Un capteur IoT est un petit appareil qui mesure quelque chose dans le monde physique, comme la température, un mouvement, la présence d’eau ou l’ouverture d’une porte, puis envoie cette mesure par un réseau à un logiciel où des personnes et des systèmes peuvent l’exploiter. La partie « IoT », pour Internet des objets, c’est la connexion : un thermomètre accroché au mur affiche un chiffre à qui passe devant, alors qu’un capteur de température IoT transmet ce chiffre à quelques minutes d’intervalle à un tableau de bord que vous consultez de n’importe où, et à des règles qui peuvent réagir quand il change.

Ce qui rend les capteurs IoT intéressants aujourd’hui, c’est la facilité de leur installation. Beaucoup fonctionnent des années sur batterie, se passent de câble et communiquent avec une passerelle qui peut se trouver à bonne distance. C’est pourquoi des projets qui exigeaient autrefois un électricien et un prestataire de gestion technique du bâtiment peuvent désormais démarrer avec une poignée de capteurs collés au mur. L’effort de conception porte sur le choix des bons capteurs et sur la centralisation de leurs données.

L’essentiel

  • Un capteur IoT réunit un élément sensible, un petit processeur, une radio et une source d’énergie, le plus souvent une batterie.
  • Les types courants mesurent le climat intérieur, la qualité de l’air, l’occupation, les portes, les fuites, les niveaux, les vibrations, l’énergie et la position.
  • Un réseau de capteurs IoT achemine les mesures des capteurs vers une plateforme, en passant par des passerelles et un serveur de réseau.
  • L’autonomie de la batterie dépend surtout de la fréquence d’émission du capteur et de sa distance à la passerelle.

Les différents types de capteurs IoT

Il existe des centaines de modèles de capteurs, mais la plupart se rangent dans un petit nombre de familles. Ce tableau reprend celles que l’on retrouve dans la plupart des projets de bâtiments, de sites et d’industrie :

Type de capteur Ce qu’il mesure Usages typiques
Température et humidité Température de l’air ou d’une surface, humidité relative Bureaux, chambres froides, salles serveurs, prévention des moisissures
Qualité de l’air CO₂, COV, particules fines Salles de réunion, salles de classe, pilotage de la ventilation
Mouvement et occupation Présence par infrarouge (PIR), radar ou comptage de personnes Utilisation des salles, éclairage, sécurité
Contact de porte et de fenêtre Ouvert ou fermé, grâce à un aimant et un interrupteur à lame souple (ILS) Sécurité, portes de chambres froides, gaspillage d’énergie
Détection de fuite d’eau Eau au niveau d’une sonde ou le long d’un câble de détection Locaux techniques, sous les éviers, salles serveurs
Niveau et distance Distance jusqu’à une surface, par ultrasons ou radar Cuves, conteneurs, puits, hauteur de neige
Vibration et inclinaison Accélération, niveau de vibration, angle Pompes, moteurs, structures, poteaux
Énergie et impulsions Consommation d’électricité, d’eau ou de gaz Comptage, profils de consommation
Traceurs GPS Position et déplacements Véhicules, conteneurs, équipements

À l’intérieur, la plupart de ces appareils se ressemblent. On y trouve l’élément sensible lui-même, un microcontrôleur basse consommation qui le lit et place la valeur dans un message court, une radio, et une batterie ou une alimentation externe. L’élément sensible détermine ce que l’appareil peut mesurer ; la radio détermine où ses données peuvent aller. Deux capteurs qui mesurent la même chose peuvent être totalement incompatibles s’ils utilisent des radios différentes.

À l’achat, vérifiez la radio en premier. Un bon capteur pour votre projet mesure la bonne grandeur avec la précision dont vous avez besoin, résiste à l’environnement où il est installé, utilise une radio que votre réseau sait recevoir et s’accompagne d’un format de données documenté. Kilo Electronics propose des capteurs et appareils LoRaWAN dans la plupart des familles du tableau, et les capteurs de n’importe quel fabricant fonctionnent du moment qu’ils sont compatibles avec votre réseau.

Comment fonctionne un réseau de capteurs IoT ?

Un réseau de capteurs IoT est la chaîne qui achemine chaque mesure du capteur jusqu’au logiciel. Quelle que soit la radio, il comporte les cinq mêmes maillons :

  1. Le capteur mesure et émet un message court, souvent quelques octets à peine.
  2. La liaison radio transporte le message dans l’air.
  3. Une passerelle ou une station de base le reçoit et le transmet à internet par Ethernet, Wi-Fi ou une connexion mobile.
  4. Un serveur de réseau vérifie le message, supprime les doublons quand plusieurs passerelles l’ont capté, le déchiffre et le transmet.
  5. Une plateforme décode les octets en valeurs, les stocke et les rend exploitables dans des tableaux de bord, des règles et des alertes.

