Réduire la dépendance à l’égard des piles dans la maison connectée

Alimentation. Sans elles, toutes les innovations électroniques que nous utilisons au quotidien seraient des morceaux inutiles de silicium, de plastique et de métal. Les innovations récentes autour de l’Internet des objets ne font pas exception. Chaque appareil connecté, qu’il s’agisse d’un moniteur de fitness au poignet, d’une serrure de porte électronique connectée ou d’un capteur à ultrasons dans une machine industrielle, a besoin d’énergie pour fonctionner et se connecter au reste du monde. À mesure que l’IoT devient de plus en plus omniprésent dans nos vies, la gestion et la fourniture de l’énergie deviennent un défi croissant. Certes, de grands progrès ont été réalisés avec la création de microprocesseurs qui consomment de l’énergie avec parcimonie et de composants qui utilisent une puissance mesurée en microwatts, mais ils ont toujours besoin d’énergie. Les modes veille sont régulièrement activés dans les appareils IoT pour les éteindre afin qu’ils consomment des quantités d’énergie à peine mesurables, mais ils ont toujours besoin d’énergie.  

Malgré toutes les avancées technologiques récentes, personne n’a encore réussi à mettre au point une source d’énergie perpétuelle, de sorte que la fourniture d’énergie fait partie des principaux défis des concepteurs. Dans certains cas, lorsqu’une source d’alimentation externe pratique est facilement disponible, comme dans les machines industrielles, les équipements de traitement ou même les détecteurs de fumée dans les maisons récentes, il suffit de câbler l’appareil à la source d’alimentation à l’aide d’une multitude d’options de connecteurs séparables ou de terminaisons de fils Poke-In à connexion rapide. Lorsqu’il n’y a pas de source d’alimentation, le concepteur doit se contenter d’utiliser des piles ou des dispositifs de collecte d’énergie tels que des cellules photovoltaïques ou des microgénérateurs électrocinétiques.  

Les piles restent la norme d’alimentation de facto pour la plupart des appareils électroniques sans fil. Ces appareils alimentés par pile(s) sont maintenant omniprésents dans nos vies et continueront à se développer à mesure que les appareils connectés seront plus présents dans notre quotidien. Les défis auxquels est confronté le concepteur de ces produits augmenteront également. Le concepteur doit équilibrer la taille de la ou des piles en fonction de la puissance à fournir et de leur durée de vie prévue. Il ne s’agit pas d’une mince affaire, mais le concepteur IoT dispose ainsi d’une source d’énergie stable, à facteur de forme fixe, ainsi qu’un large éventail de tailles et d’options d’intégration différentes. Leur disponibilité mondiale et leurs tailles standard signifient que presque tous les consommateurs sont habitués à les utiliser et à les remplacer, qu’il s’agisse d’une petite pile bouton LR1154 ou d’une pile cylindrique AA (CEI R6). Quelle que soit la pile sélectionnée, le concepteur dispose d’un éventail de connecteurs différents pour simplifier son assemblage, sa mise en service et son remplacement ultérieur.

Un coup d’œil à tous les appareils d’un foyer typique permet de comprendre à quel point l’alimentation par piles est devenue omniprésente. Dans des applications telles que les téléphones portables, nous avons pris l’habitude de brancher nos téléphones en fin de la journée pour que les batteries rechargeables soient rechargées. Nous ne pouvons pas imaginer un téléviseur sans une télécommande alimentée par quelques piles AA jetables. Tout, de nos lampes de poche aux manettes de jeu, dépend des piles pour fonctionner. Les appareils essentiels à la vie, tels que les détecteurs de fumée, nous protègent dans nos maisons et nous rappellent que la pile est défaillante en émettant un « bip » désagréable qui nous oblige à la remplacer. En fin de compte, cela signifie que pour alimenter tous ces appareils, chaque foyer dispose d’une réserve de piles de rechange stockées quelque part, lesquelles restent d’ailleurs introuvables lorsqu’on en a le plus besoin. À moins que de nouvelles idées en matière d’alimentation des appareils ne fassent l’objet d’une adoption ou d’un développement massif, l’essor des appareils domotiques augmentera considérablement le nombre de piles requises dans la maison connectée.

