Bien choisir la source d'énergie d'un capteur IoT

le 31/08/2020, par Jon Gold / Network World (adaptation Jean Elyan), Réseaux, 978 mots

La question de l'alimentation en énergie de petits appareils IoT disséminés sur une vaste zone géographique est importante, et l'efficacité est essentielle.

Bien choisir la source d'énergie d'un capteur IoT

Le terme « Internet des objets » désigne des technologies très diverses, depuis les capteurs jusqu'aux passerelles en passant par les systèmes back-ends qui organisent les données et assurent la sécurité des réseaux de machine à machine. On accorde, à juste titre, beaucoup d'attention à la façon dont les systèmes IoT collectent les données et à l'acheminement de ces données d'un endroit à un autre. Mais parfois, la question de l'alimentation des capteurs est tout aussi importante.

C'est précisément le cas des systèmes IoT impliquant de petits capteurs et des capteurs éloignés les uns des autres ou du reste du système. La consommation d'énergie devient alors une préoccupation essentielle, car en général, ces installations ne permettent tout simplement pas de recourir à un réseau électrique câblé traditionnel. Dans des secteurs verticaux comme l'agriculture, les services publics et les transports, les déploiements à faible consommation d'énergie et à grande distance sont importants. Les vulcanologues auront aussi du mal à tirer un câble électrique jusqu'aux capteurs de mesure des vibrations posés au bord d''un volcan. Et les testeurs d'humidité du sol dans le champ d'un agriculteur posent le même problème. Autant dire que les exemples de ce type ne manquent pas.

Logistique importante

Selon Al Velosa, vice-président et analyste de Gartner, d'autres options existent, et le choix de la meilleure solution dépend fortement de l'objectif commercial souhaité et de la manière de l'atteindre avec une efficacité maximale. « La question fondamentale est de savoir quel est le coût du déploiement de l'infrastructure », a-t-il déclaré. « Si vous gérez des actifs situés à quelques milliers de kilomètres... il est évident que c'est l'envoi de personnes sur place qui coûtera le plus cher ». C'est particulièrement important si l'entreprise fait le choix d'alimenter ses petits actifs IoT distants avec des batteries, probablement l'option la plus courante. Aucune batterie ne dure éternellement, et à un moment ou à un autre, il faudra les remplacer. Selon Frank Gillett, vice-président et analyste principal de Forrester Research, « certains composants chimiques des piles ne dureront pas 10 ans ». Les piles à oxyde d'argent restent populaires parce que leur rapport charge/poids est comparativement très élevé. Potentiellement, une petite batterie de ce type peut alimenter pendant des années un simple capteur équipé d'une radio de faible puissance et peu utilisée.

Mais ces batteries ne sont pas assez puissantes pour exonérer les fabricants d'appareils de la responsabilité de concevoir des appareils pouvant offrir une efficacité optimale. Au minimum, un capteur IoT doit être capable de collecter des informations, de les traduire sous forme numérique et de les transmettre en amont, soit vers un appareil de périphérie situé à proximité qui pourra traiter sces données ur place, soit directement vers un back-end. Chaque étape de ce processus représente un coût énergétique, et même si les progrès technologiques ont permis d'augmenter considérablement l'efficacité énergétique tant au niveau du traitement que de la transmission, l'énergie reste l'un des principaux facteurs limitant dans la conception des dispositifs IoT. « Il s'agit de trouver comment optimiser ce que peut faire un appareil de faible puissance, et cela dépend en grande partie de l'efficacité des ondes radios », a déclaré M. Gillett. « Il faudrait que le travail de traitement des données au niveau du terminal IoT soit aussi très économe en énergie. Idéalement, il faudrait intégrer au mieux ces deux éléments ». Comme il l'a déclaré par ailleurs, « la technologie des batteries progresse relativement lentement, par rapport aux processeurs, aux puces et aux capteurs, c'est une des raisons pour lesquelles certaines entreprises cherchent d'autres solutions pour alimenter leurs appareils IoT ».

Alternative solaire

L'énergie solaire est une autre de ces options. Grâce à l'efficacité croissante des cellules solaires, il est assez facile d'ajouter des panneaux de taille appropriée aux petits appareils, et le coût de ces panneaux a également baissé ces derniers temps. Mais, comme l'a souligné M. Velosa, « si cette solution semble parfaite en théorie, en pratique, de nombreux déploiements utilisant l'énergie solaire ne seront pas beaucoup plus efficaces que ceux utilisant l'énergie des batteries ». L'énergie solaire dépend toujours de l'exposition des panneaux au soleil, et qui plus est, ils sont loin de pouvoir se passer d'entretien. La poussière et la saleté peuvent dégrader leur capacité à produire de l'énergie. « En général, on estime que les déploiements d'une installation solaire peuvent tenir pendant 1 à 5 ans, avec une maintenance en milieu de période », a-t-il déclaré.

Une autre option est celle de l'énergie entièrement sans fil, l'équivalent d'une borne de recharge Qi, mais sur des distances beaucoup plus grandes. Cependant, on est encore loin de pouvoir généraliser cette technique. Des start-ups comme GuRu, Wi-Charge et d'autres ont fait des progrès notables dans le domaine de l'énergie sans fil, mais les analystes pensent que cette technique n'est pas particulièrement adaptée à des déploiements IoT où les appareils sont très espacés les uns des autres. La plupart des technologies disponibles sur le marché actuel sont soit trop expérimentales, soit trop coûteuses ou trop limitées pour offrir une véritable alternative à l'énergie solaire, aux batteries ou aux câbles. « C'est un cas d'école », a déclaré M. Gillett. « Cette solution très coûteuse ne peut concerner que des situations où tout câblage est impossible, mais il faut quand même traduire l'énergie sur une courte distance ».

Un choix multiple

Dans tous les cas, les entreprises qui cherchent à déployer de l'IoT seraient mieux servies en comprenant les coûts relatifs à chaque option d'alimentation en énergie, et en cherchant à maximiser l'efficacité. Il y aura toujours des coûts de maintenance, mais ces coûts peuvent varier considérablement. Toujours selon M. Velosa, « une évaluation complète est vraiment indispensable pour savoir quelle solution permettra à l'entreprise de tenir ses objectifs commerciaux ».

(Crédit Daan Lenaerts/ Pixabay) 

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