1 Les technologies sans contact

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1 1 Les technologies sans contact M. Jourdain. Et comme l on parle, qu est-ce que c est donc que cela? Maître de philosophie. De la prose. M. Jourdain. Quoi, quand je dis : «Nicole, apportez-moi mes pantoufles, et me donnez mon bonnet de nuit», c est de la prose? Maître de philosophie. Oui, Monsieur. M. Jourdain. Par ma foi ; il y a plus de quarante ans que je dis de la prose sans que j en susse rien ; et je vous suis le plus obligé du monde de m avoir appris cela. Le Bourgeois gentilhomme. Molière. Acte II, scène Introduction Pour comprendre pourquoi nous avons maintenant des mobiles et des services NFC à notre disposition, il nous faut revenir sur un certain nombre de technologies qui les ont précédés comme les codes-barres, les technologies radiofréquences ou la carte à puce et c est l objet de ce chapitre. Régulièrement dans les conférences grand public dans lesquelles j ai l occasion de présenter les technologies sans contact, je commence par un petit sondage avec ces deux premières questions simples : «Qui connaît

2 Le mobile NFC Télécommande de notre quotidien 2 la technologie RFID?» et il y a toujours une ou deux personnes qui lèvent la main. De même, la deuxième question : «Qui utilise un service sans contact régulièrement?» obtient de même une réponse positive d une ou deux personnes, réponse souvent agrémentée d un sourire. Pour les autres, c est un grand silence. La suite est plus facile. Si nous sommes en région parisienne, la question est : «Qui a utilisé les transports en commun et une carte Navigo pour venir assister à cette conférence, voire un Vélib pour les plus courageux?» Les mains se lèvent, les visages s ouvrent. Les questions continuent sur un rythme plus rapide. «Qui a un badge ou une clé magnétique pour entrer dans les bureaux de sa société?», «Qui a déjà utilisé une remontée mécanique en se penchant vers le portique pour approcher la carte placée dans son vêtement de ski?», «Qui a un chat ou un chien?», «Qui a un passeport ou un permis de conduire récent?», «Qui utilise le télépéage sur l autoroute?». Les mains pour certaines ne se baissent plus. Nous pourrions continuer les exemples mais ce n est plus nécessaire. Nous utilisons déjà tous les technologies sans contact sans le savoir comme M. Jourdain parlait en prose dans Le Bourgeois gentilhomme. Les services sans contact, permis par les technologies de type radiofréquence, sont partout sans que nous le sachions toujours. Que nous soyons consommateurs, voyageurs, travailleurs, joueurs, lecteurs, conducteurs, chats, rats de bibliothèque, skieurs, abeilles, marathoniens ou cyclistes, il y a une ou plusieurs applications sans contact que nous utilisons régulièrement. Nous reviendrons sur quelques-unes de ces applications dans le livre mais si j en oublie, n hésitez pas à me le rappeler. J entends le lecteur attentif me poser la question : «Quel rapport avec le titre du livre alors?» qui rappelons-le s intitule Le mobile NFC, télécommande de notre vie quotidienne. Il n y a pas encore eu la notion de téléphone mobile dans cette introduction. Et c est justement là où intervient la technologie NFC. Cette technologie va, entre autres, permettre d intégrer la plupart de ces services sans contact, services le plus souvent actuellement sur un support carte, dans l objet devenu indispensable à notre vie de tous les jours ; intégration de ces services et bien plus comme nous le verrons au fur et à mesure du déroulement du livre. Que permet la technologie NFC? Basée sur la technologie RFID, d identification par radiofréquence, elle permet à deux objets électroniques d échanger des informations entre eux à courte distance (moins de cinq centimètres). L un des objets doit être actif, c est-à-dire capable de créer un champ magnétique à l aide d une source d énergie, le deuxième peut être simplement passif.

