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Traquez les wattsde vos produits

ELISABETH FEDER redaction@industrie-technologies.com

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Traquez les wattsde vos produits

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L'efficience énergétique est dans l'air du temps. Après l'évolution vers une omniprésence de l'électronique et plus de confort, qui ont tiré la consommation vers le haut, elle entre aujourd'hui dans les critères d'achat des utilisateurs, et ce, quasiment dans tous les secteurs, du grand public à l'industriel. La traque du watt s'invite dans toute nouvelle conception ou refonte d'un produit. Voici les pistes à suivre.

Tout produit comportant une partie électrique ou électronique consomme de l'énergie, quand il est en fonctionnement, et souvent même quand il semble être à l'arrêt. Les multiples chargeurs d'alimentation (pour le radiotéléphone, l'imprimante...) qui font partie de notre vie moderne, consomment souvent de l'électricité même quand ils ne servent pas. Prise individuellement, la consommation de chacun d'entre eux est faible, mais - adage bien connu - les petits ruisseaux font les grandes rivières. Les besoins d'autonomie des produits nomades à batterie ont suivi en priorité la voie de la sobriété. Pour autant, une alimentation sur secteur n'est plus, non plus, signe de gaspillage, même si la réglementation a un peu forcé la main aux concepteurs. L'approche basse consommation devrait donc constituer l'une des règles de base de la conception d'un produit donné, qu'il soit alimenté sur batterie ou sur secteur. Voici les pistes à suivre.

1-Établir un diagnostic énergétique

D'emblée, un état des lieux et des mesures appropriées s'imposent pour constituer une base de travail. Cette approche consiste à définir un « modèle d'usage », sur la base de l'utilisation typique du produit et de ses fonctions, avec la durée et la fréquence d'utilisation de chacune d'entre elles, ainsi que la durée d'utilisation des différents modes opérationnels (marche, arrêt, veille...). À chaque mode opératoire correspond une consommation instantanée, et la somme de toutes les consommations en fonction du modèle d'usage conduit à la consommation typique totale d'énergie (par exemple par jour). « De là, il est possible d'identifier les différents facteurs contributeurs de l'énergie consommée et, du même coup, les principaux leviers d'action, généralement au nombre de quatre : réduire la consommation en fonctionnement ; diminuer le temps de fonctionnement ; abaisser la consommation en veille ; introduire des modes opérationnels supplémentaires pour grignoter la facture globale », analyse Robert Lacoste, expert en signaux mixtes et fondateur de la société Alciom. Levier subsidiaire : repenser le produit, par exemple au plan de l'utilité des fonctions, de l'ergonomie, ou des matériaux pour l'alléger...

2-Choisir la sobriété en état de marche

Les composants électroniques sont toujours spécifiés pour fonctionner dans une fourchette de tensions d'alimentation, par exemple de 1,8 à 3 V, avec une différence de courant de 40 à 60 %. Lors de la conception d'un système, il faut donc privilégier la tension la plus basse. Pour la source de courant, la priorité est à donner aux nouvelles générations d'alimentations qui affichent des rendements plus élevés. Enfin, il faut opter pour des solutions alternatives plus sobres si elles s'adaptent à l'application, et privilégier les alimentations à découpage, plus efficaces que les transformateurs, ou encore les alimentations courant alternatif/courant continu directes, dont la puissance à vide est 10 à 15 fois moindre que dans le cas des alimentations linéaires. Tout ceci bien entendu sans dégrader la performance utile. Pour son téléviseur Econova, Philips est ainsi passé à un rétroéclairage à LED, près de 60 % moins gourmand que les classiques lampes fluorescentes, et a introduit un détecteur de lumière qui ajuste les paramètres d'image en fonction de l'environnement. « Nous sommes ainsi passés de 90 W à 40 W en mode éco », souligne Caroline Biros, responsable senior marketing TV chez Philips. Stramatel a, pour sa part, divisé par 2,5 la consommation électrique de son panneau d'affichage portable pour salles de sport Multitop (de 7 W/h à 2,7 W/h). « Nous avons remplacé les LED par des versions au rendement lumineux trois fois plus élevé à courant égal. Mais, comme nous n'avions pas besoin d'une aussi forte luminosité, nous avons choisi de diminuer le courant. Ce qui nous a aussi permis d'utiliser deux batteries de 6 V-4,5 Ah au lieu de modèles 6 V-12 Ah », confie Patrice Roule, PDG de la société.

