Courants porteurs en ligne

Pour les articles homonymes, voir CPL.

Le terme « courants porteurs en ligne » (CPL) se réfère à une technique 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 technique Wi-Fi. Cependant cette technologie comporterait au même titre que le Wi-Fi des risques pour la santé^[1].

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 (en))
• 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 (technique 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 85 Mbits. 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 alternatif 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.

Cette façon de faire comporte cependant un inconvénient: le réseau électrique n'est pas adapté au transport de haute-fréquence car il n'est pas blindé. En conséquence, la plus grande partie de l'énergie injectée par le modem CPL est rayonnée sous forme d'onde radio.

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 MHz). 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, ainsi qu’un contrôle d’intégrité 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.

Risque sanitaire de la technologie

L'utilisation du courant porteur sur un réseau électrique non blindé peut avoir des conséquences sur la santé. Les câbles électriques étant présents notamment dans la chambre à coucher, le risque de cette technologie est à prendre en compte avant une utilisation domestique notamment si des enfants sont à proximité des câbles (exemples: lampe près du lit, câbles dans les cloisons, ...).

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 deux, voire aux trois 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.

Le CPL est une application de la Formule de Thomson : f= 1/(2Π.√(L.C)) où f est en hertz, L en Henry et C en farad (dans un poste de radio, L est fixe et C variable par le bouton de recherche des stations, à la fréquence de la station recherchée l’ensemble L,C (circuit bouchon) bloque toutes les fréquences sauf celle de la fréquence de la station désirée). Dans le cas du CPL, l’ensemble L,C est fixe et ne récupère que la fréquence de réglage originelle. Dans les postes Très Haute Tension, chaque phase possède son circuit bouchon, la bobine mesure 3 mètres de haut en 400 kV, tandis que le condensateur est un condensateur où l’air sert d’isolant entre les couches conductrices. On y injecte les conversations téléphoniques, les transmissions de mesures pour les « dispatchings » et les ordres de fonctionnement de certains appareils.

Avec un poste de radio à transistors, réglé vers 180 kHz (entre RTL et Europe1), en se plaçant sous une ligne THT, on peut écouter les conversations téléphoniques. Cette technique est d’ailleurs un moyen de communiquer avec un agent contrôlant une ligne à distance. Ce système comporte un défaut, en cas de maintenance, les câbles de la ligne sont mis à la terre de part et d’autre de la zone de travail et les signaux CPL sont complètement perturbés.

Bien que les compagnies d’électricité utilisent la communication par micro-onde 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.

Applications typiques

Exemple de boîtier CPL domestique installé.

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 500 Mbit/s (produits basés sur le chipset DS2 (en)).

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. Le système peut lui-même être raccordé sur un commutateur et servir de point de raccordement à des commutateurs.

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 habituellement de 2,4 à 20 kbit/s.

Cadre juridique et réglementation

Toute technique 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.

En 2005, en France, L’ART (devenue 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 télécommunications lève le statut transitoire qui était jusqu’à présent appliqué aux réseaux filaires basés sur la technique des Courants Porteurs en Ligne (CPL).

L’Autorité vient de réaliser un bilan des expérimentations des réseaux filaires basés sur la technique 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 technique 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 États 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 Électroniques (CPCE). Ils devront également respecter la réglementation concernant la compatibilité électromagnétique.

L’ART souhaite qu’au-delà de ces premières expérimentations les réseaux filaires CPL trouvent leur place comme technologie alternative d’accès au haut débit. »

— Autorité de régulation des communications électroniques et des postes (ARCEP)^[2]

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 techniques Homeplug ou DS2 (en), 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 (en).

Notes et références

• Certains passages de cet article, ou d’une version antérieure de cet article, sont basés sur l’article Introduction aux CPL [1] du site Web Comment ça marche ? [2].
• Fiche pédagogique : présentation du CPL outdoor sur le site Atelier Aménagement Numérique des Territoires
• Groupe de travail IEEE P1901 dédié à la standardisation du CPL.
• 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. [PDF]
• Les Courants Porteurs en Ligne (CPL / Powerline) : État des lieux et premiers retours du marché allemand [PDF]
• 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.

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 (comme une Webcam).

Liens externes

• CPL France - Portail d’information généraliste

• Portail de l’électricité et de l’électronique
• Portail des télécommunications