CREATIVEMETROLOGY,

UN GROUPEDE TRAVAIL

DU COLLÈGEFRANÇAIS DEMÉTROLOGIE

HistoriqueDans les années 1970, les capteursétaient constitués d’un élémentsensible unique nécessitant d’êtreassocié à une électronique deconditionnement qui délivrait unsignal analogique. Dans les années1990, les signaux sont progressive -ment devenus numériques. Plusrécemment, avec la généralisationd’internet, l’apparition des micro -contrôleurs et des mémoirescompactes, les capteurs sont devenuscommunicants et avec des prétrai -tements embarqués. Les nouveauxcomposants actuels (DSP, FPGA…) etle développement de l’intelligenceartificielle permettent aujourd’huiaux capteurs de disposer de capacitéde traitement nettement supérieure,d’intelligence embarquée quicombinée au déploiement des réseauxsans fil de dernière génération (5G)ouvrent de nouvelles possibilités. Bienvenue dans le monde del’internet des objets industriel oul’IIoT, des smart sensors. Mais qu’enest-il de la métrologie associée et dela confiance que l’on peut accorderaux résultats de mesure ?

DéfinitionLe capteur intelligent (smart sensor)est un capteur capable de prendreune décision et de la communiquerau système auquel il est connecté. Ildispose de plusieurs composantsintégrés dans la même enveloppephysique en assurant cinq fonctionsprincipales :- un ou plusieurs éléments sensibles

capables de mesurer une grandeurphysique (température, pression,dimension…) ;

- une électronique de prétraitementpermettant de traiter le signalprovenant des éléments sensibles etd’émettre un signal numérique ;

- un microprocesseur permettantd’assurer des traitements de niveausupérieur, et dans un premier

avec des capacités de traitementélevées permises par uneélectronique embarquée puissante(edge computing).

- au niveau de la communicationavec des protocoles qui sont encoreaujourd’hui nombreux, mais quitendent à se rationaliser et avec desévolutions importantes attenduesnotamment avec l’arrivée de la 5G

Dès aujourd’hui et dans un avenirproche, l’intégration destechnologies d’intelligenceartificielle permettra de franchir unenouvelle étape en matière detraitement intégré d’informationscomplexes. De plus, du côté de lasécurisation de l’accès aux données,une autre technologie est en passe dechanger le paradigme de l’accès auxdonnées : la blockchain. Demain, au-delà de l’accès, c’est aussi latraçabilité des données (au sensdocumentaire) qui pourra bénéficierde cette technologie. À cette intégration de nouvelles tech-nologies, on peut ajouter aussi pourles capteurs intelligents une pro-priété fondamentale, à savoir la capa-cité à communiquer en réseau etoffrant in fine la capacité à l’utilisa-teur de combiner des données issues

CFM | CREATIVE METROLOGYSmart Sensors et IIoT

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temps d’appliquer des correctionsau signal brut, afin de générer desdonnées exploitables et dans unsecond temps de réaliser destraitements de haut niveau pouvantaller jusqu’à la prise de décision ;

- une interface de communicationassurant la transmission à distancede l’information vers le système.Dans le cadre de l’IIoT (IndustrialInternet of Things), cettecommunication devientpréférablement sans fil avec desprotocoles classiques comme leBluetooth, le wifi, la 3G/4G et trèsprochainement la 5G, mais aussides protocoles plus spécifiquescomme Zigbee pour la courtedistance ou Sigfox et Lora, basseconsommation, faibles débits etlongue distance.

MétrologieLes capteurs intelligents bénéficientd’une convergence de technologies àtous les niveaux :- au niveau de la captation même du

signal lorsqu’ils font appel à denouvelles technologies comme laphotonique pour les mesuresdimensionnelles sans contact

- au niveau du traitement des données

N°72 � SEPTEMBRE 2020 — 28 —

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de plusieurs capteurs. Parexemple : la grandeur princi-pale à mesurer (distance) peutêtre combinée avec une gran-deur d’influence (tempéra-ture) afin de minimiser soneffet sur le résultat final.

ApplicationsIl existe un champ très vasted’applications possibles danspresque tous les secteursd’activités. On peut citer parexemple :- maintenance prédictive

(machines tournantes enparticulier) ;

- surveillance de grandeursmultiples en météorologie ;

- monitoring en agroalimen -taire ;

- contrôle qualité en industrie ;- asservissement de pro -

cessus ;- contrôle de processus ;- surveillance d’ouvrages

d’art ;- …et bien d’autres.

