Zigbee, Z-Wave, Thread et Matter : comprendre les protocoles domotiques

Trois couches que l’on confond en permanence

Quand on compare Zigbee, Z-Wave, Thread et Matter, on met sur le même plan des objets techniques de nature très différente. La confusion vient de là, et elle explique la plupart des mauvaises décisions d’installation. Il faut distinguer trois niveaux.

• La radio : la fréquence utilisée et la façon dont les bits voyagent dans l’air. Zigbee et Thread emploient exactement la même, la norme IEEE 802.15.4 à 2,4 GHz. Z-Wave utilise le 868 MHz en Europe.
• Le réseau : la façon dont les appareils se découvrent, se routent et réparent le maillage quand un relais disparaît. Zigbee, Z-Wave et Thread construisent chacun un maillage, avec des règles nettement différentes.
• Le langage applicatif : le vocabulaire commun qui permet de dire allume, ferme, il fait 19,5 degrés. C’est le niveau où se situe Matter, qui n’est pas une radio et ne remplace aucune des trois précédentes.

Un même appareil peut donc être Thread et Matter en même temps sans la moindre contradiction, exactement comme un ordinateur est à la fois en Wi-Fi et en HTTP.

2,4 GHz ou sous-GHz : le premier vrai choix

Deux familles radio se partagent la domotique sans fil, et leur différence de fréquence a des conséquences très concrètes.

La norme IEEE 802.15.4 à 2,4 GHz découpe la bande en 16 canaux numérotés de 11 à 26, de 2405 à 2480 MHz, espacés de 5 MHz. Le débit brut est de 250 kbit/s, la portée intérieure de 10 à 20 mètres par saut. Ce spectre est partagé avec le Wi-Fi, le Bluetooth et de nombreux périphériques sans fil. En pratique, les canaux 15, 20, 25 et 26 tombent dans les creux laissés par les canaux Wi-Fi 1, 6 et 11 : les choisir réduit sensiblement les collisions.

Z-Wave travaille en Europe autour de 868,42 MHz, dans une bande étroite réservée aux applications de faible puissance. La longueur d’onde y est de 34 centimètres contre 12,5 centimètres à 2,4 GHz, ce qui améliore la diffraction autour des obstacles et la traversée des parois épaisses. Le débit tombe à 100 kbit/s, ce qui reste très suffisant pour transmettre un ordre ou une mesure. Contrainte réglementaire à connaître : le rapport cyclique est limité à 1 % sur cette sous-bande, soit 36 secondes d’émission par heure et par appareil, ce qui interdit les échanges bavards mais convient parfaitement à des événements ponctuels.

Point de vigilance sur le matériel importé : la fréquence Z-Wave dépend de la région. Un appareil prévu pour l’Amérique du Nord fonctionne autour de 908 MHz et ne dialoguera jamais avec une passerelle européenne, même si l’étiquette semble identique.

Zigbee et Thread : même radio, deux réseaux

Zigbee, le maillage le plus répandu

Un réseau Zigbee repose sur un coordinateur unique, la passerelle, qui forme le réseau et détient les clés de chiffrement. Les appareils alimentés sur secteur, prises, ampoules et interrupteurs, jouent le rôle de routeurs et relaient le trafic de leurs voisins. Les appareils sur pile sont de simples terminaux : ils ne relaient rien. Densifier un réseau Zigbee consiste donc à multiplier les appareils sur secteur, pas les capteurs.

La révision Zigbee 3.0, publiée en 2016, a unifié les anciens profils applicatifs, mais l’interopérabilité entre passerelles de constructeurs différents reste inégale sur les fonctions avancées. Les tables de routage étant limitées, on compte en pratique 50 à 100 appareils par passerelle grand public, quelques centaines sur du matériel plus sérieux. Deux limites structurelles : si le coordinateur tombe, le réseau ne se reforme pas, et changer de passerelle impose une remise à zéro appareil par appareil.

Thread, le maillage adressé en IP

Thread utilise la même radio 802.15.4 à 2,4 GHz et le même débit de 250 kbit/s, mais construit un réseau très différent. Chaque appareil possède une adresse IPv6 grâce à la compression 6LoWPAN, ce qui supprime la traduction de protocole au niveau de la passerelle.

Il n’y a pas de coordinateur unique : un rôle de leader est élu et se réattribue automatiquement si l’appareil qui le portait disparaît. Un ou plusieurs routeurs de bordure relient le maillage au réseau IP domestique, et plusieurs peuvent coexister et se relayer, ce qui supprime le point de panne unique. Un réseau accepte jusqu’à 32 routeurs actifs, chacun pouvant héberger plusieurs centaines de terminaux. Les appareils sur pile fonctionnent en terminaux endormis, réveillés périodiquement par leur routeur parent. La latence locale constatée se situe entre 30 et 100 millisecondes.

