Comment communiquer par courants porteurs ELECTRONIQUE N°29

Article de juin 1993 de ELECTRONIQUE N°29

Comment communiquer par courants porteurs
 
 

    L’utilisation du réseau de distribution d’énergie électrique comme support de communications ouvre les portes d’un marché prometteur. La technique paraît mûre, encore faut-il s’accorder sur un standard.

Les circuits intégrés de ces dernières années (microcontrôleurs, DSP…) permettent la réalisation de systèmes puissants au niveau programmation, traitements en temps réel et autres performances, pour des coûts tout à fait raisonnables. La mise en communication de ces systèmes laisse envisager une très nette amélioration de la vie quotidienne de chacun ; et il est normal de commencer à trouver archaïque notre utilisation des appareils domestiques ou la demi-journée de congé perdue à attendre un agent pour un problème de compteur. Depuis trois décennies déjà, l’EDF fait usage de techniques, dites à courants porteurs, c'est-à-dire utilisant le réseau d’énergie comme support de communication, mais seulement de façon unidirectionnelle.
"Cependant la question s’est assez tôt posée de savoir si des lignes dont la fonction première est de transporter et distribuer de l’énergie électrique pouvaient également acheminer de façon fiable des informations à bas ou moyen débit (quelques centaines ou milliers de bits par secondes), pour les besoins du distributeur mais également du client." (*) Ainsi s’exprime J.P. Lobert de la Direction des Etudes et Recherches d’EDF, ardent défenseur des courants porteurs et « personnalité incontournable » dans le développement de ce grand projet.

(*) "Les courants porteurs: l'énergie communicante" de J.P. Lobert et co-auteurs: cet article est paru dans la revue RGE n°10/92

DÉFINIR UN STANDARD POUR ÉVITER L’ANARCHIE

En 1990, le Cenelec met en chantier une norme définissant les bornes des fréquences de transmission et les niveaux de perturbations permis sur le réseau électrique (figure 1). Le distributeur d’énergie s’est vu allouer une bande de basses fréquences, donc de portée assez longue. Il n’est pas nécessaire de définir un protocole puisqu’il est chez lui. Mais dans la bande relativement étroite de la domotique, de plus en plus de systèmes locaux ont éclos (transfert de données vers une imprimante, surveillance à distance…) de façon totalement anarchique , d'autant plus que ces fréquences, soi-disant de courte portée, perturbaient quand même le voisinage.
 
 
De 3 kHz à 90 kHz De 90 kHz à 125 kHz De 125 kHz à 140 kHz De 140 kHz à 148,5 kHz
Pour les distributeurs d'énergie (en France, EDF) A usage général donc sans protocole d'accès Réservée aux applications de domotique Protocole d'accès Libre
1.Le Cenelec a alloué aux courants porteurs la bande de fréquence 3-148,5 kHz, qui a elle-même été subdivisée en sous-bandes.
 

« La seule façon d’éviter le désastre était de définir des "règles de politesse", un standard reconnu par tous, explique J.P. Lobert, d’où l’idée de réunir en une association, nommée Orphelec, les industriels concernés par les applications de ces courants porteurs, afin d’établir des normes . » Ces derniers étant concurrents sur le marché, le standard choisi devait être le plus neutre possible et un projet Esprit avec la caution de la communauté européenne semblait un bon arbitre. C'est ainsi que le travail d’implémentation de Home Systems (HS) se poursuivit avec pour maître d’œuvre l’EDF  .
Depuis ce coup d’envoi, 40 millions d’écus, soit plus de 280 MF, sont aujourd'hui partagés entre onze projets Esprit liés au développement de l'industrie de la domotique en Europe. Leurs objectifs, très imbriqués les uns les autres,  sont multiples : mise au point de composants bon marché fiables et d’outils de développement associés, définition de procédures de certification, commercialisation de premiers produits et installation de sites de référence . Ces projets Esprit ne sont pas tous basés sur les courants porteurs mais il s’agit toujours de communiquer dans le domaine de la domotique.
 

