Courants Porteurs En Ligne

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Le terme Courants Porteurs en Ligne (CPL) réfère à une technologie permettant le transfert d'informations numériques en passant par les lignes électriques. De ce fait, il s'agit d'une alternative aux traditionnels câbles et à la technologie Wi-Fi.

Les courants porteurs en ligne ont plusieurs autres dénominations :

• PLC (Powerline Communications)
• PLT (Powerline Telecommunication)
• PPC (Power Plus Communications)
• BPL (Broadband over PowerLine)

Historique

Les courants porteurs sont utilisés depuis un certain temps en bas débit pour des applications industrielles et la domotique. Ce n’est que depuis le début des années 2000 et la généralisation du tout-numérique qu’ils sont utilisés par le grand public.

• 1950 : premières applications sur fréquence 10 Hz, puissance 10 kW. Elles sont alors unidirectionnelles (éclairage public, télécommande de relais)
• années 1980 : début des recherches pour utiliser la bande de fréquences 5-500 kHz, toujours en unidirectionnel, permettant ainsi un transfert plus rapide des informations
• années 1990 : expérimentations des courants porteurs pour des applications de télérelevés dans la bande 60-80 kHz. Apparition de modems courants porteurs bas-débits pour des communications CPL domotiques en Europe (standard EHS/Konnex) et aux États-Unis (standards Echelon et CEBUS)
• 1997 : recherches sur la transmission de données en CPL et en bidirectionnel par ASCOM (Suisse) et Norweb (Royaume-Uni)
• 2000 : premières expérimentations en France par EDF R&D et ASCOM
• 2002 : SPIDCOM Technologies, nouvelle entreprise française, arrive sur le marché avec son processeur de 224 Mb/s, « le plus rapide au monde » à l’époque.
• 2002 : WIRECOM Technologies, également nouvelle entreprise française, spécialisée dans la gestion des énergies du bâtiment sur CPL (technologie bas-débit - norme CENELEC EN50065-1)
• 2003 : acquisition par Schneider Electric de la société suédoise Ilevo, spécialisée dans les courants porteurs en ligne, et création de la nouvelle entité Schneider Electric Powerline Communications, dédiée à la fourniture d’équipements, de logiciels et de services autour des courants porteurs en ligne.
• 2005 : arrivée de la norme homeplug 1.1 turbo 85Mbits. Début de règlementation au niveau européen.
• 2007 : arrivée sur le marché des produits à la norme Homeplug AV 200 Mbits. Ajout de nouvelles fonctionnalités (QoS, VLAN…). L’IEEE prévoit la mise en œuvre d’une norme commune permettant l’interopérabilité des 3 grands systèmes CpL HPP, UPA, CEPCA.

Fonctionnement

Le principe des CPL consiste à superposer au courant électrique de 50 ou 60 Hz un signal à plus haute fréquence et de faible énergie. Ce deuxième signal se propage sur l'installation électrique et peut être reçu et décodé à distance. Ainsi le signal CPL est reçu par tout récepteur CPL qui se trouve sur le même réseau électrique.

On classe traditionnellement les CPL en deux catégories en fonction du débit offert. Les CPL à haut débit utilisent des modulations multiporteuses de type OFDM dans la bande 1,6 à 30 MHz (bande HF allant de 3 à 30 GHz). Les CPL à bas débit utilisent des techniques de modulations assez simples, par exemple quelques porteuses (mais une seule à la fois) en modulation de fréquence. Les bandes des fréquences utilisées sont comprises entre 9 et 150 kHz en Europe et entre 150 et 450 kHz aux États-Unis (il n'y a pas de radios grandes-ondes aux USA^{[réf. nécessaire]}).

En haut comme en bas débit, la communication est soumise aux bruits et aux atténuations. Il est donc nécessaire de mettre en œuvre de la redondance, par exemple sous la forme de codes correcteurs d'erreurs.

Un coupleur intégré en entrée des récepteurs CPL élimine les composantes basses fréquences avant le traitement du signal.

Le modem transforme un flux de bits en signal analogique pour l'émission et inversement en réception, celui-ci inclut les fonctions d'ajout de la redondance et de reconstitution du flux de bits original ou correction d'erreur.

Courants porteurs en ligne sur les lignes à haute tension

installation de CPL sur un poste électrique 110 kV

Les compagnies d'électricité utilisent comme coupleur des coupleurs capacitifs ou transformateurs de tension capacitifs pour connecter les transmetteurs radio à fréquence moyenne sur les conducteurs des lignes à haute tension. Les fréquences sont de l'ordre de 24 à 500 kHz, avec des puissances de transmetteurs de l'ordre de quelques dizaines de Watts. Ces signaux sont appliqués à un conducteur, ou à 2, voire aux 3 conducteurs de la ligne à haute tension. On peut passer plusieurs canaux de CPL sur une seule ligne. Ces circuits servent au contrôle de l'appareillage électrique à haute tension, et à la protection des réseaux électriques.

