IoT : les multiples facettes des objets connectés

Les prévisions de croissance du marché de l'IoT donnent le vertige. Divers cabinets d'études prédisent que ce marché va croître d'une façon tout à fait fulgurante dans les prochaines années. Selon une étude de Fortune Business Insight, le marché mondial de l’Internet des objets (IoT) a été évalué à 190 milliards de dollars en 2018 et devrait atteindre 1 102,6 milliards de dollars d’ici 2026, affichant un taux de croissance moyen de 24,7 % pendant la période de prévision. Selon une étude publiée par IDC, les dépenses IoT vont atteindre 1100 milliards de dollars en 2023. Alors qu'une étude de Gartner prédisait 26 milliards d’objets connectés d’ici 2020, l'étude de l’assureur Lloyd, intitulée « Networked World : risks and opportunities in the Internet of things », estime qu'il y aura plus de 125 milliards d’objets connectés dans le monde à l’horizon 2030.

Ces études reflètent-elles la réalité ? On l'ignore. Personne ne se risquera ou ne tentera de compter le nombre d'objets connectés à travers le monde. En revanche, tels les sondages qui donnent l'état de l'opinion sur un sujet particulier à un instant donné, ces études de marché démontrent qu'il s'agit d'une tendance forte : toujours une plus grande variété d'objets sera à l'avenir connectés.

Qu'entend-t-on exactement par IoT ? On parle d’Internet des objets ou d’IoT (Internet of Things) lorsqu’un appareil ou un équipement dispose de capacités de communication via Internet ou tout autre moyen de transmission avec un système de contrôle ou d’analyse logicielle situé à distance. Un équipement IoT embarque des capteurs, une électronique de traitement embarquée intégrant notamment un microcontrôleur, une batterie (s’il est autonome) et un système de communication pour transmettre les données collectées à une plate-forme distance qui traitera et analysera ces données via des logiciels dédiés. Ainsi à partir de l'application appropriée déployée sur un smartphone, un PC ou une tablette connectés à Internet, il sera possible de visualiser l'état de l'appareil, de le piloter ou d'obtenir des indicateurs de performance fruits du traitement des données collectées.

Un objet connecté peut donc être un appareil, un outil, un équipement ou encore une machine capable de fournir des données et des informations concernant son utilisation. Ces données peuvent être des paramètres de fonctionnement ou des valeurs mesurées par des capteurs embarqués. Cependant, la connexion d'un objet ne présente un intérêt qu'à partir du moment où le traitement des informations qu'il peut délivrer, en temps réel ou en quasi-temps réel, permet de fournir un nouveau service à son utilisateur.

Un système IoT se compose de plusieurs composantes :

• Des objets connectés, soit nativement soit en y ajoutant des capteurs afin de recueillir les données de fonctionnement.
• Des réseaux de communication sans fil.
• Une plateforme de collecte et d’hébergement des données.
• Des outils, plateformes ou logiciels capables de traiter les données.
• Des applications et services afin de visualiser et d'interagir avec son système connecté.

Pour faire communiquer des réseaux de capteurs dans un écosystème intelligent, la transmission des données joue un rôle central. Pour cela, il est important de s'intéresser de plus près au LPWAN (Low Power Wide Area Network). C’est un standard qui est utilisé pour les projets IoT de basse consommation en raison de sa faible utilisation énergétique, sa bonne pénétration dans les bâtiments et sa capacité de communication sur de longues distances. Il en existe quatre grands types qui ont chacun des avantages et des inconvénients en termes de puissance de signal, de fréquence des données transmises, de consommation électrique et de portée :

• NB-IoT : c’est une norme mondiale qui envoie des informations brèves sur une longue distance. Elle connecte des objets fixes ou en mouvement qui peuvent envoyer à intervalle régulier des informations, comme la consommation mensuelle d’électricité ou le taux d’humidité.
• LTE-M : il utilise le réseau 4G existant, mais n’en conserve que ce qui est strictement nécessaire pour la connexion des objets connectés. Il permet d’échanger des données plus volumineuses, en contrepartie d’une consommation énergétique plus importante.
• Sigfox : c'est le nom d’une technologie française qui fonctionne avec un signal de longue portée, mais uniquement réservé à une volumétrie très réduite.
• LoRa : portée par une alliance qui regroupe des acteurs des communications, elle mise sur l’interopérabilité permettant aux capteurs et aux objets de se connecter sur tout type de réseau.

