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Quel avenir énergétique pour l’IoT ?

14/02/2020 Paroles d'experts

L’IoT est un vaste écosystème qui se développe dans un grand nombre de secteurs, tels que le Smart Home, le Smart Building, les transports, l’agriculture, l’industrie ou encore dans les dispositifs mobiles type wearable devices. A l’heure où de grands acteurs tentent de standardiser le secteur : à l’image d’Amazon, d’Apple et de Google (qui forment une alliance visant à développer un standard de communication pour tous les objets connectés dédiés au domaine du Smart Home), d’autres problématiques font jour lors de la mise en place de réseaux de capteurs, et notamment des problèmes liés à l’énergie. Si l’on vante aujourd’hui la facilité d’installation des capteurs IoT, leur connectivité sans-fil, réseau et énergie compris, on oublie souvent que cela engendre l’utilisation de piles ou batteries qu’il faut remplacer, plus ou moins souvent en fonction des fréquences de remontées de données issues des capteurs. Et avec plus de 50 milliards d’objets connectés à ce jour, ajoutés à une croissance de l’ordre de 15% par an, les enjeux environnementaux et économiques sont majeurs !

Une gestion intelligente de l’énergie grâce à l’IoT, oui…

Dans le secteur du bâtiment (résidentiel et tertiaire) qui représente 45% des dépenses totales d’énergie et qui produit 25 % des émissions de gaz à effet de serre en France, les attentes sont fortes et chaque progrès compte.

Outre la rénovation énergétique, l’apparition de nouveaux systèmes permettant de mieux réguler les dépenses en énergie à l’intérieur des bâtiments est une aubaine. C’est notamment le cas de nombreuses solutions IoT qui permettent le suivi des ressources (électricité, gaz, eau…) par la mise en réseau de plus en plus d’équipements et de capteurs. Ces solutions permettent de faire des économies importantes, et de mettre en cohérence la gestion des espaces avec les usages réels. Il est ainsi possible de collecter les informations liées aux usages (Courbes de charges électriques par usage, taux d’occupation et indicateurs d’activités…), aux consommations (contrôle et consignes de chauffage/climatisation…) et à l’environnement (qualité de l’air, météo…), pour ensuite pouvoir en définir les habitudes et ainsi créer des scénarios spécifiques. La connexion à des systèmes de supervision bâtiment (GTB-GTC) peut aussi permettre d’adapter les variables des différents systèmes pour optimiser en temps réel les consommations énergétiques.

Mais les possibilités de l’IoT ne s’arrêtent pas là ! En intégrant les périphériques des usagers (wearables, smartphones, badges, bracelets connectés, …), nos bâtiments et nos espaces de vie pourront s’adapter à l’usage de chacun : personnalisation de l’environnement en fonction de la présence, des préférences et des droits de chacun, et ouverture à un ensemble de services complémentaires (contrôle d’accès, géolocalisation, réservation de salles …). De ce point de vue, l’arrivée de l’IoT est un succès et permet de mettre en applications de nombreuses idées inspirantes pour ainsi basculer un grand nombre de secteurs dans l’ère du digital.

Temps retour énergétique ASCA

… mais qu’en est-il de la gestion d’énergie des capteurs ?

Les opportunités offertes par l’IoT sont vastes et le potentiel important, mais cette masse croissante de capteurs engendre des impacts non négligeables sur les aspects environnementaux et économiques. En effet, si les fabricants de batteries et de capteurs portent une attention particulière à optimiser la durée de fonctionnement de leurs produits, la tendance à remonter davantage de données de plus en plus fréquemment engendre un réel enjeu sur l’autonomie des capteurs, fortement limitée par leur niveau de consommation énergétique.

Tout d’abord, l’aspect environnemental : Que faire de ces millions, voire milliards de batteries en fin de vie ? Comment réussir à intégrer cela dans une démarche écologique et de développement durable ? Le sujet est complexe sachant que le nombre de batteries en fin de vie ne va cesser de progresser dans les années à venir. Et même si des filières de recyclage de batteries se développent notamment en lien avec l’industrie automobile, l’absence de filières identiques pour les micro-batteries des capteurs et wearable devices est bien réelle.

Ensuite, vient l’aspect économique : les opérateurs de solutions IoT ayant des parcs de capteurs de plus en plus importants et/ou de plus en plus étendus géographiquement (à l’échelle d’une ville, d’un territoire ou d’un parc national de bâtiments), les coûts humain et financier nécessaire à la maintenance des piles et batteries peut vite devenir prohibitif.

Pour finir, la réponse à ces problématiques n’est pas simple : les réseaux et technologies de collectes de données de l’IoT (Lora, Sigfox, NB-IoT, 3G/4G…) restent très hétérogènes avec des disparités importantes concernant la consommation électrique des capteurs. Dès lors, ceci ne facilite pas l’adoption de réponses technologiques simples et facilement duplicables.

Technologie OPV organique

Ceci n’est pas une conclusion…

C’est un début !! Des technologies existent toutefois pour solutionner une partie des enjeux évoqués précédemment notamment grâce à l’essor des énergies renouvelables et aux progrès technologiques des capteurs eux-mêmes. En effet, les capteurs deviennent de plus en plus efficaces énergétiquement et leur consommation électrique baisse. Par ailleurs, l’intelligence embarquée devient suffisamment performante pour adapter la remontée de données en fonction de l’énergie disponible. De fait, la récupération d’énergie issu de l’environnement (Energy Harvesting) devient aujourd’hui possible et pertinente grâce à l’apparition de nouvelles générations de composants. Qu’elle soit thermoélectrique, piézoélectrique, radio ou photovoltaïque, l’énergie peut être collectée, stockée puis réutilisée afin de prolonger la durée d’utilisation de l’équipement sans avoir à le recharger manuellement.

Ainsi des solutions telles que le photovoltaïque organique (OPV) deviennent de plus en plus pertinentes pour permettre aux capteurs de gagner en fonctionnalités et en autonomie. Du fait de sa capacité à fonctionner avec de faibles intensités lumineuses (même en indoor), ou en jouant le rôle de capteur, on imagine aisément toutes les possibilités qu’offre cette solution :

  • Utilisation du film en tant que capteur additionnel (luminosité, réception LiFi),
  • Recharge des batteries dans presque tous les environnements (indoor et outdoor, environnement low light),
  • Fonctionnement des capteurs en totale autonomie énergétique,
  • Baisse des coûts liés à la maintenance.

Si on ajoute à cela que les modules solaires OPV ont l’avantage d’être légers, flexibles et semi-transparents, le champ des possibles est vaste. L’avenir de l’IOT et de l’Internet des objets est peut-être là, en alliant progrès technologique des équipements et récupération de l’énergie environnante via le photovoltaïque. Peut-être une première solution pour faire face à l’augmentation croissante des batteries en fin de vie et à l’enjeu du recyclage !

John FISKE

 

John FISKE
Business Development Manager
ASCA® Sensor

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