Explorez dans cet article les principales technologies et stratégies employées pour optimiser l’efficacité énergétique des serrures connectées.
Rappel : qu’est-ce qu’un système de verrouillage sans fil ?
Les systèmes de contrôle d’accès numérique sans fil se substituent aux serrures mécaniques et de clés traditionnelles. Ils régulent l’accès aux différents lieux – étages, pièces ou espaces de rangement – grâce à des serrures connectées activées par des signaux radio.
Ces systèmes comportent trois éléments clés :
- un émetteur – smartphone, transpondeur, badge ou carte RFID de SimonsVoss – qui active la serrure grâce à un signal d’authentification ;
- un récepteur intégré à la serrure, qui reçoit et vérifie la validité du signal – il authentifie l’utilisateur ;
- un actionneur – le composant mécatronique qui exécute ensuite le verrouillage ou le déverrouillage physique de la porte.
Afin de réduire l’usure de leur piles, diverses technologies peuvent y être intégrées. Découvrez les 7 principales ci-dessous.
#1 Le Bluetooth Low Energy (BLE)
Il s’agit d’une technologie de communication sans fil qui opère sur la même gamme de fréquence que le Bluetooth (2,4 GHz). Par contre, elle est capable de maintenir une connexion avec une consommation énergétique minimale.
Son mode opératoire ? Grâce à des cycles de fonctionnement très courts. Les appareils restent en mode veille la majeure partie du temps. Ils ne s’activent que pendant quelques millisecondes pour transmettre de petits paquets de données. Grâce à cette approche, les appareils à piles comme les serrures intelligentes peuvent fonctionner pendant plusieurs mois, voire plusieurs années, avec une seule pile.
Bon à savoir
Le BLE est particulièrement adapté aux applications où un smartphone sert de clé numérique.
ZigBee et Z-Wave sont deux protocoles de communication sans fil optimisés pour la domotique et les objets connectés (IoT). Contrairement au BLE, qui est souvent utilisé pour des connexions directes point à point, ZigBee et Z-Wave sont conçus pour créer des réseaux maillés : on parle de « mesh networks ».
Dans ce type de réseau maillé, chaque appareil peut communiquer avec ses voisins. Ainsi, même lorsqu’un équipement se trouve hors de portée de la passerelle centrale, son signal est transmis via d’autres nœuds réseau.
L’avantage est de taille : chaque appareil n’a besoin d’émettre qu’avec la puissance nécessaire pour atteindre le nœud le plus proche, garantissant une couverture stable et économe en énergie.
Notez également que :
- ZigBee fonctionne généralement sur la bande de fréquence de 2,4 GHz. Il est conçu pour supporter un grand nombre d’appareils ;
- Z-Wave opère dans la bande de fréquence sub-GHz (autour de 868 MHz en Europe), ce qui le rend moins sujet aux interférences provenant des signaux Wi-Fi et Bluetooth, et lui confère une portée plus longue.
Les deux protocoles sont combinés à du matériel à très faible consommation d’énergie développé pour les appareils alimentés par piles. Cela inclut des capteurs qui fonctionnent dans la gamme des microwatts et n’envoient des données qu’en cas de besoin, ainsi que des actionneurs pour systèmes énergétiques autonomes.
#3 Les microcontrôleurs ultra-basse consommation
Le microcontrôleur (MCU) est au cœur de la technologie moderne. Cerveau d’un système de verrouillage, il contrôle à la fois le traitement des données et les flux d’énergie.
Un MCU à ultra-basse consommation (« Ultra-Low Power ») minimise la dépense énergétique grâce à 3 mécanismes clés :
- un mode veille profond (Deep Sleep Mode) : le MCU ne consomme que quelques microampères, voire nanoampères, en mode veille ;
- une vitesse d’horloge adaptative : le microcontrôleur ajuste sa fréquence de fonctionnement en temps réel, n’utilisant sa pleine puissance de calcul que lorsque strictement nécessaire ;
- des capteurs intégrés : de nombreux microcontrôleurs offrent des interfaces intégrées pour les capteurs de mouvement, RFID ou infrarouges, ce qui permet d’économiser de l’énergie supplémentaire.
#4 La conception matérielle bien pensée
Une autre méthode pour réduire la consommation énergétique des systèmes de verrouillage sans fil consiste à optimiser leur conception matérielle. Cela passe par une gestion intelligente de l’alimentation, avec des régulateurs de tension efficaces et des chemins distincts pour n’alimenter que les composants requis à un instant T.
L’intégration de modules de communication à faible latence, comme le BLE, ZigBee ou Z-Wave, contribue aussi à réduire le temps passé en mode actif.