|| ||   ------------------  -------------  ---------  -------------  --------------
|| ||===|   Connexion    |  |   Etage   |  |       |  | Controle  |  |   Micro    |-->-- Sorties
|| ||   | transformateur |==|    de     |==| Modem |==|    de     |==| contrôleur |
||======|  + passifs     |  | puissance |  |       |  | protocole |  |            |--<-- Entrées
|| ||   ------------------  -------------  ---------  -------------  --------------
|| ||              ||            ||                                        ||
|| ||              ||            ||                                        ||
|| ||            -------------------        ----------------         --------------
|| ||            |    Protection   |        | Alimentation |         |   Eeprom   |
|| ||            -------------------        ----------------         --------------
|| ||
|| ||   \-------------------------- Communication ---------------------------------/ \-- Application --/
|| ||
Cable
d'alimentation
électrique

2.Configuration typique d'une connexion pour courants porteurs. Avec les premiers circuits intégrés, le prix de la connexion devrait passer de 60F aujourd'hui, à moins de 25F en 1996 (source SGS-Thomson)
 

Les courants porteurs en voie de normalisation , l’imagination n’a plus de limites quant aux applications. « Tout le monde est dans les ‘starting blocks’ pour envahir le marché. Pourtant, il subsiste de nombreux défis : certains déjà à l’étude, comme par exemple, au niveau de la couche physique, le support est fortement bruité et de façon difficilement modélisable dans le temps et dans l’espace, et , au niveau juridique, l’énergie et les transmissions ne dépendent pas d’un même ministère… Un autre est imprévu et concerne la programmation des équipements communiquants (grille-pain, machines à laver…). Il va demander la création d’un nouveau métier d’ingénieur logiciel, car la méthode de développement actuellement utilisée ne sait pas traiter ce genre de cible. D'autant plus que cette programmation, sera en final, le fait de l’utilisateur. » Cette déclaration est de Paul Ortais, ingénieur concepteur en micro-informatique, consultant de la société Itron pour les courants porteurs et surtout inventeur astucieux de nouveaux systèmes comme la gestion de marchandises transportées par camion remorque, utilisant le réseau électrique du véhicule (actuellement en cours de dépôt de brevet).

APPLICATIONS ET CIRCUITS INTÉGRÉS VOIENT LE JOUR.

Côté distribution d’énergie, de nombreuses expériences satisfaisantes ont été effectuées en Europe et aux Etats-Unis. Elle permettent de faire avancer les études vers des solutions de plus en plus fiables, comme nous l’expose M. Schwartz, responsable de l’activité courants porteurs au centre de recherche de Schlumberger dans le premier article suivant. Les applications sont d’abord une aide à la gestion et à la facturation de la clientèle courante, des services proposés au consommateur, en particulier l’optimisation de l’utilisation de l’énergie et du fonctionnement des appareils électriques, et une aide à la planification et à l ‘exploitation des réseaux. En domotique, il faut noter l’arrivée de système permettant de commander par courants porteurs divers appareils électriques, soit via un récepteur spécial placé entre la prise du réseau électrique et l’appareil à commander comme Dommissimo développé par Téfal et Legrand, soit à partir d’une console déplaçable comme Scénario mis au point par Moulinex. Mais surtout les premiers circuits intégrés dédiés aux courants porteurs font leur entrée sur le marché avec, un modem courants porteurs de SGS Thomson et très bientôt un module courants porteurs complet (figure 2), avec également l’UPP (Universal Protocol Processor) de Philips Semiconductor qui est un Asic constitué d ‘un microcontrôleur 8051 associé à un processeur Risc capable de prendre en charge les 3 couches Osi les plus basses de deux protocoles distincts (voir Electronique n° 27 page 50). L’américain Echelon, qui a déjà fait une percée sur le marché français de l’immotique avec la société Sil revient avec un circuit intégré PLIC (version européenne du circuit américain portant le même nom) et bénéficie actuellement de l’avantage d’un produit complet (protocole, composants, outils de développement) déjà expérimenté aux Etats-Unis mais avec l’inconvénient de ne pas être reconnu comme standard en Europe.
En informatique, une société française, Phénix lance le premier réseau local de partage de périphériques utilisant la technique des courants porteurs. L’intérêt de ce produit, nommé Freelink PC, nous amène à le présenter en détail dans le deuxième article qui suit.

Hélène Trézège
 

Dernières modifications: le 25 avril 1999.