Un capteur passe l’essentiel de son temps à dormir
Un capteur d’ouverture, une sonde de température ou un détecteur de fuite ne travaillent presque jamais. Sur une journée de 86 400 secondes, un capteur qui signale trente événements est réellement actif quelques centaines de millisecondes en tout. Le reste du temps, il dort.
C’est ce sommeil qui décide de l’autonomie. Un microcontrôleur bien programmé descend à 1 ou 2 microampères en veille profonde : radio éteinte, mémoire maintenue, une simple horloge de réveil encore alimentée. Un appareil qui garde au contraire sa radio associée en permanence se situe entre 200 et 800 microampères. Le rapport va de un à plusieurs centaines, et il se traduit directement en mois ou en années.
La différence entre six mois et trois ans ne vient donc presque jamais du nombre d’événements détectés. Elle vient de ce que l’appareil consomme quand il ne se passe rien.
Ce que contient réellement une pile
La capacité imprimée sur une pile est une valeur de laboratoire : mesurée à 20 degrés, avec un courant de décharge très faible, jusqu’à une tension de coupure basse. Un appareil s’arrête bien avant ce point, le plus souvent parce que la tension s’effondre pendant les pics d’émission. En pratique, on exploite 70 à 85 % de la capacité nominale.
| Format | Chimie | Tension | Capacité nominale | Plage de température utile | Auto-décharge |
|---|---|---|---|---|---|
| CR2032 | lithium manganèse | 3 V | 210 à 240 mAh | -20 à +60 °C | environ 1 % par an |
| CR2450 | lithium manganèse | 3 V | 550 à 620 mAh | -20 à +60 °C | environ 1 % par an |
| AAA | alcaline | 1,5 V | 900 à 1 200 mAh | 0 à +50 °C | 2 à 3 % par an |
| AA | alcaline | 1,5 V | 2 000 à 2 900 mAh | 0 à +50 °C | 2 à 3 % par an |
| AA | lithium fer-disulfure | 1,5 V | 2 900 à 3 200 mAh | -40 à +60 °C | environ 1 % par an |
| AA au format 14505 | lithium chlorure de thionyle | 3,6 V | 2 400 à 2 700 mAh | -55 à +85 °C | moins de 1 % par an |
| AA | nickel-hydrure rechargeable | 1,2 V | 1 900 à 2 500 mAh | 0 à +45 °C | 3 à 5 % par mois |
Trois précisions utiles. La résistance interne augmente avec l’âge et avec le froid : sur une pile bouton de 220 mAh en fin de vie, un pic de 25 milliampères pendant l’émission fait chuter la tension de plusieurs dizaines de millivolts, et l’appareil se déclare vide alors qu’il reste de la capacité exploitable à faible courant. Les accumulateurs rechargeables au nickel délivrent 1,2 volt au lieu de 1,5 : dans un appareil dont le seuil de pile faible est calé sur 1,1 volt, l’alerte se déclenche presque tout de suite, même sur un accumulateur plein. Enfin, une pile au lithium chlorure de thionyle délivre 3,6 volts et ne remplace pas une pile AA de 1,5 volt, malgré un format identique.
Les quatre postes qui vident une pile
La veille
C’est le poste dominant dans la quasi-totalité des capteurs. À 2 microampères, un appareil consomme 0,048 mAh par jour, soit environ 17,5 mAh par an. À 20 microampères, il en consomme 175. Sur une pile bouton de 220 mAh, le premier tient plusieurs années, le second à peine douze mois. Rien d’autre n’a changé dans l’usage.
Le réveil et la mesure
À chaque réveil, le microcontrôleur remonte à 1 ou 3 milliampères pendant quelques millisecondes : stabilisation de l’oscillateur, interrogation du capteur, préparation de la trame. Une sonde qui échantillonne toutes les dix minutes se réveille 144 fois par jour, ce qui reste marginal. La même sonde réglée sur trente secondes se réveille 2 880 fois, et le poste devient significatif.
L’émission radio
C’est le pic de courant le plus élevé, et le plus court. Une trame courte sur un réseau maillé à 250 kbit/s dure 3 à 10 millisecondes à 15 ou 30 milliampères, accusé de réception compris, soit de l’ordre de 0,00008 mAh par événement. Même à cent événements par jour, on reste sous 3 mAh par an. Le nombre d’ouvertures de porte n’est pas le problème.