#5 Les capteurs de mouvement, RFID et infrarouges
L’objectif des capteurs de mouvement : déclencher l’activation uniquement en cas de besoin. Ils activent le système à l’approche d’une présence physique. Les capteurs infrarouges réagissent aux sources de chaleur. Ils sont idéaux pour les zones de sécurité ou les accès où une grande précision est requise.
La technologie RFID (Radio-Frequency Identification), particulièrement économe, fonctionne quant à elle en tandem avec des étiquettes RFID passives. Intégrées par exemple sur des cartes d’accès, celles-ci ne possèdent aucune source d’énergie interne. Elles sont alimentées à distance par le champ électromagnétique émis par le lecteur de la serrure au moment de la lecture. L’énergie consommée se limite donc à la brève activation du lecteur.
#6 La récupération d’énergie
La récupération d’énergie (ou « Energy Harvesting ») consiste à capter l’énergie disponible dans l’environnement pour alimenter un système électronique. Cette approche est idéale pour compléter ou remplacer les batteries.
Côté serrures, les technologies pertinentes incluent :
- la piézoélectricité, ou la génération d’une charge électrique à partir d’une contrainte mécanique, comme la pression exercée sur une poignée de porte ;
- le photovoltaïque : de petites cellules solaires peuvent capter la lumière ambiante (naturelle ou artificielle) pour recharger une batterie ou alimenter directement le système ;
- la thermoélectricité : l’exploitation des différences de température entre l’intérieur et l’extérieur de la serrure pour produire un courant.
Les cas d’usage les plus intéressants pour ces technologies ? Des batteries difficiles d’accès ou des zones à haute sécurité exigeant un entretien moins fréquent. Si ces technologies ne peuvent pas toujours remplacer complètement les batteries, elles constituent une alternative prometteuse pour des systèmes orientés vers l’avenir et respectueux de l’environnement.
Quelques applications typiques : des serrures de porte auto-alimentées, des systèmes d’accès hors réseau électrique, et des capteurs autonomes en énergie.
Attention
La récupération d’énergie est une technologie qui produit généralement de faibles quantités et dépend fortement des conditions environnementales.
#7 Les systèmes intelligents de gestion de l’énergie
Aujourd’hui, les systèmes modernes vont au-delà des optimisations matérielles. Ils utilisent des algorithmes de gestion de l’énergie pour adapter dynamiquement la consommation. Grâce à l’intégration de l’intelligence artificielle (IA) et du Machine Learning, vous pouvez :
- anticiper encore plus vos besoins énergétiques ;
- prédire les modèles d’usage des serrures ;
- corriger les erreurs et adapter l’algorithme.
Ces systèmes offrent par exemple la possibilité de programmer un mode de veille encore plus profond pendant les périodes d’inactivité prévues (comme la nuit dans un bureau). Il peuvent être combinés à des stratégies de récupération d’énergie, stockée et consommée sur les ordres de l’algorithme selon les besoins.
À retenir : les avantages et inconvénients de ces stratégies
Les systèmes intelligents garantissent de la durabilité et de l’adaptabilité. Toutefois, ces modes de fonctionnement exigent un investissement initial plus important, et une vigilance quant aux algorithmes. En effet, s’ils sont incorrects, ils peuvent poser des problèmes de sécurité ou augmenter la consommation d’énergie.
Quelles sont les limites de ces technologies ?
Réduire la consommation énergétique suppose des arbitrages, principalement entre économie et sécurité. Et pour cause, des protocoles robustes, comme le cryptage, l’authentification ou les alarmes, consomment beaucoup d’énergie, tandis qu’un chiffrement simplifié compromettrait la sécurité.
De même, un système entièrement dépendant de la récupération d’énergie peut devenir inopérant si sa source – mouvement ou lumière – fait défaut trop longtemps.
Enfin, pour économiser de l’énergie, les intervalles d’écoute du système peuvent être espacés, mais s’ils sont trop longs, l’ouverture de la porte peut se faire attendre, dégradant ainsi l’expérience utilisateur.
Un équilibre doit donc être trouvé pour maintenir des normes de sécurité élevées et une bonne réactivité tout en optimisant la durée de vie de la batterie.
Solutions de verrouillage économes en énergie de SimonsVoss
En combinant protocoles sans fil optimisés, microcontrôleurs à faible consommation, capteurs intelligents et systèmes de gestion de l’énergie, les serrures connectées contribuent à concilier sécurité et efficacité énergétique.
SimonsVoss applique ces principes dans plusieurs de ses produits pour vous garantir une efficacité énergétique de pointe :
- AX2Go : utilise le Bluetooth Low Energy pour une connexion économe en énergie avec les applications mobiles ;
- Clavier à code Pin AX : la technologie sans fil est optimisée pour minimiser la consommation lors de la communication ;
- SmartStick AX : le BLE est employé pour rendre des systèmes de fermeture peu énergivores.