3-Diminuer la durée de fonctionnement

« Aller plus vite, c'est aussi consommer moins », suppute Robert Lacoste. La conception d'un produit, son ergonomie, l'efficacité logicielle du programme d'exécution des fonctions, ou encore un transfert plus rapide de données bien compactées, sont autant de leviers pouvant réduire la durée en fonctionnement. Siccom, société spécialisée dans la détection de niveau et de proximité, a ainsi amélioré de 25 % le rendement de la pompe « Mini Flowatch 2 » lors d'une reconception. « Ceci a permis de réduire d'autant la durée nécessaire au relevage des eaux de condensats issues d'un climatiseur. Ramené à une consommation électrique annuelle pendant une saison de climatisation qui dure six mois, ce chiffre se traduit par une économie de 8,15 kWh en coupant l'alimentation pendant l'hiver », signale Bernard Meyer, responsable du développement chez Siccom. La société CryptIris a, elle, voulu augmenter l'autonomie de ses capteurs radio universels autonomes Comce qui transmettent des données de surveillance, de mesure et/ou de détection vers un point d'accès d'un réseau étendu (type GPRS par exemple). Ces produits sont alimentés par des panneaux solaires. « La partie radio étant la plus gourmande en énergie, nous avons travaillé à tous les niveaux, tant sur les composants que sur le logiciel de traitement et sur le protocole de communication, notamment pour réduire la durée des échanges en liaison radio. Dans la première version, un panneau solaire de 20 W ne suffisait pas à assurer la consommation nécessaire. La nouvelle version nécessite désormais deux fois moins de puissance », constate Jean-Marc Aubert, président de CryptIris.

4-Préférer un mode veille économe

Le terme de mode veille est souvent trompeur, des courants de plusieurs centaines de nanoampères (nA) n'étant pas forcément négligeables. Pour chaque composant présent dans une application, deux questions se posent : doit-il rester actif ? Quel est son courant de fuite ? La conception même du mode veille doit être mise à l'épreuve. L'architecture système peut prévoir un composant qui gère le réveil à une heure donnée. Ou bien un mode veille profond est-il possible, avec un réveil instantané dès que l'utilisateur touche une partie de l'appareil ? « Pour la pompe « Flowita », nous avons réduit la consommation en mode veille à zéro grâce à l'utilisation d'un flotteur (aimant) pour la détection du niveau de liquide et un interrupteur à lame souple (qui se ferme en présence d'un aimant). Celle-ci représentait environ 1 kWh par an dans les mini Flowatch. Si on y ajoute l'oubli très fréquent des utilisateurs de couper l'alimentation pendant l'hiver, on obtient un gain total annuel de 2,66 kWh », détaille Bernard Meyer. En veille, la consommation de l'Econova tombe à 0,09 W, ce qui en fait l'un des récepteurs de télévision les moins gourmands du marché.

5-Adopter de nouveaux modes opératoires

La gestion de la consommation peut encore croître en sophistication. Soit par la mise en place de modes opératoires multiples (veille, veille profonde, etc.), soit par la subdivision d'un produit en îlots de fonctions, pas tous utilisés ni donc alimentés en même temps. « Il est ainsi possible d'imaginer une mise en veille partielle de certaines fonctions, ou même une coupure complète par îlots de fonctions. Les architectures systèmes autorisent cette approche avec les algorithmes de codage appropriés, conçus pour réveiller les fonctions en temps réel. Dans le cas d'une boxe Internet-décodeur, on peut par exemple couper la partie voix lorsqu'il n'y a pas de communication téléphonique. Ou la partie Wi-Fi si Internet n'est pas utilisé. « C'est une piste à l'étude », renchérit Philippe Matillon, directeur Innovation et architecture services en ingénierie produits fixes chez Bouygues Telecom.

