Equipements IoT pour le suivi de la consommation énergétique dans l’industrie

Qu’est-ce que l’IoT ?

L'IoT représente un système cyber-physique qui consiste en l'interconnexion de dispositifs et de systèmes capables d'échanger des informations entre eux via un réseau.  

Cette innovation technologique est souvent citée pour faire référence à des appareils d’usage quotidien tels que des caméras, des thermostats, des voitures, etc. Pourtant, ce concept est également utilisé dans le contexte industriel afin de désigner des machines et appareils connectés visant à automatiser des tâches, surveiller des processus, et ainsi améliorer l’efficacité, la productivité et la sécurité des systèmes. Ces applications pouvant ainsi permettre de réaliser des économies d’énergie significatives.  

Par exemple, dans le cadre de l’amélioration de l’efficacité énergétique des bâtiments, l’utilisation des capteurs connectés à un réseau IoT permet une surveillance de divers indicateurs susceptibles d'influencer la consommation d'énergie.  

Comment fonctionne les capteurs IoT ?

Les capteurs IoT sont des instruments qui permettent la collecte et la transmission de données. Ils peuvent être classés en plusieurs types selon leurs propriétés et leurs modes de fonctionnement : optiques, de pression, de proximité, de température et chimiques.  

Ces capteurs peuvent être connectés à des réseaux intelligents, tels que le Wi-fi ou le Bluetooth, mais dans le cadre d’applications industrielles ce sont bien souvent les réseaux LPWAN (Low Power Wide Area Network) qui sont privilégiés. Contrairement aux réseaux cellulaires traditionnels ou aux réseaux Wi-Fi, qui sont souvent trop énergivores ou ont une portée limitée pour les applications IoT, les réseaux LPWAN offrent une solution adaptée aux dispositifs qui doivent transmettre de faibles quantités de données sur de longues distances tout en conservant une consommation d'énergie minimale. 

Les réseaux LPWAN utilisent généralement des fréquences radio non licenciées, ce qui réduit considérablement les coûts de déploiement et permet une couverture étendue sur de longues distances. Cette caractéristique les rend particulièrement pertinents pour les applications industrielles qui nécessitent des périodes prolongées d'activation des objets connectés, parfois jusqu'à une utilisation 24 heures sur 24. 

Il existe plusieurs technologies LPWAN, dont les références françaises LoRaWAN et Sigfox, ainsi que d’autres comme NB-IoT (Narrowband IoT) et LTE-M (Long Term Evolution for Machines). Chaque technologie a ses propres caractéristiques et avantages, adaptées à différents cas d'utilisation et exigences spécifiques. 

L'association des objets connectés avec les réseaux intelligents permet aux capteurs de transmettre les données collectées ou mesurées à des dispositifs électroniques capables de les stocker ou de commander des actionneurs pour déclencher des réactions appropriées des machines et équipements industriels. 

Particularités des capteurs IoT

Le bon choix de l’instrumentation est un atout essentiel pour le déploiement des solutions IoT industrielles. En général, les capteurs présents actuellement sur le marché présentent de nombreux avantages, tels que la possibilité de fonctionnement en continu, des prix relativement faibles et des protocoles de communication standardisés et ouverts facilitant leur intégration et interopérabilité avec d’autres systèmes.  

Cependant, en raison de la grande variabilité des solutions existantes, un accompagnement personnalisé est souvent nécessaire afin de répondre de manière optimale aux caractéristiques de l’application. Par exemple, les capteurs optiques du type infrarouge sont peu coûteux et idéaux pour les courtes distances, tandis que les capteurs interférométriques sont plus complexes, mais offrent la possibilité de réaliser des mesures de longue-distance.  Certains éléments doivent ainsi être pris en compte avant l’utilisation de capteurs connectés à des réseaux IoT :  

• La connexion de capteurs à un réseau IoT peut présenter des risques pour la sécurité des données, notamment en ce qui concerne la confidentialité et l’intégrité des informations sensibles. Des mesures de cybersécurité sont donc nécessaires pour éviter ces risques, en particulier dans un contexte industriel qui peut être sensible.  

• La mise en œuvre des outils IoT nécessite aussi des investissements matériels, logiciels et en formation du personnel qui peuvent être importants. Il faut donc penser cette technologie comme un investissement pour la performance de l’entreprise et par conséquent bien identifier en amont de son projet les bénéfices qui seront apportés par cette solution. Un calcul de retour sur investissement (ROI) tenant compte des différents coûts engendrés (achats, installation, maintenance, stockage dans le cloud, etc.) et des gains permis (efficacité des équipements, maintenance préventive, économies d’énergie, amélioration du confort et sécurité, etc.) par le déploiement d’une solution IoT pour une application donnée est primordial afin de choisir les bonnes briques de la solution. 

• Enfin, il est indispensable que la connexion soit fiable et stable, puisque les pannes de réseau peuvent affecter la disponibilité des informations en temps réel, ce qui peut compromettre l'efficacité des systèmes.

Les principales applications industrielles de l’IoT

L’industrie pétrochimique   

L’industrie pétrochimique est un bon exemple de l’utilisation de l’IoT. En effet on retrouve dans cette industrie des procédés de nombreux capteurs LED et acoustiques qui sont couramment employés pour la surveillance des pompes, vannes et échangeurs de chaleur, tout en garantissant des meilleurs niveaux de fiabilité et d’efficacité pour les procédés.  

Selon l’Association Internationale de l’Automation (ISA) les économies d’énergie engendrées par l’implémentation de l’IoT dans l’industrie des procédés peuvent atteindre jusqu’à 18%.  

L’industrie agro-alimentaire 

Dans le domaine de l'agroalimentaire, les capteurs IoT peuvent être utilisés pour surveiller la consommation d'énergie des équipements de transformation des aliments, contrôler les conditions de stockage et de transport, et minimiser les pertes tout au long de la chaîne d'approvisionnement.  

Un article publié par le projet S3FOOD, financé par l’UE, dont l’un des focus est l’application des réseaux intelligents dans les PME du secteur alimentaire, affirme qu’il est possible d’atteindre des économies d’énergie annuelles supérieures à 20%.  

L’industrie manufacturière 

L’industrie manufacturière profite également de ces innovations avec l’amélioration de la productivité des chaînes d’assemblage par l’identification des défauts éventuels ou l’amélioration de la sécurité des techniciens par des systèmes de mise en arrêt automatique des machines. Côté facture énergétique, les capteurs IoT peuvent fournir des données utiles comme la consommation d'énergie en temps réel des équipements, favorisant l'identification des inefficacités et permettant le déploiement de système de maintenance préventive et l’automatisation des systèmes d’éclairage et de chauffage, entre autres, qui sont particulièrement énergivores.  

En outre, il est possible d'extraire des informations telles que les profils d'utilisation des outils (les heures pleines et heures creuses) et de les combiner avec des informations sur le réseau, afin d'ajuster les opérations aux moments les plus financièrement rentables.  

Certaines industries manufacturières affirment pouvoir atteindre près de 30% d’économies d’énergie au cours d’une journée de travail normale grâce à leurs solutions IoT.