Comment déployer une solution de comptage électrique avec LoRaWAN ?

LoRaWAN est un protocole de communication sans fil conçu pour faire communiquer des objets connectés. Il permet de transmettre de petites quantités de données sur de longues distances tout en consommant très peu d’énergie, idéal pour les capteurs et équipements dans les environnements industriels, urbains ou tertiaires.

Ce cahier technique a pour objectif d’expliquer de manière pratique et détaillée comment concevoir et déployer une solution de comptage électrique en utilisant LoRaWAN. Pour une présentation plus générale des avantages et usages de LoRaWAN, nous vous invitons à consulter cet article : LoRaWAN, la connectivité longue portée.

Définir précisément le besoin de comptage

Objectif métier

Définir clairement l’objectif métier permet d’adapter le type de comptage et la fréquence des relevés, qu’il s’agisse de facturation interne, de suivi énergétique, de détection d’anomalies ou mise en conformité.

Type de comptage

Qu’il s’agisse d’un simple suivi de l’énergie active en kilowattheures ou d’une mesure plus fine intégrant la puissance instantanée, les courants par phase, la tension ou le facteur de puissance, il est primordial de définir les besoins du projet en amont.

Topologie électrique

Fréquence de remontée

La fréquence des relevés doit être définie avec précision, car elle impacte à la fois le niveau de détail des mesures et l’autonomie des équipements.

Selon les besoins, les relevés peuvent être toutes les 15 minutes pour un suivi précis, horaire pour une supervision détaillée, ou quotidien pour des rapports globaux. Ce choix doit être adapté au type de données à collecter et correspond aux classes de fonctionnement expliquées plus bas dans l’article.

Une définition claire et précise du besoin de comptage est donc déterminante

Elle guide non seulement le choix de l’architecture LoRaWAN, mais aussi la sélection du matériel et la planification de l’installation terrain. Ces décisions auront un impact direct sur l’autonomie des équipements, la charge sur le réseau LoRaWAN et le dimensionnement de la plateforme de supervision, garantissant ainsi une solution efficace et pérenne.

L’architecture LoRaWAN type

L’architecture LoRaWAN repose sur une chaîne complète qui garantit une transmission des données à la fois fiable, sécurisée et optimisée.

À l’origine de cette chaîne se trouvent les dispositifs terminaux LoRaWAN, tels que les capteurs. Ces équipements de terrain réalisent les mesures, par exemple la consommation électrique, puis encapsulent ces informations avant de les transmettre par liaison radio LoRa vers le réseau.

Qu’est ce qu’une Gateway LoRawan ?

Une gateway LoRaWAN est un dispositif réseau physique, elle capte les signaux radio LoRa envoyés par les capteurs et les transmet via Internet au serveur réseau (Network Server). C’est un peu comme une antenne-relais intelligente, ce n’est ni le protocole, ni le capteur lui-même : c’est un relais qui assure la communication entre le terrain et le réseau central.

Installée en hauteur pour maximiser la portée, elle peut gérer des centaines voire des milliers de capteurs en même temps et garantir que les données parviennent correctement au serveur pour traitement.

Quel rôle joue le serveur réseau dans une architecture LoRawan ?

Le serveur réseau (Network Server) reçoit les trames des gateways, les authentifie, gère la sécurité (cryptage et intégrité) et contrôle la qualité du réseau. Il filtre et supprime les doublons des messages reçus de plusieurs gateways afin d’optimiser la communication entre capteurs et serveur applicatif.

Quel rôle joue le serveur applicatif dans une architecture LoRawan ?

Le serveur applicatif traite et agrège les données reçues du serveur réseau pour les rendre exploitables. Les données peuvent être enrichies (calculs de consommation, alertes, statistiques) et il peut également gérer la configuration à distance des capteurs (modification de fréquence, seuils d’alerte, etc.).

Un système d’Information client permet d’afficher les données. Dans notre exemple c’est le plus souvent un logiciel de gestion énergétique, un ERP ou une plateforme IoT. Il permet à l’utilisateur de visualiser la consommation, d’analyser les tendances, de déclencher des actions ou de générer des rapports automatisés.

Parmi les solutions concrètes utilisées dans l’écosystème LoRaWAN, on trouve la plateforme The Things Stack – solution complète pour gérer votre réseau et vos données – ainsi que ChirpStack, un serveur LoRaWAN open source que l’on peut déployer sur site ou dans le cloud pour gérer appareils, gateways et intégrations de données.

Réseau LoRaWAN public ou réseau privé : quelle solution privilégier ?

Selon le type de projet, la gateway LoRaWAN peut fonctionner de deux manières distinctes : au sein d’un réseau public opéré par un opérateur, ou dans un réseau privé installé sur site.

Dans le cas d’un réseau public, la gateway appartient à l’opérateur télécom. L’installateur n’a pas de gateway à poser, la mise en place est simple. Les capteurs communiquent directement avec les antennes déjà en place. En revanche, chaque compteur ou capteur nécessite alors un abonnement et les données transitent par l’infrastructure de l’opérateur.