Enfin, dernière étape : le mode arrêt total, où la question de la consommation ne se pose a priori plus. Ou bien si ? Contrairement au modèle Econova de Philips, qui a un bouton « mécanique » d'arrêt, la plupart des téléviseurs LCD et autres écrans plats d'ordinateurs, le bouton de démarrage n'en possède pas. Or une consommation de seulement 0,8 W (mesurée pour un écran Asus en mode « arrêt »)... finit par gaspiller quelque 7 kWh bon an mal an...

PARC

4,6 milliards de produits consommeront de l'énergie en mode veille en 2020. Source : Commission européenne

La réglementation se durcit

-Entrée en vigueur début 2009, la première directive EuP avait pour ambition de réduire de 75 % la consommation d'énergie en mode veille des équipements d'électronique grand public et de bureau d'ici 2020. -Depuis 2010, la consommation d'énergie de ces produits doit être inférieure à 1 W en mode arrêt et veille/réactivation, et à 2 W pour les fonctions d'affichage ou veille/réactivation incluant des fonctions d'affichage. -En 2013, ces valeurs seront réduites à 0,5 et 1 W, ce qui est déjà proche des valeurs mesurées sur les produits écoconçus avec les meilleures technologies actuellement disponibles.

Chez Bouygues Telecom, l'efficacité énergétique fait partie du cahier des charges

« L'efficacité énergétique est aujourd'hui prise en compte dès la conception de nos produits, avec des valeurs strictes dans les cahiers de charges », affirme Philippe Matillon, responsable écoconception des boxes et décodeurs TV chez Bouygues Telecom. Un modem ADSL a vocation à rester allumé toute la journée. L'une des plus importantes pistes de travail porte sur les alimentations externes. Un produit d'entrée de gamme peut consommer jusqu'à 300 mW « à vide », c'est-à-dire branché mais sans être en service, alors qu'un modèle élaboré ne consommera, lui, que 120 mW. Au-delà du mode veille, des coupures partielles par fonctions, ou par îlots de fonctions, deviennent possibles grâce à des algorithmes de codage appropriés. Dans le cas de la Bbox, on peut ainsi couper la partie voix lorsqu'il n'y a pas de communication téléphonique. Ou la partie Wi-Fi si le réseau n'est pas utilisé.

ASTUCES POUR CONSOMMER MOINS D'ÉNERGIE

Utiliser des composants électroniques le plus efficaces du marché Faire appel à des alimentations directes à rendement élevé Faire fonctionner à des tensions et intensités les plus basses Réduire le nombre de composants alimentés en mode veille au strict minimum Optimiser l a programmation du logiciel dans le sens de l'efficacité

ROBERT LACOSTE FONDATEUR DE LA SOCIÉTÉ D'ÉTUDES ET DE CONSEIL ALCIOM« Bien connaître la consommation exacte du produit »

« Pour concevoir dans un but de basse consommation, il importe de procéder avec méthode pour chercher la petite bête. Les pistes d'économies potentielles sont multiples, souvent interdépendantes et parfois contradictoires. Il faut réaliser un bilan énergétique complet, en tenant compte des modes d'utilisation, des fonctions, de la fréquence d'utilisation... Nombre de sociétés ont du mal à déterminer exactement la consommation de leurs produits. La mesure des courants faibles en mode veille est soit quasiment impossible avec les énergie-mètres classiques, soit très coûteuse avec les équipements professionnels. C'est pourquoi nous avons développé le PowerSpy, un analyseur de consommation énergétique sans fil se présentant comme une prise gigogne à intercaler entre le réseau et l'équipement à tester. Il acquiert à haute fréquence les formes d'ondes de courant et de tension comme un oscilloscope et les transmet à un PC via une liaison Bluetooth. Un logiciel associé en effectue l'analyse et permet de visualiser toutes sortes de données. »

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