3 Les technologies sans contact Cet échange d informations et surtout le traitement qui sera fait de ces informations échangées sont la base d un très grand nombre de services que nous allons développer dans ce livre. Nous parlons d objets électroniques et non de mobiles, la technologie n étant pas réservée aux mobiles. Ce n est pas clair? C est normal. Pour mieux appréhender le sujet, voyons ensemble l origine de ces technologies d identification, les différentes versions, et leur cheminement jusqu à ce mobile NFC, objet du livre. 1.2 Les différentes technologies d identification Le code-barres Identifier des objets simplement à travers l utilisation de code a toujours été un vrai besoin. Par exemple, ce livre comporte un numéro qui lui est unique, le code ISBN, qui permet de l identifier. Ce code vient en complément du nom de l auteur, du livre lui-même et de l éditeur, et est la clé unique permettant d indexer le livre. Cela permet ainsi de le retrouver facilement et rapidement dans un catalogue. Les premiers ordinateurs ou les caisses de magasin ne savaient pas lire ces codes et l invention du code-barres a permis d automatiser leur lecture. Maintenant présents partout sur nos produits de notre quotidien et dans les magasins, les codes-barres permettent une identification simplifiée et plus rapide de n importe quel produit à travers la lecture optique et sans contact d une étiquette correspondant au produit et permettant son identification. Dans l introduction, nous avons rappelé que le premier appel à partir d un téléphone sans fil a eu lieu le 3 avril De manière étonnamment concomitante, la définition de l UPC (Universal Product Code), une étape clé à l adoption du code-barres, est datée du même jour ; la lecture du premier code-barres dans un environnement commercial interviendra une année plus tard. Nous voyons des codes-barres tous les jours dans les magasins, à la caisse des supermarchés, sur les produits que nous consommons comme sur ce livre en bas de la quatrième page de couverture. Dans les magasins, ils sont lus grâce à des lecteurs fixes devant lesquels le caissier présente chaque produit les uns après les autres. Ce même caissier peut utiliser une douchette, une sorte de pistolet pour lire le code-barres, reconnaissable à ses rayons lumineux rouges. Leur utilisation est simple, normalisée, à travers une codification standardisée, élément clé de leur adoption et de 3

4 Le mobile NFC Télécommande de notre quotidien leur universalité. Ils sont également très économiques. En revanche, le codebarres nécessite un contact direct optique entre l étiquette et le lecteur correspondant. L information qu il contient est limitée à un code/un identifiant. Une fois l identifiant lu, un traitement informatique a lieu pour que la bouteille de Givry achetée par le consommateur soit intégrée à son ticket de caisse. Des évolutions du code-barres existent sous les appellations de code 2D, comme les QR Codes ou autres Flashcodes contenant des informations plus nombreuses et plus diverses (comme une adresse Web ou une carte de visite). Ces codes 2D se retrouvent de plus en plus souvent sur des affiches, dans les journaux, dans les transports en commun, l immobilier et peuvent être utilisés pour certaines opérations de paiement. Tous ces codes-barres, sous toutes leurs formes, peuvent maintenant être lus par des applications mobiles si le mobile comporte une caméra. Par exemple, sur les arrêts de bus de certaines grandes villes françaises, une fois l application de lecture de codes-barres lancée, la lecture d un Flashcode permet de renseigner le voyageur de l heure de passage du prochain bus. Nous verrons par la suite que ces codes 2D sont souvent utilisés en parallèle aux étiquettes NFC pour certains types d application NFC, pour les mobiles ne disposant pas encore de la technologie Les principes de base de la RFID Tout comme le code-barres, la technologie RFID pour Radio Frequency Identification, permet l identification des objets, à travers la lecture d un code, mais en utilisant une technologie différente, «électromagnétique», comportant de nombreux avantages. Le principe de base est simple (voir figure 1.1). Il nous faut un lecteur 7, un dispositif électronique capable de créer un champ magnétique et une étiquette 8 composée principalement d une antenne et d une puce électronique, les deux éléments étant fixés sur un support physique appelé «inlay». Le lecteur génère un champ électromagnétique à travers sa propre antenne. L énergie de ce champ captée par l antenne de l étiquette, sert à alimenter et à activer la puce. Cette énergie permet la transmission en retour des données contenues dans l étiquette vers le lecteur. Un traitement informatique s ensuit la plupart du temps. 4 7 Le terme de «lecteur» est le plus générique mais il ne représente que partiellement les fonctionnalités permises. On pourra trouver également «interrogateur» ou «émetteur». 8 Le terme d «étiquette» est le plus employé. On pourra trouver également «tag» ou «transpondeur» pour les puristes.