Ce qui coûte, ce sont les retransmissions. Une liaison faible oblige l’appareil à réémettre deux, trois ou cinq fois, et surtout à garder son récepteur allumé plus longtemps pour attendre une réponse qui ne vient pas. L’écoute coûte autant que l’émission, parfois davantage.
Le trafic imposé par le réseau
Un appareil sur pile doit donner signe de vie à son routeur parent pour rester dans les tables du réseau. Cet intervalle de contrôle va de quelques secondes à quelques heures selon le protocole et la configuration. À un contrôle par minute, on ajoute 1 440 micro-réveils par jour, soit 25 à 30 mAh par an. À un contrôle par heure, le même poste tombe sous 1 mAh par an.
C’est aussi ici que le Wi-Fi décroche. Un appareil associé à un point d’accès se réveille à chaque balise pour vérifier s’il a du trafic en attente, typiquement toutes les 100 à 300 millisecondes, et rejoue une association complète après chaque perte de lien. La consommation moyenne s’établit entre 0,8 et 2 milliampères, soit 20 à 50 mAh par jour. Deux piles alcalines AA n’y tiennent que six à quatorze semaines.
Faire le calcul soi-même
Le calcul tient en trois lignes : la consommation de veille sur un an, plus le coût unitaire de chaque réveil multiplié par son nombre annuel, le tout divisé dans la capacité réellement utile.
Exemple pour un capteur d’ouverture sur pile bouton de 220 mAh, dont 176 mAh sont exploitables. Veille à 2 microampères : 17,5 mAh par an. Contrôle réseau toutes les cinq minutes, à 0,00005 mAh l’unité : 5,3 mAh par an. Trente ouvertures par jour à 0,00008 mAh : 0,9 mAh par an. Total 23,7 mAh par an, soit sept ans en théorie. On retranche l’auto-décharge et les écarts de température, et on annonce raisonnablement deux à trois ans.
Passez le contrôle réseau à trente secondes : le total monte à 71 mAh par an et l’autonomie tombe à deux ans et demi. Ajoutez une veille à 10 microampères au lieu de 2, parce que le micrologiciel n’éteint pas complètement un composant, et le total atteint 141 mAh par an, soit quinze mois. Aucun de ces trois capteurs ne se comporte différemment à l’usage. Seule la fiche technique diffère.
Ce que l’on observe selon le type d’appareil
Les ordres de grandeur ci-dessous correspondent à des appareils courants, correctement configurés, sur un réseau maillé basse consommation, à température de logement.
| Appareil | Alimentation type | Sollicitation quotidienne | Courant moyen | Autonomie courante |
|---|---|---|---|---|
| Capteur d’ouverture | 1 pile bouton de 220 mAh | 20 à 40 événements | 4 à 8 µA | 18 à 36 mois |
| Détecteur de fuite d’eau | 2 piles AAA | 0 à 1 événement | 3 à 6 µA | 24 à 40 mois |
| Sonde de température et d’humidité | 2 piles AAA | remontée toutes les 10 minutes | 10 à 20 µA | 18 à 30 mois |
| Détecteur de mouvement infrarouge | 1 pile bouton de 600 mAh | 100 à 300 événements | 15 à 40 µA | 12 à 24 mois |
| Tête thermostatique connectée | 2 piles AA | 4 à 10 mouvements de vanne | moteur dominant | 10 à 18 mois |
| Serrure à empreinte | 4 piles AA | 10 à 20 cycles | moteur dominant | 6 à 12 mois |
| Capteur en Wi-Fi | 2 piles AA | indifférent | 0,8 à 2 mA | 6 à 14 semaines |
| Caméra sur accumulateur | accumulateur de 5 000 mAh | 20 à 50 réveils | variable | 1 à 4 mois |
Deux familles se détachent. Les appareils qui se contentent de mesurer et de transmettre tiennent des années. Ceux qui actionnent quelque chose, moteur de vanne, pêne, ventilateur, écran rétroéclairé, sont limités par le travail mécanique et non par la radio : leur autonomie se compte en mois, et allonger l’intervalle de remontée n’y change presque rien.
Les réglages qui font passer de six mois à trois ans
La plupart des capteurs exposent trois ou quatre paramètres dans l’application ou dans la passerelle. Ce sont eux qui font l’écart.
