Donner le pouvoir aux gens
Les bâtiments intelligents peuvent offrir de nombreux avantages pour rendre la vie plus facile et plus efficace, grâce à des technologies comme les réseaux étendus basse puissance (LPWAN).
Les villes intelligentes ne sont pas qu'une question de technologie, de réseaux de capteurs ou d'intelligence artificielle. Les bâtiments intelligents doivent faciliter de manière durable la vie des gens qui y vivent. C'est très différent d'une approche purement informatique d'entreprise, faite de bits et d'octets, dans la mesure où il est très important de tenir compte des besoins des personnes.
L'une des technologies clés pour les villes intelligentes est le réseau étendu sans fil de faible puissance (LPWAN). Il s'agit d'une technologie clé pour l'Internet des objets (IoT) qui permet de déployer rapidement et facilement des capteurs de faible puissance dans les bâtiments intelligents où des données doivent être collectées pour servir les besoins des gens.
Il peut s'agir de surveiller le nombre de personnes présentes dans une pièce ou se déplaçant dans un bâtiment, ou de mesurer la température ou les niveaux de dioxyde de carbone ou tout autre type de données nécessaires pour aider les gens à se sentir mieux. Ces données doivent être collectées et rassemblées, mais surtout, elles doivent être exploitées pour améliorer la qualité de vie des habitants de la ville intelligente. Pour cela, il faut combiner les bons capteurs, une technologie de réseaux sans fil et des outils de gestion de données.
Les protocoles LPWAN sans fil tels que LoRaWAN permettent d'utiliser des capteurs à faible consommation d'énergie qui peuvent fonctionner pendant des années, voire des décennies, avec une simple pile bouton, évitant ainsi les coûteuses interventions pour remplacer les piles. L'utilisation d'un système sans fil alimenté par batterie permet de placer les capteurs exactement là où ils sont nécessaires, et de les déployer dans de grands bâtiments, voire dans la ville toute entière.
La technologie LoRa de Semtech, à l'origine de la norme LoRaWAN, fournit des liaisons sans fil fiables, dans des bandes de fréquences sans licence en dessous du 1 GHz. Ces bandes ‘sub-GHz’ permettent un fonctionnement sur de longues distances et à faible consommation, tandis que le protocole assure une liaison robuste et fiable. Grâce à cette combinaison, les capteurs sans fil peuvent être alimentés par une pile bouton pendant de nombreuses années.
Les capteurs se connectent à une passerelle qui collecte les données et les transmet à un réseau plus large, l'Internet des objets (IoT). Ces passerelles sont alimentées par secteur ou par Ethernet (PoE), et sont reliées au logiciel d'un opérateur, soit localement, soit dans le cloud.
La prolifération des capteurs, et la connexion IoT, contribuent également à la durabilité des bâtiments intelligents, et de la ville intelligente au sens large. Des capteurs de surveillance des fuites d’eau par exemple permettent de réduire la consommation d'eau et de signaler les problèmes avant qu'ils ne deviennent graves, tandis que des capteurs sur le réseau électrique local permettent d’identifier certains problèmes avant qu'ils ne provoquent une panne.
L'intégration de ces capteurs à bas coût dans les systèmes logistiques permet d'obtenir des informations, et d'assurer la commodité et la durabilité dans la ville intelligente. Des équipements de toutes sortes peuvent être équipés de ‘tags’ et être tracés, ce qui permet de s'assurer qu'ils se trouvent au bon endroit au bon moment, et d'utiliser au mieux les ressources. Les marchandises peuvent être expédiées par les voies optimales en fonction des délais de livraison, ce qui réduit l'empreinte carbone et la pollution. Les clients peuvent tracer leurs colis afin d'éliminer les trajets inutiles ou gaspillés.
Tout cela est possible grâce à la faible puissance de la liaison de communication. Le déploiement de milliers de capteurs dans un bâtiment nécessiterait le remplacement périodique des batteries ou des piles, le tout pour un coût considérable. En prolongeant la durée de vie de la batterie ou de la pile de plusieurs années, voire d'une décennie, on aligne en fait cette durée de vie sur celle du capteur lui-même, de manière à pouvoir remplacer les deux en même temps.
La faible puissance ouvre même la voie à des solutions de récolte d'énergie. Avec la technologie LoRaWAN, les capteurs peuvent être alimentés par un petit panneau solaire, de l'énergie thermique ou même de l'énergie radioélectrique récupérée des téléphones portables. Cela permet d'étendre la durée de vie des capteurs à plusieurs décennies, ce qui n'est pas négligeable pour les infrastructures d'eau et d'électricité.
Il ne s'agit pas là de simples concepts, mais bien de systèmes déjà mis en œuvre et utilisés dans certaines villes du monde.