Dans le cas d’un réseau privé, la gateway est installée sur le site par l’électricien ou l’intégrateur, exactement comme un équipement technique du bâtiment. Elle est raccordée à Internet et communique avec un serveur LoRaWAN dédié. Cette approche est particulièrement adaptée aux lotissements, immeubles et sites industriels, car une seule gateway peut couvrir l’ensemble du périmètre sans abonnement par compteur.

Comparatif opérateur public et réseau privé

Critère	Opérateur public	Réseau privé
Déploiement	Immédiat (réseau existant)	À mettre en place sur site
Coût à long terme	Abonnement par capteur	Sans abonnement par capteur
Maîtrise du système	Paramétrage imposé	Paramétrage libre
Nombre de capteurs	Quota défini par contrat	Évolutif selon l’infrastructure
Données sensibles	Hébergement opérateur	Hébergement maîtrisé

Pour le comptage électrique ou la supervision d’installations dans des bâtiments tertiaires, industriels ou résidentiels, le réseau LoRaWAN privé avec son Network Server est souvent la solution la plus économique et durable. Elle offre un contrôle total des données et une grande flexibilité, mais nécessite des compétences en installation et en gestion réseau pour être mise en place correctement.

Installation terrain

Compteurs et connectivité LoRaWAN

Deux options sont possibles pour la collecte des données électriques :

• Compteur nativement communicant LoRaWAN

Installation simplifiée avec transmission directe des mesures vers le réseau et supervision / configuration à distance possibles, sans équipements intermédiaires.

• Compteur Modbus associé à un émetteur LoRaWAN

Compatible avec différents types de compteurs et configurations et compatible avec les installations existantes. L’émetteur LoRaWAN peut être mis à jour ou reconfiguré à distance selon les besoins du réseau et du suivi énergétique.

Consultez notre cahier technique sur la communication Modbus pour en savoir plus.

Comment optimiser le signal radio LoRaWAN ?

Il est recommandé de positionner la gateway en hauteur et dans un espace dégagé, d’utiliser une antenne adaptée, et de configurer correctement les capteurs (puissance d’émission et Spreading Factor). Il convient également de limiter les sources d’interférences et de vérifier la couverture sur site afin d’ajuster l’emplacement ou d’ajouter des gateways si nécessaire.

Antenne dégagée : elle doit être installée de façon à limiter les obstacles (murs, plafonds, objets métalliques) qui atténuent le signal.

Éviter les coffrets métalliques : les boîtiers métalliques peuvent bloquer ou fortement réduire la portée radio, rendant la transmission instable.

Mesurer le niveau de signal (RSSI) sur le terrain avant de valider l’installation, afin de s’assurer que la gateway reçoit correctement toutes les trames des capteurs.

Une installation LoRaWAN mal positionnée ou trop chargée peut entraîner des pertes de données ou des échecs de communication, malgré le bon choix des capteurs et de l’architecture réseau. Une étude préalable sur site est donc indispensable pour optimiser la portée et la fiabilité.

Comment paramétrer la communication LoRaWAN ?

Il est fondamental de déterminer la classe de fonctionnement, qui définit la fréquence d’utilisation, la durée de vie attendue et les conditions de charge ou de sollicitation. Cette classe est déterminée au niveau du capteur ou de la passerelle LoRaWAN.

Les autres apects liés à la configuration de la communication LoRaWAN sont généralement transparents pour l’utilisateur. Les passerelles prennent en charge automatiquement la connexion au réseau, l’authentification OTAA et la sécurisation des données. Il n’est donc pas nécessaire de régler manuellement la puissance, le Spreading Factor ou les clés de sécurité.

Classes de fonctionnement LoRaWAN : quel choix pour un relevé quotidien ?

Le protocole LoRaWAN définit trois classes d’équipements : A, B et C. Pour un relevé quotidien de mesures électriques, la classe A est le choix standard. Le compteur envoie ses données à intervalle défini et n’écoute le réseau que juste après l’émission, ce qui garantit une consommation minimale et une autonomie maximale, parfaitement adaptée à un fonctionnement sur batterie.

La classe B permet au dispositif d’écouter le réseau à des moments réguliers et connus à l’avance. Cela rend possible l’envoi de commandes vers le compteur, par exemple pour modifier des paramètres ou déclencher une action programmée, sans attendre la prochaine transmission.

La classe C devient pertinente lorsqu’il est nécessaire d’interagir en temps réel avec le compteur. Cela peut être le cas pour modifier à distance la configuration (périodicité de mesure, seuils d’alerte), déclencher un relevé immédiat, effectuer un diagnostic ou réagir rapidement à un événement électrique. 

En pratique : pour un simple suivi énergétique quotidien, la classe A suffit largement. La classe C s’adresse à des usages plus avancés, orientés supervision et pilotage en temps réel. La classe B peut-être un bon compromis pour changer la périodicité de mesure à une heure donnée, envoyer une consigne programmée ou déclencher une action sans attendre la prochaine émission du compteur.

A noter : un équipement peut changer de classe en cours de fonctionnement et tous les produits que nous commercialisons sont compatibles avec les trois classes LoRaWAN.