Selon votre organisation et votre infrastructure technique, il est important de recueillir les bonnes données via le bon réseau afin d'optimiser votre maintenance prédictive. Par exemple, est-ce que des capteurs de pression qui relève une donnée toutes les deux semaines est suffisant, ou faut-il un protocole plus strict avec des relevés toutes les heures ? Selon vos besoins, les données collectées doivent donc s'intégrer dans des choix stratégiques et industriels importants pour une traçabilité intelligente.

Rendre des technologies autonomes est impossible sans connexion à Internet. Il existe deux principaux types de réseaux IoT.

• Bluetooth : Portée de 10 mètres en moyenne avec une bande passante moyenne. Pratique pour des utilisations classiques du quotidien.
• Zigbee : Une technologie présente dans les environnements embarqués, idéale pour simplifier l'utilisation de protocoles de communication sans fil. Très faible consommation.
• Wifi : Débit data important. Portée limitée à une trentaine de mètres et grande consommation d’énergie.
• RFID (Radio Frequency Identification) : Stockage et récupération de données à distance via des balises métalliques.
• NFC : Technologie utilisée pour un petit volume de données, sur une très faible distance (quelques centimètres maximum).

• Réseaux cellulaires : Certains réseaux s’appuient sur des réseaux cellulaires existants, comme LTE-M (permettant aux dispositifs IoT de s’intégrer aux réseaux cellulaires déjà mis en place) et NB-IoT (transfert de petites quantités de données dans les zones sans bonne couverture LTE).
• Réseaux non cellulaires comme Sigfox : Faible consommation, grande distance de communication, possibilité de connecter un grand nombre d’objets. Toutefois, débit limité.

Pour les industries, l'IoT représente un virage technologique qui facilite l'automatisation pour un internet industriel prédictif. C'est ainsi que l'IoT...

• améliore votre efficacité grâce à la prise de décisions plus intelligentes et plus éclairées.
• réduit vos coûts de maintenance en remplaçant les maintenances inutiles par une maintenance prédictive plus efficace et personnalisée.
• optimise vos processus avec une meilleure communication et un contrôle des opérations à distance pour identifier les risques, les sources de gaspillage et les éventuels goulots d'étranglement.
• limite vos coûts d'inventaire avec une gestion des stocks automatisée qui réduit les erreurs humaines et facilite les opérations de logistique.
• anticipe vos interventions de maintenance sur votre chaîne de production et réduit fortement les risques de pannes subites.
• contrôle l'efficacité et la productivité de votre équipement.

Chaque technologie doit aussi composer avec certains inconvénients ou nouveaux défis qu'il est important de connaître. Pour l'IoT, le principal sujet tourne autour des enjeux liés à la sécurité des données et aux enjeux des cyberattaques. En effet, à partir du moment où un équipement est connecté, il peut être la source d'une attaque par des pirates informatiques.

Il est donc essentiel de mettre en place des protocoles de sécurité très stricts pour éviter qu'un individu malveillant n'accède à des données hautement sensibles sur le fonctionnement de votre site industriel. Sécurité, sauvegarde, audit et contrôle régulier constituent alors votre meilleur rempart.

L'intégration de l'IoT dans les entreprises industrielles peut transformer une entreprise de l'intérieur. En prenant des décisions basées sur des données fiables et collectées régulièrement, vous pouvez ainsi gagner un temps précieux pour ajuster, optimiser et réorganiser votre ligne de production ou vos équipements et mieux gérer votre maintenance.

Dans le secteur de la domotique, les applications sont nombreuses. Depuis les thermostats, les dispositifs d’éclairage, les volets roulants, les compteurs d'eau et d'énergie, les systèmes de sécurité, les détecteurs de fumées, les appareils électroménagers... Il est ainsi possible de disposer à distance de l'état de santé et du statut de fonctionnement de ces équipements ainsi que de les configurer et les piloter à distance.

Dans le secteur du bien-être, il s'agit de montres et de bracelets connectés permettant de juger via le traitement de diverses données collectées l'état de forme de la personne, le nombre de calories dépensées, la qualité du repos ou du sommeil...