- L’intervalle de remontée. Passer une sonde de température de trente secondes à dix minutes divise le nombre de réveils par vingt. Dans une pièce d’habitation, dont la température bouge de quelques dixièmes de degré en dix minutes, la perte d’information est nulle.
- Le seuil de variation. Beaucoup de capteurs savent ne transmettre que si la mesure a bougé d’un écart minimal. Régler ce seuil à 0,5 degré plutôt qu’à 0,1 supprime la majorité des trames sans changer le pilotage du chauffage.
- Le temps de blocage d’un détecteur de mouvement. Par défaut, certains détecteurs signalent un mouvement toutes les cinq secondes. Un blocage de 60 à 180 secondes fait passer un couloir passant de 900 à 40 événements par jour.
- La confirmation lumineuse. Une diode qui clignote 200 millisecondes à 5 milliampères consomme 0,00028 mAh. Répétée 300 fois par jour, elle coûte 30 mAh par an, soit davantage que la veille elle-même. L’éteindre une fois l’installation terminée est souvent le réglage le plus rentable.
- La qualité de la liaison. Un capteur qui voit son routeur parent à -85 dBm retransmet en permanence. Ajouter un appareil sur secteur à mi-chemin, pour remonter la liaison au-dessus de -75 dBm, supprime ces retransmissions et peut doubler l’autonomie sans toucher au capteur.
- Le choix du protocole. À usage identique, un capteur sur réseau maillé basse consommation tient dix à vingt fois plus longtemps que le même capteur en Wi-Fi. C’est une décision d’achat plutôt qu’un réglage, mais c’est la plus lourde de conséquences.
Froid, vieillissement et fausses alertes de pile faible
Un capteur placé dans un garage, une cave, un abri de jardin ou contre une fenêtre exposée ne vit pas à 20 degrés. Une pile alcaline perd une part importante de sa capacité utile sous 0 degré, et sa tension s’effondre pendant les pics de courant. Une pile au lithium tient jusqu’à -20 degrés dans un format bouton, et jusqu’à -40 degrés dans un format AA au lithium fer-disulfure. Dans un local non chauffé, la chimie compte davantage que la capacité annoncée.
L’auto-décharge joue dans le même sens. Elle double environ à chaque hausse de 10 degrés de la température de stockage. Une pile alcaline gardée un an dans un tiroir proche d’un radiateur a déjà perdu une fraction notable de sa charge avant même d’être posée. Acheter des piles à date de péremption lointaine et les stocker au frais et au sec est un réflexe simple.
Dernier point, la remontée du niveau de pile. Ce n’est presque jamais une mesure de charge restante : c’est une lecture de tension convertie en pourcentage par une table approximative. Une pile bouton au lithium tient un plateau autour de 2,9 volts pendant l’essentiel de sa vie, puis chute brutalement. L’indicateur reste donc bloqué à 100 % pendant deux ans, puis passe à 20 % en quelques jours. Il faut le lire comme une alerte, jamais comme une jauge. Le seul suivi fiable consiste à noter la date de pose sur l’étiquette de l’appareil ou dans son nom, et à remplacer par lot.
Ce qu’il faut retenir
- La veille domine le budget énergie : entre 2 et 20 microampères, l’autonomie varie déjà d’un facteur dix, à usage identique.
- Le nombre d’événements détectés est presque toujours négligeable, de l’ordre de 1 à 3 mAh par an pour cent événements quotidiens.
- Le vrai coût caché est le trafic de maintien imposé par le réseau : un contrôle toutes les trente secondes peut consommer trois fois plus que la veille.
- Une pile ne rend que 70 à 85 % de sa capacité nominale, et la résistance interne coupe l’appareil avant l’épuisement réel.
- Sur pile, le Wi-Fi impose 0,8 à 2 milliampères en moyenne, soit quelques semaines d’autonomie contre plusieurs années sur un réseau maillé basse consommation.
- Les réglages les plus rentables sont l’intervalle de remontée, le seuil de variation, le temps de blocage d’un détecteur et l’extinction de la diode de confirmation.
- Une liaison faible fait retransmettre et coûte plus cher que les événements eux-mêmes : densifier le maillage prolonge l’autonomie des capteurs.
- Sous 0 degré, la chimie prime sur la capacité : lithium pour un local non chauffé, alcaline seulement en intérieur.
- L’indicateur de niveau de pile est une alerte, pas une jauge. Noter la date de pose reste le seul suivi fiable.