L’essentiel du trafic circule dans un seul sens, du capteur vers la plateforme ; ces messages s’appellent des uplinks. Les messages dans l’autre sens, les downlinks, servent à modifier les paramètres d’un capteur ou à commander un actionneur, comme une vanne ou un relais. Les capteurs sur batterie n’écoutent généralement les downlinks que brièvement après chaque émission : un changement de configuration peut donc n’arriver qu’au prochain envoi du capteur. Les appareils alimentés sur secteur peuvent écouter en permanence et réagir en quelques secondes.

Le choix le plus structurant est celui de la radio, car il détermine la portée, l’autonomie de la batterie et le nombre de passerelles nécessaires.

Les radios courte portée comme le Wi-Fi, le Bluetooth Low Energy et Zigbee couvrent une pièce ou un étage. Le Wi-Fi est pratique là où il existe déjà, mais il consomme beaucoup. Zigbee forme un maillage dans lequel les appareils sur secteur relaient les messages des appareils sur batterie, ce qui fonctionne bien à l’intérieur d’un même bâtiment.

Les réseaux étendus basse consommation (LPWAN) ont été conçus précisément pour cet usage : des messages courts, une longue portée et des années sur batterie. LoRaWAN est le plus répandu ; une passerelle peut généralement desservir des centaines d’appareils sur quelques kilomètres en ville, et davantage en rase campagne. mioty est une norme ETSI plus récente (TS 103 357) qui découpe chaque message en de nombreuses salves radio courtes, ce qui le rend robuste dans les environnements denses et bruyants et permet à une seule station de base de gérer un très grand nombre de capteurs. Les opérateurs mobiles proposent aussi une connectivité LPWAN, comme NB-IoT et LTE-M : le capteur communique alors directement avec le réseau de l’opérateur, sans passerelle à installer de votre côté.

L’étape de la plateforme demande plus de traduction qu’on ne le pense. Chaque modèle de capteur envoie ses données dans son propre format d’octets : un décodeur (parfois appelé codec) doit donc transformer des octets comme 01 0A F3 en « température 21,5 °C ». Des fabricants différents nomment aussi la même mesure de façons différentes, si bien qu’un réseau hétérogène finit avec « temp », « temperature » et « t_air » qui désignent tous la même chose. Une bonne plateforme vous permet de les ramener à un seul nom avant de commencer à construire vos tableaux de bord.

Combien de temps dure la batterie d’un capteur IoT ?

Les capteurs IoT sur batterie sont couramment annoncés pour une durée de deux à dix ans, voire davantage. Le chiffre de la fiche technique suppose un intervalle d’envoi précis et de bonnes conditions radio, et deux réglages qui dépendent de vous le font beaucoup varier.

L’intervalle d’envoi. L’émission est ce qui consomme le plus d’énergie dans un capteur. Une illustration en chiffres ronds : si un capteur annoncé pour six ans avec un envoi toutes les 15 minutes passe à un envoi toutes les 5 minutes, il émet trois fois plus souvent. Comme les émissions dominent sa consommation, attendez-vous à une durée de vie plus proche de deux ou trois ans que de six. Beaucoup de capteurs proposent un compromis : des envois espacés quand rien ne change, et un envoi immédiat dès qu’il se passe quelque chose, comme une porte qui s’ouvre ou de l’eau qui apparaît.

La distance à la passerelle. En LoRaWAN, un capteur éloigné de sa passerelle reçoit l’instruction d’utiliser un facteur d’étalement (spreading factor) plus élevé, ce qui rend chaque message plus robuste mais allonge fortement sa durée d’émission. Un message court envoyé au réglage le plus lent peut mettre environ 25 à 30 fois plus de temps qu’au réglage le plus rapide, et la consommation de la batterie augmente d’autant. Ajouter une passerelle plus proche d’un groupe de capteurs éloignés peut prolonger nettement leur autonomie.

La température compte aussi. Les batteries perdent de la capacité au froid : un capteur dans une chambre froide négative ou à l’extérieur en hiver n’atteindra pas l’autonomie annoncée à température ambiante. Les capteurs conçus pour ces emplacements utilisent généralement des piles au lithium qui supportent mieux les basses températures. Les piles lithium-chlorure de thionyle sont un choix courant, car elles continuent de bien fonctionner largement sous zéro, même si leur capacité utile baisse quand même au froid.