Contreparties : l’écosystème est plus jeune, le catalogue d’appareils plus étroit, et le diagnostic reste moins accessible qu’en Zigbee, où de nombreux outils permettent de visualiser le maillage.

Matter : un langage, pas une radio

Publiée fin 2022, la spécification Matter décrit un vocabulaire applicatif commun qui circule au-dessus d’IP. Elle fonctionne donc sur Wi-Fi, sur Ethernet et sur Thread. Le Bluetooth basse consommation n’intervient que pour l’appairage initial, jamais pour l’usage courant.

Ce qu’elle apporte concrètement : l’appairage par code, sous forme d’un QR code ou d’une suite de onze chiffres, un fonctionnement local qui ne dépend plus d’un serveur distant pour les commandes du quotidien, et surtout le multi-administrateur, c’est à dire la possibilité pour un même appareil d’être piloté simultanément par plusieurs applications sans repartir de zéro.

Ce qu’elle n’apporte pas : Matter ne rend pas un appareil Zigbee ou Z-Wave compatible par magie. Seule une passerelle capable d’exposer ses appareils existants en Matter fait le pont. Par ailleurs, la normalisation des types d’appareils avance par vagues successives : les fonctions les plus spécifiques d’un équipement restent souvent hors norme et continuent de réclamer l’application d’origine.

Comparer et choisir selon le logement

Les cas typiques

Appartement de moins de 70 mètres carrés, cloisons légères. Zigbee ou Thread conviennent sans réserve. Le catalogue est large, les prix unitaires contenus, et deux ou trois appareils sur secteur suffisent à couvrir la surface.

Maison sur plusieurs niveaux, murs porteurs épais, dépendance ou garage détaché. Le 868 MHz de Z-Wave passe nettement mieux à travers les dalles et la pierre. L’alternative consiste à densifier un maillage 2,4 GHz en plaçant un appareil sur secteur par étage et un dans la cage d’escalier.

Voisinage Wi-Fi saturé. Soit passer en 868 MHz, soit imposer à la passerelle un canal 802.15.4 situé dans un creux du spectre, typiquement 15, 20 ou 25. Ce réglage se fait à la création du réseau, le changer ensuite oblige souvent à réappairer.

Caméras, robots aspirateurs, enceintes, téléviseurs. Wi-Fi, sans hésitation. Ces appareils ont besoin de débit, sont alimentés sur secteur, et n’ont rien à faire sur un maillage à 250 kbit/s.

Capteurs sur pile. Éviter le Wi-Fi dès qu’une alternative existe. Un capteur d’ouverture Zigbee ou Z-Wave sur une pile bouton de 220 mAh tient un à deux ans, parce qu’il dort en permanence et se réveille quelques millisecondes par événement. Le même capteur en Wi-Fi doit maintenir une association avec le routeur et tient rarement plus de quelques semaines.

Une règle simple sur le nombre de passerelles

Chaque passerelle supplémentaire ajoute une application à surveiller, une mise à jour à suivre et un point de panne. Mieux vaut un seul maillage bien densifié, quitte à renoncer à un appareil précis, que trois écosystèmes partiels qui se ressemblent sans se parler. Matter réduit ce problème sans le supprimer, puisque le pont vers Zigbee ou Z-Wave reste assuré par une passerelle.

Ce qu’il faut retenir

• Radio, réseau et langage applicatif sont trois couches distinctes : Zigbee, Z-Wave et Thread sont des réseaux radio, Matter est un langage qui circule au-dessus d’IP.
• Zigbee et Thread partagent la même radio 802.15.4 à 2,4 GHz, 250 kbit/s, 10 à 20 mètres par saut.
• Z-Wave travaille à 868,42 MHz en Europe : meilleure traversée des murs épais, 100 kbit/s, rapport cyclique limité à 1 %, et incompatibilité totale avec le matériel prévu pour d’autres régions.
• Zigbee dépend d’un coordinateur unique, Thread élit son leader et supporte plusieurs routeurs de bordure, ce qui supprime le point de panne central.
• Dans un maillage, seuls les appareils sur secteur relaient. Densifier signifie ajouter des prises ou des interrupteurs, pas des capteurs.
• Matter apporte l’appairage par code, le pilotage local et le multi-administrateur, mais ne convertit pas un appareil Zigbee : il faut une passerelle qui l’expose.
• Le Wi-Fi reste le bon choix pour tout ce qui a besoin de débit et vit sur secteur, et le mauvais choix pour tout ce qui fonctionne sur pile.