Garantes de la visibilité des processus et d’une meilleure disponibilité des équipements, les données sont devenues un levier essentiel de performance industrielle. Encore faut-il choisir la bonne technologie pour l’industrie : 5G, Bluetooth, LoRa… Nous faisons le point sur chacune d’entre elles, avec leurs atouts, leurs faiblesses et les garanties offertes d’un réseau sécurisé.
Mue par une modernisation croissante des chaînes de production et logistique, l’industrie se plie aux canons de l’usine connectée. L’Industrie 4.0, comme on l’appelle également, fait massivement appel aux réseaux sans fil et à l’informatique mobile. Dans l’usine connectée, chaque machine est capable de communiquer avec les autres, ce qu’on appelle le machine to machine (M2M), mais aussi avec les autres dispositifs de l’usine et des sites distants.
Les machines ne sont pas les seules à être connectées entre elles, les objets aussi, comme les objets produits, mais aussi les outils ou les vêtements de sécurité par exemple. On parle alors d’Internet des objets industriels (IIoT, pour Industrial Internet of things), par référence à l’Internet des objets (IoT) qui relie à Internet les objets connectés du quotidien (télévision, chauffage, éclairage, voiture…).
Les avantages des réseaux sans fil pour l’IIoT
Dans l’industrie, les promesses de cette connexion à tout va des moyens de production et des objets sont nombreuses : acquérir les données nécessaires à la surveillance des processus, à leur localisation, permettre d’optimiser ces processus, d’en améliorer le contrôle, assurer la disponibilité des équipements grâce à la maintenance prédictive, augmenter la durée de vie de machines…
De nombreux atouts permettant d’assurer la flexibilité des chaînes d’approvisionnement et des flux de travail tout en accroissant la productivité et la rentabilité opérationnelle.
Quel réseau choisir pour l’industrie ?
Le choix du réseau IIoT n’est pas évident. Il dépend de nombreux facteurs. D’abord ceux inhérents à l’environnement industriel (secteur économique, type d’usine et de production, localisation géographique…). Ensuite ceux qui sont attachés aux caractéristiques de chaque réseau sans fil : sa portée, ses performances en termes de débit, sa fiabilité (taux de panne, impact des interférences, sa latence, sa consommation énergétique, la conformité aux normes et aux réglementations, le choix d’une solution open source ou propriétaire, son coût… sans oublier ses capacités à sécuriser les données.
Parmi les technologies sans fil pour les usines intelligentes, on trouve :
Le Bluetooth : le réseau à courte portée
Un réseau Bluetooth low energy (LE, ou basse consommation), dans sa version 4 ou 5, a l’avantage de s’implanter facilement sur des machines pour relier plusieurs capteurs au réseau d’entreprise. Sa portée et son débit sont toutefois trop faibles pour faire transiter une grande qualité de données.
Cas d’usage : relevé de données. Une interface Bluetooth est implantée dans une machine munie de capteurs. L’opérateur approche sa tablette ou son téléphone pour faire un relevé de données.
- Portée : courte (< 10 m)
- Débits : faibles (quelques centaines de Kbit/s à quelques Mbit/s)
- Consommation : faible
- Fiabilité : faible (sensible aux perturbations électromagnétiques)
- Coût : faible
LoRa et Sigfox : les réseaux à longue portée privilégiés par l’industrie
À l’opposé du Bluetooth, qui nécessite de s’approcher de l’émetteur, les réseaux LoRa (Long Range, longue portée) et Sigfox sont deux réseaux conçus pour transmettre des données à très longue portée, à bas débit et avec une faible consommation électrique. Concrètement, il suffit d’installer des « metteurs et un concentrateur sur le site industriel pour effectuer le relevé des différents capteurs. L’avantage de LoRa est qu’il est open source et ne nécessite pas d’abonnement à un opérateur. Pour autant, Orange et Bouygues Telecom l’utilisent et passe des accords d’itinérance pour suivre une puce LoRa sur plusieurs pays. À l’inverse, Sigfox repose sur un système propriétaire de l’entreprise française du même nom. Un choix qui s’est révélé peu judicieux, car Sigfox est actuellement en redressement judiciaire. Côté sécurité, ces réseaux ne sont pas reliés à Internet et donc ne sont pas exposés à d’éventuelles attaques.
Cas d’usage : transmission de données d’un capteur. Un capteur est placé au fond d’une cuve. On pourra connaître le niveau de remplissage de la cuve à distance. Autre usage, un capteur est installé dans un conteneur. On pourra suivre son itinéraire dans plusieurs pays.
- Portée : longue (1 à 20 km)
- Débits : faibles (0,3 à 50 Kbit/s)
- Consommation : faible
- Fiabilité : forte
- Coût : faible
Le WiFi : le réseau qui a l’avantage des débits
Bien connu du grand public, le WiFi apporte une large bande passante pour effectuer de multiples relevés en temps réel et à distance. Il pourra aussi servir à commander des machines ou recevoir de multiples flux vidéo. La portée d’un seul adaptateur WiFi pourra être étendu par des répéteurs ou un réseau mesh, un maillage d’adaptateurs.
Cas d’usage : contrôle-commande de machine, relevés de plusieurs appareils, transmission vidéo…
- Portée : moyenne (50-100 m)
- Débits : élevés (> 100 Mbit/s)
- Consommation : moyenne
- Fiabilité : moyenne
- Coût : moyen
La 5G : le réseau du futur, avec les avantages de la portée et du débit
Dernière norme en vigueur des réseaux cellulaires la 5G se démocratise progressivement en France. Peu d’entreprises l’utilisent encore, choisissant des systèmes éprouvés dans un cadre d’exploitation industrielle, comme la 3G et la 4G. La portée de ces réseaux cellulaires peut être élevée et leurs débits sont particulièrement intéressants pour faire transiter une grande quantité de données. Revers de la médaille, les ondes ne passent parfois pas les épais murs de certains bâtiments industriels. Le classique problème de la couverture du réseau se pose également : une zone industrielle isolée aura peu de chance d’en profiter. De plus, les appareils 4G et 5G s’avèrent relativement gourmands en énergie. Enfin, il ne faudra pas négliger les coûts d’abonnement qui pourront vite enflammer les factures quand il faudra connecter des centaines d’objets.
Cas d’usage : transmission vidéo d’une caméra. Une caméra placée sur une chaîne de production enverra ses images dans une salle de contrôle.
- Portée : longue (100 m à quelques km)
- Débits : élevés à très élevés (> 100 Mbit/s à plusieurs Gbit/s)
- Consommation : élevée
- Fiabilité : moyenne
- Coût : élevé
Ces technologies sans fil ne sont pas exclusives l’une de l’autre. Un même site pourra recourir à plusieurs d’entre elles, et côtoyer des installations reposant sur un câblage Ethernet ou fibre, moins sensibles aux perturbations électromagnétiques des environnements industriels.