Le remplacement des batteries mérite son propre plan. Un bâtiment équipé de 200 capteurs avec des batteries d’une autonomie de cinq ans représente en moyenne 40 remplacements par an, et ces interventions coûtent plus cher que les batteries elles-mêmes. Regrouper les remplacements par zone, et choisir un intervalle d’envoi adapté au besoin réel plutôt que l’option la plus rapide, permet de limiter ce chiffre.

Comment mettre en place un réseau de capteurs IoT

Ces étapes conviennent à un premier déploiement dans un bâtiment ou sur un site, et elles gardent ce premier réseau assez petit pour en tirer des enseignements :

  1. Mettez la question par écrit. « La salle serveurs surchauffe-t-elle la nuit ? » ou « Quelles salles de réunion sont réellement utilisées ? » La question détermine les capteurs dont vous avez besoin et leur emplacement.
  2. Choisissez les types de capteurs dans le tableau ci-dessus, et vérifiez leur radio, leur précision, l’indice de protection de leur boîtier et leur intervalle d’envoi.
  3. Choisissez le réseau. Pour un seul bâtiment avec du courant partout, un réseau courte portée peut suffire. Pour plusieurs bâtiments, des sous-sols ou des sites extérieurs, une passerelle LPWAN est généralement plus simple.
  4. Testez la couverture avant de tout installer. Placez la passerelle à l’emplacement prévu, emportez un capteur aux endroits les plus éloignés et les plus enfouis, et vérifiez que les messages arrivent avec un bon niveau de signal. Les sous-sols, les gaines d’ascenseur et les armoires métalliques sont les points difficiles habituels : testez-les en premier, et notez les valeurs de signal relevées pour pouvoir les comparer plus tard si un capteur commence à perdre des messages.
  5. Enregistrez chaque capteur dans votre plateforme avec ses identifiants et ses clés, et vérifiez que les valeurs décodées sont cohérentes.
  6. Définissez l’usage des mesures : un tableau de bord pour les personnes, et des règles qui déclenchent des alertes quand une valeur franchit un seuil.
  7. Laissez tourner quelques semaines avant d’étendre le réseau, et ajustez les intervalles et les seuils en fonction de ce que montrent les données.

Le logiciel peut lever une partie des frictions des étapes 5 et 6. Dans Kilo, le formulaire de gestion des appareils est conçu pour le téléphone : vous pouvez donc enregistrer chaque capteur depuis son point d’installation. Les modèles de métriques associent les noms de champs bruts de chaque fabricant à une seule métrique normalisée, si bien que des capteurs de marques différentes apparaissent comme une seule mesure cohérente. Et comme chaque appareil conserve son identité et son historique quand le capteur physique est remplacé, une unité hors service ou endommagée peut être changée sans rompre la continuité des graphiques.

FAQ sur les capteurs IoT

Les capteurs IoT ont-ils besoin du Wi-Fi ?

Non. Beaucoup de capteurs IoT utilisent leur propre radio basse consommation, comme LoRaWAN, mioty ou Zigbee, et accèdent à internet par une passerelle. Il existe des capteurs Wi-Fi, mais ils demandent généralement une alimentation secteur ou des changements de batterie fréquents.

Combien coûte un capteur IoT ?

Les capteurs simples sur batterie pour la température, les portes ou les fuites coûtent souvent quelques dizaines d’euros pièce, tandis que les capteurs spécialisés, comme les mesureurs de niveau radar ou les capteurs de vibration, coûtent davantage. La passerelle est un coût distinct, ponctuel et partagé entre de nombreux capteurs, et l’abonnement logiciel constitue un troisième poste.

Les capteurs IoT sont-ils sécurisés ?

Cela dépend de la radio et de la configuration. LoRaWAN et mioty chiffrent les messages entre le capteur et le serveur de réseau avec des clés propres à chaque appareil : les mesures pratiques les plus importantes consistent donc à protéger ces clés et à restreindre l’accès à la plateforme.

Quelle est la différence entre un capteur et un capteur IoT ?

Un capteur n’est que l’élément de mesure, comme une thermistance dont la résistance varie avec la température. Un capteur IoT associe cet élément à un processeur, une radio et une source d’énergie pour que la mesure puisse être envoyée et exploitée ailleurs.

Prenez la question « Quelles salles de réunion sont réellement utilisées ? ». Trois capteurs d’occupation dans trois salles de réunion et un capteur de CO₂ dans la plus fréquentée y répondent sur un seul tableau de bord, et une règle peut alerter les services généraux quand le CO₂ de cette salle reste au-dessus de 1 200 ppm pendant une demi-heure. Cette configuration tient dans l’offre gratuite de Kilo, et vous pouvez construire le tableau de bord et la règle avec des appareils émulés avant même d’installer la passerelle.