La plupart des nouveaux appareils sont sans fil.  Cela va du petit détecteur de présence accroché au mur aux interrupteurs sans fil, en passant par les porte-clés et les serrures de porte électroniques. Dans certaines applications, telles que les interrupteurs et les porte-clés, la durée de vie de la pile est assez impressionnante, atteignant souvent 5 ans ou plus grâce à des piles bouton au lithium. Dans d’autres applications à forte consommation de courant, telles que les serrures de porte électroniques et les vannes à distance, la durée de vie pratique de la pile se mesure en mois plutôt qu’en années. Pour des raisons pratiques et esthétiques, ces dernières applications limitent les types et la quantité de piles pouvant être utilisées. Dans le cas de la serrure de porte, personne n’achèterait ni ne serait satisfait d’une serrure de porte qui nécessite quatre piles de taille D (LR20) pour fonctionner pendant cinq ans, de sorte que le concepteur doit trouver un juste équilibre entre les aspects pratiques de la conception et une durée de vie acceptable des piles. Le compromis consiste généralement à utiliser un paquet de quatre à huit piles AA pour alimenter la serrure pendant un an, jusqu’à ce qu’il soit nécessaire de les remplacer. La plupart des propriétaires ne se plaindront probablement pas trop du remplacement de ces piles une fois par an – bien que dans certains cas, l’accès aux piles implique souvent un démontage de la serrure. Les propriétaires sont déjà habitués à remplacer les piles de leurs détecteurs de fumée chaque année. Il n’est donc pas grave d’avoir à en remplacer quelques unes de plus dans les serrures des portes, n’est-ce pas ? Eh bien, les choses ne sont peut-être pas si simples. Que se passe-t-il si le propriétaire n’est pas un propriétaire de maison individuelle, mais un gestionnaire d’immeubles d’habitation abritant plusieurs centaines d’unités, ou un gestionnaire d’installations pour un campus universitaire comportant des milliers de dortoirs équipés de serrures électroniques ? Soudain, le simple remplacement des piles d’une serrure de porte devient une tâche très fastidieuse, coûteuse et chronophage.

Toujours sur le thème des serrures de porte électroniques, l’élimination ou la réduction de la taille et du nombre de piles pourrait avoir de vastes effets. Soudain, la taille de la serrure peut être considérablement réduite puisque le dispositif de verrouillage n’a plus besoin d’accueillir une pile encombrante, ce qui se traduit par un design beaucoup plus esthétique. Dans un complexe d’appartements de 1000 unités avec serrures électroniques et un cycle de remplacement annuel, le coût de possession de ces serrures électroniques sur dix ans avoisine les 50 000 dollars. Le remplacement des piles dans ces serrures représente donc un potentiel d’économies important. Le défi réside dans la nature des serrures de porte électroniques. Les circuits électroniques peuvent être conçus pour capter l’énergie de la même manière que les porte-clés ou les modules de capteurs que l’on trouve dans les maisons. Ce sont les petits moteurs ou solénoïdes utilisés pour activer les serrures qui consomment beaucoup de courant lors de l’activation et sont la principale cause d’usure des piles.

L’utilisation de techniques d’alimentation sans fil pour alimenter une serrure de porte est logique non seulement du point de vue du coût du cycle de vie, mais aussi, et c’est probablement plus important encore, du point de vue écologique. Les statistiques de l’industrie sur le parc mondial de serrures électroniques installées et sa croissance prévue au cours des dix prochaines années révèlent des chiffres surprenants. Compte tenu de la nécessité de remplacer 4 piles dans chaque serrure chaque année, plus de 500 millions de kilogrammes de piles AA seront déposés dans les décharges au cours des dix prochaines années. C’est le poids combiné de cinq porte-avions américains de classe Nimitz ou de 287 500 automobiles pleine grandeur. Il ne fait aucun doute qu’il s’agit d’une quantité stupéfiante laquelle, combinée à l’impact écologique de la fabrication de ces piles, devient une préoccupation écologique importante. En ajoutant une alimentation sans fil aux serrures de porte, il devient inutile d’utiliser des piles jetables, même en petites quantités, ce qui pourrait générer des avantages économiques et écologiques importants. Alors que nous continuons d’avancer sur la voie de l’automatisation des maisons et des bâtiments, les concepteurs d’appareils connectés pour la maison doivent envisager toutes les options disponibles pour l’alimentation, lesquelles ne sont pas nécessairement les plus pratiques à concevoir. Les concepteurs doivent examiner attentivement les autres options d’alimentation, plus en amont dans le processus de conception, avant de se rabattre sur les piles. Il en résultera pour nous tous des produits mieux conçus, offrant des cycles de vie plus longs, à la fois plus simples et plus économiques à entretenir, tout en améliorant le niveau de commodité pour lequel ils ont été conçus. Après tout, aucun d’entre nous ne souhaite voir déverser dans son jardin ne serait-ce qu’une seule cargaison de piles jetables.