Par exemple, la société internationale de conseil Capgemini utilise la norme LoRaWAN dans ses services d'immobilier d'entreprise (CRE). À l'aide d'une série de capteurs, Capgemini peut surveiller l'occupation des salles et des bureaux afin de garantir une utilisation optimale et de s'assurer que les bâtiments sont bien dimensionnés pour le nombre d’occupants.
Avec une portée de plus de 50 m à l'intérieur d'un bâtiment pour les capteurs LoRaWAN, Capgemini a constaté qu'une passerelle pouvait couvrir 10 000 m2 et des milliers de capteurs, ce qui rend la technologie rentable et évolutive dans les grands bâtiments. Les fréquences sub-gigahertz et les protocoles robustes utilisés par LoRaWAN assurent une excellente pénétration dans tout le bâtiment, atteignant des zones que d’autres technologies sans fil comme le Wi-Fi et Bluetooth ne peuvent atteindre sans interférences ou pertes, même dans les zones urbaines denses.
Le système « SmartOffice » de Capgemini a été développé spécifiquement pour la gestion des bâtiments, et réduit les coûts de gestion immobilière de 10 à 15%. Les données sont disponibles via une interface web simple, qui permet aux gestionnaires de bâtiments de voir rapidement et facilement ce qui se passe, mais les données peuvent également être introduites dans un logiciel d'analyse pour un examen approfondi.
Pour les applications de ville intelligente au sens large, les capteurs ont une portée encore supérieure, jusqu'à 30 km, et peuvent être détectés d’autres manières.
Le projet Sidewalk d'Amazon est un réseau sans fil d'origine collective qui simplifie la configuration des appareils, et étend la portée des applications LoRa au sein de la ville intelligente. Le protocole LPWAN est déjà mis en œuvre dans certains appareils comme la sonnette Ring d’Amazon, et Sidewalk l'étend à l’extérieur de la maison. Cela signifie que les capteurs qui se déplacent dans la ville intelligente peuvent désormais être détectés où qu'ils se trouvent, qu’il s’agisse de traceurs d'animaux domestiques, de capteurs d'eau, de capteurs de suivi d’actifs, ou d’une multitude d'autres dispositifs à bas coût présents dans la maison intelligente, et offrant commodité et assistance aux résidents.
Toutes ces données sont transmises de manière sécurisée au cloud Amazon pour la surveillance des bâtiments intelligents et de la ville intelligente au sens large. Il s'agit d'un moyen supplémentaire pour évaluer et analyser les données de l'IoT.
L'un des premiers projets Sidewalk est celui de la Croix-Rouge américaine, qui étudie actuellement comment Sidewalk peut prendre en charge le suivi des stocks de sang entre les centres de distribution et les sites de don, afin d'améliorer l'efficacité de la chaîne d'approvisionnement de sang.
En tant que principal fournisseur de puces sans fil LoRa pour la norme LoRaWAN, Semtech travaille également avec SAS, un développeur d'outils d’analyse et d'IA massivement parallèles, sur de nouvelles façons de traiter le déluge de données provenant de tous ces capteurs présents dans la ville intelligente.
Les outils d'analyse IoT de SAS, basés sur le cloud Microsoft Azure, utilisent l'apprentissage automatique pour surveiller les données en temps réel et fournir des informations sur les activités. Il existe différents types de surveillance, des hôtels à la détection d’inondations, en passant par la surveillance de compteurs intelligents.
D'ici 2026, près de 20% des compteurs intelligents déployés par les services publics de distribution d’énergie et d'eau dans le monde seront connectés à l'aide de réseaux LPWAN. En outre, les capteurs LoRaWAN peuvent aussi surveiller les systèmes intelligents d'optimisation de l'énergie et de sûreté du gaz dans les villes. SAS a combiné ses outils de traitement de données avec cette technologie de capteurs pour maximiser l'efficacité des réseaux, afin de prédire et d’atténuer les risques, assurant ainsi la sécurité des citoyens
Cela montre que le réseau de capteurs LoRaWAN est agnostique par rapport à l'infrastructure et aux outils traitant les données. Ceci est d'une importance capitale pour les opérateurs et les gestionnaires de bâtiments intelligents et de ville intelligente, qui utiliseront toute une série d'outils de traitement de données différents pour aider les citoyens locaux.
Les réseaux de capteurs sans fil à faible puissance sont un élément clé des bâtiments intelligents et de l'expansion de l'IoT pour permettre la démocratisation des données. Collecter ces données à partir de milliers de points différents, et les rendre facilement accessibles dans le cadre de l'IoT, permet d’améliorer la vie des habitants de la ville intelligente.