La communication par courants porteurs en ligne (ou CPL) permet de construire un réseau informatique sur le réseau électrique d'une habitation ou d'un bureau, voire d'un quartier ou groupe de bureaux. Cette idée apparue dans les années 1930 a fait l'objet de nombreuses applications (pour la domotique et l'informatique notamment), et dont les développements récents pourraient être les prémices d'un réseau électrique intelligent annoncé par de nombreux prospectivistes, dont Jeremy Rifkin dans le cadre de son projet de troisième révolution industrielle. Depuis 1950, des courants à basse et moyenne tension sont couramment utilisés pour porter des informations.
Récemment (2010-2012), un protocole CPL de communication global, simple et ouvert, dit « G3-PLC » (de l'anglais « »), a été spécialement développé pour le fonctionnement des Smart Grid.
Il constitue un pas de plus vers les réseaux électriques intelligents, et l'Internet de l'énergie. Il permet un meilleur auto-contrôle et monitoring du réseau de distribution électrique, et une gestion énergétique fine, y compris pour la gestion contrôlée de l'éclairage intérieur ou extérieur, la charge énergétique des véhicules électriques, et d'autres applications des « réseaux de demain » (gestion de production et microproduction décentralisées d'énergies irrégulières de type solaire/éolien), etc..
Ce protocole peut, à faible coût, compléter ou parfois concurrencer d'autres protocoles de communication dits « universels » tels que le Wi-Fi ou le Bluetooth. Il est opérant sur la basse et moyenne tension.
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.
En 1950 apparaissent les premières applications sur fréquence de , puissance . Elles sont alors unidirectionnelles (éclairage public, télécommande de relais).
Dans les années 1980, début des recherches pour utiliser la bande de fréquences de , toujours en unidirectionnel, permettant ainsi un transfert plus rapide des informations.
Dans les années 1990, expérimentations des courants porteurs pour des applications de télérelevés dans la bande de . Apparition de modems courants porteurs bas-débits pour des communications CPL domotiques en Europe (standard EHS/Konnex) et aux États-Unis (standards Echelon et ).
En 1997, des recherches sont menées sur la transmission de données en CPL et en bidirectionnel par ASCOM (Suisse) et Norweb (Royaume-Uni).
En 2000, des premières expérimentations sont effectuées en France par EDF R&D et ASCOM.
En 2002, , nouvelle entreprise française, arrive sur le marché avec son processeur de . La même année, Wirecom Technologies, également nouvelle entreprise française, spécialisée dans la gestion des énergies du bâtiment sur CPL (technique bas-débit - norme CENELEC EN50065-1) arrive sur le marché.
En 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.
En 2005, arrivée de la norme . Début de règlementation au niveau européen.
En 2007, arrivée sur le marché des produits à la norme . Ajout de nouvelles fonctionnalités (QoS, VLAN…). L’IEEE prévoit la mise en œuvre d’une norme commune permettant l’interopérabilité des trois grands systèmes CpL HPP, UPA, CEPCA.
En 2010, une ratification de la norme prévoit l'utilisation d'adaptateurs CPL domestiques atteignant la vitesse théorique de .
Dans les années 2010, le CPL devient une alternative crédible pour les usages de gestion du réseau électrique et de collecte des compteurs électriques communicants. ERDF (devenue Enedis en 2016) lance alors, en 2012, un consortium, l'Alliance G3-PLC, pour promouvoir le protocole CPL-G3 (G3-PLC en anglais) une technologie simple, peu coûteuse, permettant de fortement diminuer les coûts d'installation et de maintenance (pas de nouveau réseau à installer, le réseau électrique assurant cette fonction supplémentaire).
Fonctionnement Le principe des CPL consiste à superposer au courant électrique alternatif de 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 de même catégorie se trouvant sur le même réseau électrique. Cette façon de faire comporte cependant un inconvénient : le réseau électrique n'est pas adapté au transport de hautes fréquences 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 (bande HF allant de ). 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 en Europe et entre aux États-Unis.
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 ; le modem intègre les fonctions d’ajout de la redondance et de reconstitution du flux de bits original ou correction d’erreur.
En , le protocole CPL-G3 (ou G3-PLC en anglais) a été standardisé par l'Union internationale des télécommunications (UIT) comme nouveau standard de communications par courants porteurs à bande étroite (NB-PLC) sous le nom de . Il a, par la suite, été remplacé par un seul standard, la recommandation . Le CPL G3 utilise le multiplexage de nombreuses sous-porteuses ayant des fréquences orthogonales (codage OFDM), de multiples mécanismes pour assurer la robustesse du système ainsi qu'un algorithme de routage qui prend en compte les spécificités du CPL (LOADng). Le CPL G3 est le seul standard CPL à bande étroite supportant le protocole internet IPv6 nativement et la compression d’entête IP 6LoWPAN Sagemcom intègre le protocole Internet aux compteurs communicants - Sagemcom.com, octobre 2009 , ce qui permet la création de nouveaux systèmes de gestion de compteurs d'énergie, basés sur Internet. C'est un des premiers systèmes IPv6/6loWPAN au monde déployés massivement.
Compatibilité Linky - CPL
Le CPL G3 est utilisé par Enedis pour la mise en place du compteur communicant Linky. Le support utilisateur Enedis affirme que
Sur lignes à haute tension vignette|upright|Installation pour le couplage d'un CPL sur un poste électrique . On voit les circuits bouchons suspendus au portique et les condensateurs de couplage à leurs pieds.
Les compagnies d’électricité utilisent comme coupleur des condensateurs 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 , avec des puissances de transmetteurs de l’ordre de quelques dizaines de watts. Ces signaux sont appliqués à un, ou 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.
Dans les postes HTB, la communication se fait en point à point entre les deux extrémités de la ligne. La non propagation des signaux en dehors de la ligne est assurée par un circuit résonant de type parallèle ou « bouchon », composant associant une self d'inductance de l'ordre du mH. Le couplage est assuré soit par un condensateur de couplage isolé à l'huile, soit par un transformateur de tension si celui-ci est de technologie capacitive. On y injecte les conversations téléphoniques, les transmissions de mesures pour les et les ordres de fonctionnement de certains appareils.
La transmission par courant porteur en ligne n'a malheureusement qu'un débit très limité, incompatible avec certaines applications telles que la télésurveillance. Ce système comporte également 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 existantes.
Applications typiques 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 (produits basés sur les ou les chipsets conformes aux normes , ou ). Dans le cas où l’on utilise plusieurs adaptateurs sur un réseau domestique, le réseau électrique dans son ensemble se comporte comme un hub Ethernet, tous les boîtiers présents sur l'installation recevant les trames des autres boîtiers (topologie physique du type réseau en étoile). Le système peut lui-même être raccordé sur un commutateur réseau qui servira de point de raccordement à d'autres équipements réseaux.
L’installation est totalement transparente sur le plan informatique (ne nécessite aucun pilote ou ). Si l’on dispose d’adaptateurs de vitesse différente (, par exemple), ils peuvent cohabiter sur le même réseau électrique, mais créent des réseaux informatiques indépendants.
La technique CPL bas débit s’adresse principalement à deux applications. La première, 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 ; les CPL bas débit sont également utilisés pour des applications de gestion du réseau de transport et de distribution électrique ou encore de télérelève des compteurs électriques. Les débits sont habituellement compris entre .
Cadre juridique et réglementation