Bien que les compagnies d'électricité utilisent la communication par microonde et de plus en plus la communication par câble fibre optique pour l'essentiel de leurs besoins en communication, les CPL restent utilisés comme système de secours pour des installations simples pour ne pas avoir à installer de fibres optiques sur les lignes à haute tension.

Avantages

Les avantages de cette technologie sont importants puisqu’elle profite d’un support existant (le câble électrique) qui est très généralisé et à forte capillarité, pour véhiculer de manière fiable des données informatiques. Le CPL est à ce jour principalement utilisé sur le réseau électrique privé, où il permet de s’affranchir de la pose d’un câblage réseau ainsi que des obstacles divers tels les murs épais. Cela n’en fait pas un concurrent pour les autres technologies de télécommunications, qui ont pour chacune ses avantages et inconvénients, mais une solution complémentaire crédible et aujourd'hui arrivée à maturité^{[réf. nécessaire]}.

Pour un particulier, l’utilisation du CPL en bas débit donne accès à des applications de type domotique (contrôle du chauffage, de l’éclairage etc…) et en haut débit il pourra faciliter la mise en place d’un réseau local informatique (LAN) de partage de fichiers ou d’accès Internet. En remplacement d’un câblage Ethernet ou d’un réseau Wi-Fi au sein d’un appartement, d’une maison, le réseau électrique distribue facilement et rapidement les données multimédias sur chaque prise de courant. Pour des établissements à fortes contraintes tels les monuments historiques, les courants porteurs en ligne permettent le déploiement d’une infrastructure télécom (données + voix) respectueuse du site. Son utilisation est d’ailleurs aujourd’hui largement répandue depuis plus de cinq ans dans les hôtels, les résidences étudiantes, les établissements scolaires ou de santé^[1]. Bénéficiant d’une forte flexibilité, un réseau CPL peut évoluer en fonction des besoins en points de connexion au sein de la zone desservie. Dans un réseau de type Homeplug, bien que les débits soient inférieurs en pratique à ceux annoncés par les fabricants (c’est aussi le cas pour le WI-FI), ils restent suffisants pour satisfaire la plupart des besoins.

Distribution Internet par CPL en Pologne

En extérieur sur le réseau électrique public (appartenant à des régies ou collectivités), un système CPL basé sur des injecteurs et des répéteurs en basse tension peut parfois être une solution de desserte pour apporter l’Internet à des zones rurales isolées ou des accès au web et à la téléphonie à très bas coût pour des logements sociaux. Dans certains projets urbains il vise également à la réalisation d’économies d’énergie dans les habitations, qui bénéficient par ce biais d’une meilleure efficacité énergétique^[2]. Le CPL évite ainsi très souvent de lourds travaux et désagréments liés à la construction du réseau.

De plus le CPL étant une technologie filaire, il offre les faibles temps de réponse nécessaires à certaines applications comme la télévision haute définition (TVHD) et la voix sur IP (VoIP), et assure également avec certains standards une qualité de service (QoS) de bout en bout. Les autres avantages d’un réseau CPL haut débit sont la sécurité contre les intrusions (média difficile d’accès), la réduction du coût de l’infrastructure télécom et du délai de sa réalisation. Par ailleurs, les dernières solutions basées sur cette technologie intègrent des mécanismes de filtrage de fréquences (notch) qui évitent de perturber (et d’être perturbé) par les autres signaux qui pourraient être présents au voisinage sur la même bande de fréquence (ondes courtes). Grâce aux modes d’économie d’énergie présents sur certains produits, l’activité sur le réseau électrique et donc la consommation des équipements est réduite au minimum lorsqu’il n’y a pas de trafic.