Dans le domaine sportif, les appareils IoT peuvent être utiles pour surveiller les performances des athlètes et leurs données physiologiques durant les séances d’entraînement, les compétitions et les périodes de repos. L'analyse des données permettra d'adapter leur préparation physique et leur planning d’entraînement. Des capteurs fixés sur le manche d'une raquette de tennis transmettent par exemple leurs mesures à une application opérant sur tablette ou smartphone pour fournir des métriques de performances : types de coups, puissance, vitesse de balle... Des technologies de collecte de données sont aussi destinées à améliorer les performances des cyclistes. Un capteur monté sur le moyeu de la roue du vélo mesure précisément la puissance développée par le cycliste et l'affiche sur un compteur ou un smartphone. Les valeurs mesurées puis collectées pourront être analysées ultérieurement par un logiciel. Ce qui permet au cycliste de constater les progrès réalisés au fil des entraînements.

Dans le domaine médical, il s'agit le plus souvent d'appareils portables spécifiques dotés de capteurs qui surveillent des constantes vitales. Ces appareils médicaux, autonomes et portables, sont conçus pour prévenir ou traiter diverses maladies. La télésurveillance des patients à domicile permet d’éviter dans certains cas leur hospitalisation et donc de réduire la pression sur les systèmes de santé et le personnel hospitalier. Les données enregistrées sur le patient sont transmises à une plate-forme de surveillance distante ou au médecin traitant pour leur analyse ultérieure.

Dans le secteur logistique, des traceurs permettent de suivre un colis ou tous types de conteneurs tout au long de la chaîne d'approvisionnement, depuis leur sortie de l'usine jusqu'à leur livraison. De plus, en les équipant de capteurs de vibrations, de température et de choc, cela permet de s'assurer que le colis ou le conteneur a été transporté dans des conditions évitant tout dommage.

Dans le domaine de l'environnement, il est question de petites stations météorologiques communicantes, de systèmes de surveillance de la qualité de l'air dans une rue, un bâtiment ou dans un parc, de la température, de la qualité de l'eau d'une rivière...

Dans l'univers industriel, on ne parle plus d’IoT mais d’IIoT (Internet Industrial of Things). Dans ce contexte, il s'agit d'exploiter les capteurs disponibles ou spécifiquement installés sur des équipements de production connectés pour surveiller et optimiser leur fonctionnement, améliorer leur rendement, et planifier des interventions de maintenance… Un projet IIoT vise à atteindre divers objectifs : augmenter la disponibilité des machines, optimiser la performance production, analyser les données de fabrication, réduire les consommations d'énergie, maîtriser la maintenance, améliorer la qualité des produits, etc.

Ainsi, la seule connexion des appareils et leur capacité à transmettre des données de fonctionnement ou relatives à leur environnement ne procurent aucun service ou fonctionnalité complémentaires à leur utilisateur. C'est seulement la mise en œuvre de solutions de traitement et d'analyse des données collectées (en temps réel et/ou en temps différé) par des applications logicielles dédiées qui le permettront. Le nouveau service fourni à l'utilisateur sera le fruit du croisement et du traitement des données recueillies par l'application logicielle appropriée. L'application dédiée à un thermostat connecté prendra par exemple en compte la température du logement où il est installé ainsi que les données de géolocalisation de ses résidents. Elle peut lancer la mise en route du chauffage, qui avait été mis en veille au départ des résidents, dès que l'un d'eux est localisé via son smartphone à quelques kilomètres de son logement. La température de consigne pourra ainsi être atteinte lorsqu'il arrivera à son domicile. Cet exemple simple montre que la prise en compte d'une seule donnée ne suffit pas dans bien des situations à offrir la fonctionnalité attendue par l'utilisateur. Dans le cas présent, c'est la mesure de température combinée à la fonction de géolocalisation qui pilote l’application IoT.

