La transmission des données à travers le réseau électrique domestique

La fibre optique

Les câbles coaxiaux tendent désormais à être remplacés par des fibres optiques en verre. Un câble à fibre optique peut comporter jusqu’à 50 paires de fibres, transmettant chacune jusqu’à 4000 signaux à la fois. La fibre optique apparaît donc comme un des moyens d’avenir pour la transmission à fort débit [2]. Les premières fibres optiques employées dans les télécommunications, apparues sur le marché à partir des années 1970, étaient multimodes (à saut d‟indice ou à gradient d‟indice, selon que l‟indice de réfraction de la lumière varie de manière brutale ou progressive entre le coeur et la gaine de la fibre). Ces fibres étaient réservées (et le sont encore) aux débits inférieurs au gigabit par seconde, sur des distances de l‟ordre du kilomètre. Plusieurs longueurs d‟onde bien choisies se propagent simultanément en de multiples trajets dans le coeur de la fibre. Pour des débits plus élevés et des distances plus longues, la fibre monomode, de fabrication plus récente, plus fine, assure la propagation d‟une seule longueur d‟onde dans son coeur (quelques micromètres de diamètre) et offre donc de meilleures performances. Une fibre optique est constituée d‟un fil de verre très fin (figure I.3).

Elle comprend un coeur, dans lequel se propage la lumière émise par une diode électroluminescente ou une source laser et une gaine optique dont l‟indice de réfraction garantit que le signal lumineux reste dans la fibre [5]. Les avantages de la fibre optique sont nombreux : diamètre extérieur de l‟ordre de 0,1 mm, poids de quelques grammes au kilomètre. Cette réduction de taille et de poids la rend facile à utiliser. En outre, sa très grande capacité permet la transmission simultanée de nombreux canaux de télévision, de téléphone…etc. Les points de régénération des signaux sont plus éloignés (jusqu‟à 200 km), du fait de l‟atténuation moindre de la lumière. Enfin, l‟insensibilité des fibres aux parasites électromagnétiques est un avantage très apprécié, puisqu‟une fibre supporte sans difficulté la proximité d‟émetteurs radioélectriques. On peut l‟utiliser dans des environnements perturbés (avec de puissants champs électromagnétiques, par exemple). Par ailleurs, elle résiste bien aux écarts de température. La fibre optique constitue la plupart des artères des réseaux de télécommunications et des réseaux locaux à très haut débit. Les domaines d’applications sont les télécommunications, les liaisons et réseaux de données (transmission V.D.I. : Voix, Données, Images) ainsi que l’électronique (liaisons, capteurs et instrumentation).

Topologie du réseau électrique domestique :

Le réseau électrique domestique est un réseau complexe dont les caractéristiques peuvent varier fortement d’une habitation à une autre. Dans l’environnement domestique, l’arrivée de l’énergie se fait habituellement au niveau d’un seul point : le compteur électrique. C’est ce point que l’on considère comme étant la frontière entre le réseau d’accès et le réseau domestique [7]. • Début du réseau électrique domestique (le compteur électrique) : Si le compteur électrique définit bien la frontière entre le réseau du fournisseur d’énergie et le réseau de l’habitation, celui-ci ne se comporte pas comme une barrière étanche aux signaux hauts fréquences puisque rien n’est prévu dans ces dispositifs pour filtrer les signaux hauts fréquences. Des perturbations entre voisins qui utiliseraient des systèmes CPL (courant porteur sur ligne) doivent donc être envisagées. Les systèmes CPL doivent donc intégrer des technologies de lutte contre ces perturbations afin de garantir une Qualité de Service optimale (Lutte contre les phénomènes de brouillage) et une confidentialité des communications. Un autre cas est plus sensible : dans certains immeubles, plusieurs logements peuvent partager un même compteur électrique. Le réseau domestique est dans ce cas dépendant de celui des autres logements et rien ne peut empêcher la propagation du signal CPL d’un logement à un autre. Ce signal sera alors perçu comme un bruit (si l’on suppose que les différents habitants ne cherchent pas à communiquer entre eux) [7].

• I.4.2.2. Fourniture d’énergie (monophasée ou triphasée) : Pour des questions de rendement, la production de l’énergie se fait, a de très rares exceptions prés, en triphasé (3 phase + 1 neutre). Dans la plupart des pays européens, notamment au Royaume-Uni, la fourniture en énergie d’une habitation domestique se fait en monophasé (1 phase + neutre), c’est donc le fournisseur d’énergie qui va partager les 3 phases de son réseau entre différentes habitations. Cependant, dans certains pays comme en Allemagne (et dans une moindre mesure en France), il arrive que la fourniture de l’énergie se fasse en triphasé. Dans ce cas, c’est au niveau de l’habitation que la répartition des phases va se faire : certaines prises d’une même pièce peuvent alors être sur une phase alors que les prises de la pièce voisine vont en utiliser une autre etc. Au niveau des systèmes CPL, le cas d’une installation triphasée est problématique : en effet, si les deux prises que souhaitent utiliser le client sont sur différentes phases, ces prises ne sont alors reliées par aucun lien physique (à l’exception du câble de neutre qui ne peut être utilisé seul). Heureusement, en raison du rayonnement des câbles électriques et du couplage qui peut se produire entre les différentes phases, il est souvent possible d’utiliser des systèmes à courants porteurs sur un réseau triphasé, mais avec des débits qui sont néanmoins beaucoup plus limites [7]. I