Inconvénients

Si dans le principe cette technique semble assez séduisante, elle présente néanmoins des inconvénients notables liés à son principe même. Le signal haute fréquence généré par le modem est véhiculé par les fils du secteur, or ces fils n’ont pas été conçus initialement pour véhiculer un tel type de signal. Ces fils secteurs se transforment donc tout simplement en antennes et rayonnent des ondes hautes fréquences dans tout l’environnement^[3]. Selon la qualité de l’installation électrique et de l’isolation électromagnétique, ces ondes peuvent se propager et être perturbatrices jusqu’à plusieurs centaines de mètres. Dans ce cas les matériels sensibles à la haute fréquence mais aussi, tout simplement, les récepteurs radio en ondes courtes, peuvent être perturbés. De la même façon, le signal CPL en lui-même peut être perturbé par des flux électromagnétiques émis par des écrans d’ordinateurs, transformateurs, et tout émetteur ou émetteur-récepteur utilisant ces fréquences (radiodiffusion, communications civiles ou militaires^[3], radioamateurs)…^[4]

Il n’existe pas de normes définitives concernant les CPL. Il n’est ainsi pas rare de trouver des modems dont les rayonnements vont bien au-delà des normes de CEM (compatibilité électromagnétique) imposées aux autres matériels. Si la densité de réseau est faible, les risques de perturber le voisinage restent faibles. À l’inverse, dans des immeubles ou dans des zones où la densité de tels réseaux serait élevée, le brouillage électromagnétique pourrait devenir intense. Pour cette raison, dans les hôpitaux, les CPL ne sont pas bien acceptés. Dans certains pays, cette technologie tend à être abandonnée, au moins dans le domaine de l’accès Internet, tant les problèmes de voisinage et de perturbations environnementales risquent d’être insolubles.^{[réf. nécessaire]}

Comme pour les autres technologies émettant des rayonnements électromagnétiques (les câbles n’étant généralement pas blindés), on peut se poser des questions sur les effets sur la santé des CPL. Les rayonnements sont de faible puissance mais se font généralement 24 h/24 et dans toutes les pièces (par exemple à la tête du lit où passent les câbles électriques alimentant les prises électriques).^{[réf. nécessaire]}

Les signaux numériques véhiculés par CPL ne sont pas arrêtés par les compteurs électriques et ont une portée efficace de 300 m (1 000 m théorique avant atténuation complète). Bien que cela soit un avantage dans certains cas, la faille de sécurité que cela induit est problématique^[5]. Les adaptateurs CPL ont de plus en plus tendance à embarquer des cryptoprocesseur pour chiffrer les communications. Même si les derniers standards en vigueur se basent sur des algorithmes de chiffrement plus fort (AES-128 pour HomePlug AV et 3DES pour DS2), des intrusions dans le réseaux restent possibles dans la mesure d’attaques ciblées et menées par des personnes expérimentées^{[réf. nécessaire]}.

Applications typiques

Boîtier CPL domestique en place

Réseau CPL domestique

La technique CPL haut débit permet de faire passer des données informatiques sur le réseau électrique, et ainsi étendre un réseau local existant ou partager un accès Internet existant via les prises électriques grâce à la mise en place de boîtiers spécifiques. Dans l'état actuel de la technique, les débits atteints sont compris entre 14 Mbit/s et 200 Mbit/s (produits basés sur le chipset DS2).

Dans le cas où l'on utilise plusieurs adaptateurs sur un réseau domestique, le réseau électrique dans son ensemble se comporte comme un Commutateur réseau (switch). Le système peut lui-même être raccordé sur un switch et servir de point de raccordement à des switches.

L'installation est totalement transparente sur le plan informatique (aucun driver).

Si l'on dispose d'adaptateurs de vitesse différente (85 et 200 Mb, par exemple), ils peuvent cohabiter sur le même réseau électrique, mais créent des réseaux informatiques indépendants.

Un réseau basé sur des freeplugs

Un freeplug

Le fournisseur d'accès Free relie ses deux boîtiers freebox (Internet et télévision) par des freeplugs, adaptateurs CPL inclus dans l'alimentation des boîtiers. Il fournit aussi sur commande des adaptateurs CPL compatibles avec les freeplugs afin d'équiper les autres pièces de la maison sans avoir besoin de câbler.

La technique CPL bas débit s'adresse principalement à deux applications :

• Le standard domotique EHS/Konnex utilise les CPL pour mettre en réseau des appareils électriques dans des domaines aussi divers que les machines à laver, les volets roulants, le chauffage.
• On utilise aussi les CPL bas débit pour des applications de gestion du réseau de transport et de distribution électrique ou encore de télérelève des compteurs électriques. Les débits sont typiquement de 2,4 à 20 kbit/s.

Cadre juridique et réglementation

Toute technologie qui travaille sur une bande de fréquence définie doit rentrer dans un cadre juridique. Les réseaux CPL sont à la fois des réseaux électriques et des réseaux de télécommunication, ce qui fait que les autorités ont du mal à définir leur cadre juridique. De plus, il n'existe pas encore de réglementation précise pour les équipements et les réseaux CPL. Des travaux sont en cours, notamment avec le PLC Forum et l'ETSI, mais les résultats n'ont pas encore été publiés.