Activation, débit et transmission des données LoRaWAN

Activation OTAA

Un capteur ou un module LoRaWAN utilise le protocole OTAA pour se connecter automatiquement au réseau. La passerelle gère l’authentification auprès du serveur et la gestion des clés de sécurité (DevEUI, AppEUI, AppKey), assurant ainsi la transmission sécurisée des données sans intervention manuelle.

Data Rate (DR) et ADR

Le débit de transmission (Data Rate, DR) n’est généralement pas configuré manuellement. Il suffit d’activer l’adaptation du débit automatique (ADR) sur le capteur. Le serveur réseau ajuste alors le débit en fonction de la qualité du signal radio, mesurée par la puissance reçue (RSSI) et le rapport signal/bruit (SNR), ainsi que par le nombre de retransmissions nécessaires.

Payload – format des données

Le payload est le contenu des messages envoyés par le compteur via LoRaWAN. Il contient les mesures (ex. consommation, tension, courant) dans un format précis et compact. Le format est défini pour que le serveur applicatif puisse lire et interpréter correctement les données.

En pratique, il n’est pas nécessaire de configurer le payload. L’installation du compteur et de la passerelle permet la remontée des données, tandis que le serveur applicatif se charge de décoder et d’interpréter les trames.

Plateforme de supervision et d’exploitation

La plateforme de supervision centralise les données issues du terrain et les transforme en informations exploitables. Elle va au-delà de la simple collecte des mesures en structurant et valorisant les données.

Quelles sont les fonctions indispensables pour la supervision d’une solution de comptage électrique ?

Fonctionnalité	Description
Historisation des données	Les mesures électriques sont stockées dans une base de données adaptée aux données temporelles, permettant un suivi fiable dans le temps et des analyses sur différentes périodes.
Conversion et normalisation des mesures	Les données brutes remontées par les compteurs sont automatiquement converties (Wh → kWh), agrégées et normalisées, afin de garantir une lecture cohérente et immédiatement compréhensible.
Détection de dérives et d’anomalies	La plateforme analyse les évolutions de consommation pour identifier des comportements anormaux, des dérives progressives ou des ruptures de profil, facilitant le suivi énergétique et la maintenance.
Alertes sur seuils	Des seuils simples peuvent être définis afin de générer des alertes automatiques en cas de dépassement ou de situation anormale, permettant une supervision proactive.

Tests à réaliser sur site et erreurs à éviter

Comparaison avec un compteur de référence

Comme pour la checklist terrain, il est essentiel de vérifier que les mesures remontées par les compteurs LoRaWAN correspondent à un compteur de référence fiable. Cette étape permet de détecter des erreurs de calibration, des dérives ou des problèmes de transmission.

Payload trop volumineux

Envoyer des données trop lourdes (ex. JSON complet) augmente le temps de transmission, réduit l’autonomie des compteurs sur batterie et surcharge le réseau. Il est recommandé de transmettre des valeurs numériques compactes.

Mesure trop fréquente

Une fréquence de relevé excessive peut provoquer un épuisement rapide de la batterie et saturer le réseau LoRaWAN. La cadence doit être adaptée aux besoins réels, par exemple un relevé quotidien ou horaire selon le cas.

Antenne interne en armoire métallique

Une armoire métallique ou un coffret fermé peut bloquer le signal radio. Il faut préférer une antenne externe ou une position dégagée pour garantir une couverture stable.

Ordres de grandeurs

Impact de la taille des messages sur la consommation et l’autonomie des capteurs

Taille du message	Impact principal	Effet sur la batterie
24 octets	Très léger : consommation batterie minimale, transmission rapide, moins de risque de collisions, idéal pour relevés simples (index compteur uniquement).	Autonomie maximale, messages fréquents possibles sans réduire fortement la durée de vie.
32 octets	Compromis entre légèreté et quantité de données : permet de relever un compteur avec quelques données supplémentaires.	Consommation modérée, autonomie bonne (plusieurs années selon fréquence d’envoi).
51 octets	Plus lourd : nécessite plus de temps de transmission, consommation énergétique plus élevée. Permet d’envoyer plus de données (historiques, alarmes).	Consommation jusqu’à 2× plus élevée qu’un message léger, peut réduire l’autonomie de plusieurs années si les messages sont fréquents.

Fréquence d’envoi et autonomie des capteurs

Fréquence d’envoi	Autonomie batterie
1 message / jour	10 à 15 ans
1 message / heure	5 à 10 ans
1 message / 30 min	7 ans
1 message / 5 min	5 ans

Le déploiement d’une solution LoRaWAN pour le comptage électrique repose sur un équilibre entre fréquence de relevé, taille des messages, autonomie des capteurs et portée du réseau. Chaque paramètre influence directement la fiabilité, la durée de vie des équipements et la qualité des données collectées.

Le choix du type de capteur et de sa classe de fonctionnement, ainsi que l’adaptation à l’environnement (intérieur industriel ou rural), sont essentiels pour garantir une solution pérenne et optimisée.

Une planification rigoureuse, prenant en compte les contraintes techniques et les objectifs de supervision ou de facturation, permet de maximiser la performance du réseau tout en maîtrisant les coûts et la maintenance sur le long terme.