrôle des processus.
Une autre norme importante mérite d’être mentionnée :
DALI (Digitable Adressable Lighting Interface) : principal protocole pour le contrôle de l’éclairage dans l’automatisation des bâtiments. Norme ouverte développée depuis 2000 par un groupe de fabricants dirigé par Phillips en tant qu’alternative à DSI (Digital Signal Interface).
Ces cinq protocoles sont pertinents pour les installations câblées, tandis que d’autres sont conçus pour les environnements sans fil :
ZigBee : norme sans fil à usage domestique et commercial qui possède une topologie de réseau maillé, auto-réparatrice et avec auto-routage. Si un lien de connexion est rompu, une autre route disponible est trouvée, ce qui rend le réseau plus fiable et flexible.
EnOcean : norme qui spécifie l’utilisation d’une technologie de collecte d’énergie ne nécessitant pas de piles ou d’autres sources d’alimentation pour des cas d’application comme les capteurs et le contrôle de l’éclairage.

Des passerelles pour relier les protocoles

Les passerelles deviennent essentielles lorsque l’on aborde la communication entre plusieurs bâtiments. On parle alors de « passerelles extérieures », mais il existe également des cas de passerelles installées à l’intérieur, en cas de murs particulièrement épais par exemple. Les deux idées clés de la supervision des bâtiments modernes sont l’indépendance vis-à-vis des fabricants et les systèmes ouverts. Pour assurer une communication fluide entre les différents protocoles, plusieurs passerelles de nombreux fabricants sont donc désormais disponibles. Grâce à elles, il devient possible d’intégrer et connecter, par exemple, n’importe quel dispositif Modbus RTU ou TCP à un contrôleur BACnet BMS, BACnet IP ou BACnet MS/TP. Le but est de rendre les signaux et les ressources du système Modbus accessibles à partir d’un système ou d’un dispositif de contrôle basé sur BACnet comme s’il faisait partie de son propre système, et vice versa.

Des méthodes de transmission de données adaptées aux besoins

Bien qu’il existe diverses exceptions en fonction de l’objectif de construction, modernisation ou rénovation d’un bâtiment, l’installation de câbles reste la méthode de connexion la plus classique. Mais cela requière beaucoup d’espace et il faut considérer à l’avance les capteurs et systèmes à placer et à quels endroits. En revanche, le raccordement de dispositifs supplémentaires reste tout à fait possible. Les câbles étant considérés comme très stables, il n’y a pas de problèmes de portée ou d’interférence avec des réseaux radio voisins, comme cela peut être le cas avec les solutions sans fil. En ce qui concerne le Wi-Fi, il n’existe pratiquement aucune solution de communication reposant uniquement sur lui. Le fait que les systèmes domotiques basés sur le cloud ne fonctionnent plus en cas de panne d’Internet est un argument de poids en faveur du câble ou encore du LPWAN. Le LPWAN (Low-Power Wide-Area Network) ne fait pas référence à une technologie spécifique, mais sert plutôt de terme générique pour tout réseau de communication sans fil doté d’une puissance inférieure à celle des réseaux cellulaires, satellitaires ou Wi-Fi. Par ailleurs, le LPWAN communique sur de plus grandes distances que d’autres réseaux à faible puissance utilisant le Bluetooth ou le NFC, par exemple.

Trois grands acteurs de la transmission numérique de données se révèlent pertinents dans un cadre de supervision d’état des bâtiments, et si leurs différences peuvent paraître subtiles, elles se révèlent cruciales quant au succès des différents scénarios d’installation :
LoRa : dispose d’une bonne bande passante et nécessite l’utilisation de puces Semtech, ce fabricant l’ayant racheté en 2012. LoRa a pris de l’ampleur sur le marché européen et l’on dénombre aujourd’hui toute une série de cas d’usage. Avec LoRa, il est nécessaire de construire l’infrastructure du réseau, ce qui rend son utilisation intéressante pour les projets avec une limite spatiale, et ainsi ne pas supporter des coûts trop élevés. On évite par ailleurs de dépendre des normes de réseau (comme c’est le cas avec Sigfox).
Sigfox : la technologie de l’entreprise française Sigfox est plus adaptée aux cas d’usage nécessitant une faible bande passante et aux fortes contraintes énergétiques car les émetteurs sont autonomes et sans alimentation électrique. La transmission des données est donc fiable et avec une maintenance minimale. Parmi les exemples d’applications, citons le suivi de containers et de bagages ou bien les poubelles intelligentes. La particularité de Sigfox est d’être un réseau ouvert utilisable par n’importe quel opérateur sans fil.
MIOTY : la solution logicielle de l’Institut Fraunhofer utilise un schéma de codage efficace qui multiplie par dix sa portée par rapport aux systèmes sans fil classiques. Plutôt que d’envoyer des paquets de données complets comme le fait Sigfox, MIOTY les divise en sous-paquets. Les émetteurs se distinguent par leur conception compacte et leur fonctionnement sur batterie jusqu’à plusieurs décennies. Les récepteurs sont conçus de manière flexible, permettant de les adapter à des applications spécifiques, fixes ou mobiles.
Une fois les technologies choisies et mises en place, elles rendront possible les mesures de multiples indicateurs environnementaux via des capteurs reliés à une solution de supervision. Les informations ainsi recueillies permettront de prendre des décisions de vérification, de maintenance ou de travaux afin d’optimiser le potentiel des bâtiments modernes.
Retrouvez sur LinkedIn Christine Raynaud, rédactrice en chef de Prescription Béton.
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