Ainsi la mise en place de réseaux CPL est libre pour ce qui est des installations derrière un compteur privé (on parle de « Indoor » ou « InHome »), sous réserve de ne pas créer de nuisances, auquel cas le matériel doit être retiré.

Pour ce qui est des installations extérieures (appelées outdoor) où l'on injecte le signal au niveau du transformateur HTA/BT pour des créations de boucles locales électriques, des autorisations d'expérimentation sont en général nécessaires, selon le pays concerné. Ainsi, en France par exemple, de telles autorisations sont à demander auprès de l'ARCEP (ex ART).

En 2005, en France, L'ARCEP a levé le caractère expérimental qui encadrait les déploiements CPL :

« Paris, le mercredi 20 avril 2005.

L'Autorité lève le caractère expérimental qui encadrait jusqu'à présent le déploiement des réseaux filaires en CPL.

L’Autorité de régulation des communications électroniques et des poste lève le statut transitoire qui était jusqu’à présent appliqué aux réseaux filaires basés sur la technologie des Courants Porteurs en Ligne (CPL).

L’Autorité vient de réaliser un bilan des expérimentations des réseaux filaires basés sur la technologie des Courants Porteurs en Ligne. L’analyse des divers rapports a permis à l’Autorité de s’assurer que les exploitants de réseaux filaires basés sur cette technologie peuvent faire face aux obligations liées à l’autorisation de réseau ouvert au public. Ces expérimentations ont également permis de valider : - la possibilité de partage, par plusieurs fournisseurs d’accès à Internet, de la capacité offerte sur un réseau CPL, - la qualité de service offerte sur le réseau en termes de débits garantis, d’établissement et de maintien du lien Internet, - l’absence de brouillage pendant toute la durée des expérimentations.

L’Autorité considère donc que les contraintes qui avaient justifié le statut expérimental retenu lors de l’instruction de la première demande de réseau CPL ne sont plus pertinentes aujourd’hui.

Par ailleurs, une récente recommandation européenne relative aux CPL, publiée le 12 avril dernier, demande en effet aux Etats Membres d’éliminer " tout obstacle réglementaire injustifié " et explique comment appliquer les dispositions de la directive concernant la compatibilité électromagnétique. Les acteurs souhaitant déployer des réseaux filaires CPL s’inscrivent donc maintenant pleinement dans le cadre réglementaire. Ils sont invités à se déclarer en tant qu’opérateurs auprès de l’Autorité, conformément à l’article L. 33-1 du Code des Postes et des Communications Electroniques (CPCE). Ils devront également respecter la réglementation concernant la compatibilité électromagnétique L’ARCEP souhaite qu’au-delà de ces premières expérimentations les réseaux filaires. »

— Autorité de Régulation des Communications Electroniques et des Postes

Standardisation

En haut-débit, les standards Homeplug dominent le marché. Ce sont des standards qui ne concernent pour l'instant que les installations intérieures et qui n'est pas interopérable avec les solutions extérieures existantes à ce jour.

L'alliance HomePlug travaille actuellement sur l'élaboration d'une solution extérieure. D'autres standards devraient voir le jour sous quelques mois ou années.

Les équipements commercialisés à ce jour pour le grand public sont basés sur des technologies Homeplug ou DS2, qui sont malheureusement incompatibles entre elles.

En bas débit, trois standards différents existent. En Europe, le standard EHS/Konnex définit la norme de communication courants porteurs, des fonctions plug-and-play et les messageries applicatives. Aux États-Unis, les standards sont Echelon et Cebus.

Notes & références

Voir aussi

• Le Power over Ethernet (PoE), qui est le principe inverse du CPL : faire transiter une puissance électrique via les câbles d’un réseau Ethernet, pour pouvoir alimenter en énergie des appareils qui disposent d’un accès réseau mais pas d’une prise électrique.

Liens externes

• Fiche pédagogique : présentation du CPL outdoor sur le site Atelier Aménagement Numérique des Territoires
• CPL France Portail d'information généraliste
• Groupe de travail IEEE P1901 dédié à la standardisation du CPL.
• Site radioamateur
• Guide de bonnes pratiques pour le recours aux courants porteurs en ligne sur les réseaux publics de distribution d’électricité par le ministère de l'économie des finances et de l'industrie.
• Les Courants Porteurs en Ligne (CPL / Powerline) : État des lieux et premiers retours du marché allemand
• Le PLC pollue les ondes radio
• CPL et santé : la problématique télécoms avec une mise en garde à EDF/ERDF sur le site de Next-up organisation, ONG spécialisée sur les CEM et l’EHS.

• Portail de l’électricité et de l’électronique