Nous présentons ci-aprèsl’exemple de l’utilisation descapteurs intelligents pour lasurveillance de la chaîne dufroid en particulier dansl’agroalimentaire.

VerrousParmi les verrous au déploie -ment des smart sensors, onpeut citer la multiplicité desréseaux et des protocoles. Eneffet, il existe une très grandehétérogénéité de réseaux decommunication, tant auniveau hardware que software,rendant difficile, voireimpossible, l’interconnexionde différents capteurs intel -ligents entre eux au sein d’unmême système. Les nom -breuses architectures systèmeexistantes rendent ceux-cisouvent incompatibles.Dans le cas de l’IIoT et decapteurs intelligents capablesde communiquer sans fil, leproblème majeur est celui de

l’autonomie énergétique. Eneffet, comme pour le véhiculeélectrique, les capacités desbatteries sont en progressionconstante, mais constituentencore aujourd’hui une limiteforte à l’autonomie descapteurs intelligents. Cettelimite peut être repoussée parcertains types de capteurs quidisposent de leur proprecapacité de gestion d’énergieau travers de fonction de miseen veille automatique ou defonction de type harvestingpermettant de capterlocalement l’énergie utile àleur fonctionnement. Un capteur intelligent relié enréseau est potentiellementvulnérable. Comme pour lesordinateurs, il existe desrisques liés aux de capturesdes données, de corruption decelles-ci, voire même deblocage complet du capteur.Des solutions de cybersécurité existent, mais sont

souvent complexes etcoûteuses à mettre en œuvre.Des progrès restent à fairedans ce domaine.Enfin, toutes ces évolutionsne doivent pas faire oublierque les données mesuréessont au cœur de cette chaînede mesure augmentée et queles bonnes pratiques quepropose, recommande ouparfois impose la métrologiedoivent être prise en compte,même si au passage il faut lesadapter. Les travaux sontencore en cours (LNE,PTB,…), mais il faut s’attendreà des évolutions dans lespratiques du métrologue pourrester le garant des bonnesmesures �

Cosimi CORLETOPrésident du CFM, DG de Stil Marposs

— 29 — N°72 � SEPTEMBRE 2020

La chaîne du froid nécessite unesurveillance de la phase destockage d’un produit à sa dis-tribution en passant par les dif-férents process qu’il subit enrespectant des exigences qua-lité réglementaires.Les capteurs de températureconnectés constituent de vérita-bles instruments de mesuresans fil qui surveillent la tempé-rature d’une enceinte, d’un colisou d’un produit sensible. Ilsenvoient leurs données dans uncloud sécurisé pour être exploi-tées et pour alerter immédiate-ment en cas de dépassementdes seuils de tolérance.En matière de contrôle de lachaîne du froid, l’IoT offreautant de solutions que de casd’usage. Pour la problématique

de surveillance des produitssensibles durant le transport oule stockage dans de très grandsvolumes comme des plate-formes logistiques, nos capteurs(LoRa SPY) sont capables decommuniquer sur de longuesportées (16 kilomètres) et d’en-voyer leurs données soit via leréseau d’un opérateur télécom,

soit vers des gateways privéesqui vont alors les rediriger versune application cloud sécurisée(JRI MySirius). Dans les laboratoires d’analyseet de contrôle qualité, lesenceintes sont regroupées dansune zone peu étendue. Un minicapteur (Nano SPY), simple-ment placé dans chaqueenceinte mesure la températureet la communique sur plus d’unecinquantaine de mètres à unepasserelle (Link) qui la transmetimmédiatement à l’application(JRI MySirius). Les relevés de température obli-gatoires dans les chambresfroides, les réfrigérateurs et lesautres enceintes thermocontrô-lées de la restauration et de ladistribution alimentaire peuvent

être automatisés et gérés viaune application mobile (JRIMyFoodCheck), dédiée aux procédures HACCP.Nos capteurs intelligents opti-misent leurs consommationsénergétiques et assurent uneautonomie de plusieurs années(2 à 8 ans). Ils sont calibrés defaçon unitaire et étalonnés dansnos laboratoires leur conférantla précision et la fiabilité exigéesdans les secteurs de la Santé, del’agroalimentaire et de l’Indus-trie. Ils respectent tous lesnormes européennes concer-nant la surveillance de la chaînedu froid pour les produits agro -alimentaires (EN 12 830) ou desanté (BFx, Conformité 21 Cfrpart 11).

TÉMOIGNAGE

Éric Cartalasdirecteur des opérations chez JRI.

IoT et capteurs connectés au service de la chaîne du froid : automatisation et sécurité sanitaire