• Topologie du réseau (complexe et imprévisible) : En aval du compteur électrique, la connexion se fait généralement sur un tableau électrique qui va relier les différents réseaux : circuits de prises, circuits d‟éclairage et équipements spéciaux (Fours, VMC etc.). Cette liaison se fait au travers de dispositifs de protection (tels que fusibles et disjoncteurs) parfois branches en cascade. Du tableau électrique jusqu’aux prises et lampes, les connexions peuvent se faire sous forme de réseaux en étoile (chaque prise est reliée a un point qui est lui-même connecte au tableau électrique) ou sous forme de bus (les prises sont connectées successivement sur le même lien électrique). Généralement, l’architecture électrique d’une maison est faite avec un mélange de réseaux en étoile et de bus, ce qui le rend particulièrement complexe à modéliser. La figure I.4 présente un exemple d’architecture de réseau électrique.

Applications en indoor :

Les bébés ont sans doute la plus grande expérience des CPL .C’était au début des années 80 que sont apparus les «babyphones», permettant de surveiller un nourrisson à distance. Branchés sur deux prises électriques suffisamment proches l’une de l’autre, les deux appareils communiquaient à travers le cuivre du réseau électrique. La technique CPL est tellement simple à mettre en oeuvre et à des coûts tellement tentants que nous pouvons nous permettre de laisser libre cour à notre imagination en étant certain que c’est réalisable [14]. Nous pouvons, par exemple, mettre en oeuvre le scénario illustré par la figure II.4, où différents appareils, capteurs, interface téléphonique, écran TV… etc. Sont connectés à travers la ligne d’énergie via un modem CPL. Donc, si par malheur, il y a un feu dans cette maison automatisée, le détecteur de fumée enverra un message d’avertissement via la ligne d’énergie. Ce message se verra pris en charge par le contrôleur de gaz qui coupera immédiatement l’arrivée de gaz par un système d’alarme qui pourrait alerter n’importe qui dans la maison, et, par la même occasion, il pourrait aviser les pompiers à travers l’interface téléphonique. L’interface téléphonique permettra aussi au propriétaire de la maison de donner des instructions de l’extérieur aux différents appareils. Il pourrait, par exemple, donner l’ordre au climatiseur de refroidir certaines chambres à un temps spécifié.

Et puis, si nous avons une limite de consommation d’énergie, les différents appareils électriques peuvent négocier la demande en puissance à travers un système de contrôle d’énergie. Par exemple, une machine à laver peut se mettre d’accord avec le système de chauffage quant est ce qu’elle pourrait commencer son cycle pour éviter un pic brusque et non souhaitable de demande en puissance. Ou bien, plus simplement, nous pouvons imaginer une télécommande FM pour diffuser des signaux audio dans la maison. Ou bien, un réseau à l’intérieur d’une maison peut utiliser le courant porteur comme un support de données à bande étroite pour contrôler des dispositifs électroniques où le coût d’utiliser un câble Ethernet pourrait être injustifié. Nous avions aussi trouvé sur Internet des applications assez originales des CPL : En effet, une entreprise spécialisée dans la conception et la fabrication des appareils de conservation des fruits, des légumes et autres produits alimentaires, la Besseling Agri-Technic (BAT) commercialise des équipements de surveillance et de commande de la qualité de stockage des aliments par la technique des CPL. Entre autres, elle a mis au point un appareil permettant de mesurer le niveau d’oxygène dans la chambre froide, de commander un générateur d’azote pour injecter la dose d’azote nécessaire pour faire baisser le niveau d’oxygène et donc freiner la respiration (le vieillissement) des fruits ou des légumes au début et pendant la conservation. Actuellement, la technologie des CPL est utilisée pour de nombreuses applications telles que la télé relève des compteurs, la télégestion des clients et des réseaux de distribution. Elle permet aussi d’offrir différents services avec de faible coût et une bonne qualité. Cependant cette technique trouve rapidement des limitations dès qu’on cherche à augmenter le débit ou à augmenter la portée. Ceci est dû aux contraintes de la transmission sur la ligne d’énergie qui ne sont pas encore maîtrisées [14].