Les opérations de collecte et de transmission de données ne fournissent aucune valeur ajoutée à l'utilisateur ou au fabricant de l'appareil. C'est uniquement l'exploitation des données et leur croisement avec d'autres informations qui peuvent procurer de la valeur. Un thermostat connecté fournit la température de l'environnement thermique qu'il contrôle à un instant et à endroit donnés. Cette valeur diffère d'un logement ou d'un bureau à un autre. Elle est unique du fait du lieu d'installation et du contexte d'utilisation du thermostat. Le croisement de cette donnée avec d'autres paramètres mesurés par d'autres appareils et d'autres indicateurs telle que la météo, la consommation d’électricité, l'implantation géographique, permettra au fabricant du thermostat de tirer de précieuses informations qui lui offriront la possibilité de proposer un nouveau service, d'offrir de nouvelles fonctionnalités, de mieux connaître la façon dont son produit est employé afin de l'améliorer et d'innover.

Le fameux compteur Linky est un bon exemple d'appareil IoT qui offre de nouvelles possibilités tant aux consommateurs qu'aux fournisseurs d'énergie. Rappelons que la transition vers le dispositif Linky, depuis le choix du compteur jusqu’à sa mise en place, est à l’entière initiative d’Enedis, gestionnaire du réseau électrique, qui n’est associé à aucun fournisseur en particulier mais qui est en revanche amené à intervenir en cas de panne liée au réseau. Avec Linky, la plupart des interventions peuvent désormais être réalisées à distance. Un simple appel du client suffit pour changer la puissance par exemple. Linky participe également à détecter les incidents sur le réseau électrique au plus tôt et à distance. Les diagnostics sont ainsi facilités et les interventions plus rapides. Pendant la crise sanitaire liée à la covid-19 et les deux confinements mis en place en 2020 par le gouvernement, les compteurs Linky déjà installés dans les foyers français ont permis 30 000 télé-opérations en moyenne par jour et évité autant de déplacements.

Le compteur Linky concerne tous les usagers du réseau électrique, qu’ils soient clients auprès du fournisseur historique ou d’un fournisseur alternatif. Le compteur communicant Gazpar, installé par le gestionnaire du réseau de distribution GRDF répond aux mêmes objectifs concernant le gaz. Ces compteurs communicants sont capables de relever à distance des données de consommation plus fines que les compteurs traditionnels (données de consommation quotidiennes, horaires, voire à la demi-heure pour l’électricité). Il s’agit des données de consommation globales du foyer, sans le détail des consommations de chaque appareil (TV, éclairage, appareils électroménagers).

Grâce aux capacités de collecte et de transmission de données de ces compteurs, les opérateurs énergétiques peuvent effectuer une relève du compteur à distance, sans l’intervention d’un technicien au domicile des abonnés. Ce qui permettra également au fournisseur de proposer des offres adaptées à leurs usages et de réduire les coûts de mise en service. Les clients peuvent quant à eux dorénavant suivre et comparer leurs consommations, notamment via un espace sécurisé sur le site du gestionnaire de réseau. Ils disposent en outre d'une facturation basée sur les consommations réelles et non plus sur des estimations et peuvent optimiser ainsi l'usage de leurs équipements pour réduire leurs dépenses énergétiques. Ces compteurs remplissent donc parfaitement les objectifs d'une application IoT en offrant de nouveaux services tant aux clients qu'à leurs fournisseurs de gaz et/ou d'électricité.

Les traitements effectués sur les données utilisées et produites par les compteurs communicants sont encadrés par le code de l’énergie. Certaines fonctionnalités de paramétrage sont offertes aux abonnés. Certaines données sont collectées par défaut alors que d'autres ne le sont qu'après accord de l’abonné. Le gestionnaire du réseau de distribution collecte par défaut les données de consommation journalières (consommation globale du foyer sur une journée) pour permettre à l’usager de consulter gratuitement l’historique de ses consommations. La collecte de ces données de consommation fines (horaires et/ou à la demi-heure) n’est pas automatique. Ces données ne sont collectées qu’avec l’accord de l’usager ou, de manière ponctuelle, lorsqu’elles sont nécessaires à l’accomplissement des missions de service public assignées au gestionnaire du réseau par le code de l’énergie (par exemple, pour l’entretien et la maintenance du réseau ou l’intégration de énergies renouvelables). La transmission des données de consommation détaillée (horaires et/ou à la demi-heure) à des sociétés tierces, notamment à des fins commerciales, (par exemple, des fournisseurs d’énergie) ne peut intervenir qu’avec l’accord de l’abonné.