5 Les technologies sans contact Figure 1.1 Le principe de base de la RFID Les fréquences utilisées, les puissances, les types d étiquettes et leurs formes permettent des applications de tout type sur des distances de quelques centimètres à plusieurs mètres. Contrairement aux codes-barres, il n y a pas besoin d une lecture optique. Les étiquettes peuvent être lues à travers des emballages cartons ou être intégrées dans des cartes en plastique. Certains lecteurs peuvent lire simultanément et très rapidement de nombreuses étiquettes avec une fiabilité nettement supérieure à la lecture de codesbarres. Enfin, les lecteurs peuvent également écrire des informations sur l étiquette et la mettre à jour. Il existe différents types d étiquettes RFID. Deux grandes catégories : les étiquettes dites passives (sans émetteur radiofréquence et donc dans l immense majorité des cas sans batterie) et des étiquettes actives (avec émetteur radiofréquence et donc intégrant quasi systématiquement une batterie). Elles comportent plus ou moins de mémoire, peuvent être équipées de capteurs et donc de sources d énergie. Elles sont conçues en fonction de leur utilisation, des surfaces sur lesquelles elles vont être posées et de l environnement. Les étiquettes RFID sont particulièrement sensibles aux environnements liquides et métalliques. Elles coûtent de quelques centimes à plusieurs dizaines d euros. 5

6 Le mobile NFC Télécommande de notre quotidien 6 Il existe également de nombreux lecteurs, que l on va retrouver sous la forme de PDA utilisés par les magasiniers pour effectuer des inventaires, des valideurs de transport, des portiques dans les entrepôts ou au-dessus des péages d autoroute, et bien d autres. De nombreux services utilisent ces technologies RFID et nous pouvons les retrouver sur des bouteilles de vin, sur des pièces d avions, dans des vêtements, dans des jetons de casino, des papiers d identité, des cartes de transports ou dans le cou de nos animaux de compagnie. La technologie RFID est idéale pour faciliter des actions comme l identification, l authentification et l autorisation. La lecture d une étiquette peut permettre : l identification, par exemple, cet objet est un pantalon de taille 44 ; l authentification qui s utilise, par exemple, dans la lutte anti-contrefaçon. Chaque étiquette peut avoir une identification unique. S il est facile de dupliquer un code-barres par simple photocopie, les étiquettes RFID comportent des numéros uniques et peuvent contenir des systèmes de protection les rendant beaucoup plus complexes à dupliquer ; l autorisation de déclencher l ouverture d une porte de bureau, d hôtel, l accès à bord de l avion ou un paiement. Toutes ces actions ne sont pas toujours activées directement par l échange entre le lecteur et l étiquette. Le plus souvent, ce sont les services d information des sociétés gérant le service qui reçoivent les données de l étiquette, les interprètent et ainsi déclenchent l action correspondante. On peut, dès à présent, comprendre que toutes ces actions associées à des traitements informatiques peuvent avoir un grand nombre d applications pratiques. L usage commercial du terme RFID est la plupart du temps associé avec une bande de fréquence spécifique, dite Ultra High Frequency (UHF). Cette application particulière de la technologie est plutôt utilisée à des fins logistiques ou supply chain comme prolongement des utilisations type codebarres centrées autour du «produit». L étiquette RFID UHF accolée au produit va ainsi servir : à l identifier, à l authentifier, à être utilisée à des fins de traçabilité et à faciliter les inventaires. Ces étiquettes vont se retrouver sur des vêtements, sur des bijoux, dans la distribution, dans les domaines de la santé, des hôpitaux, dans l aéronautique, dans les armées (premier client de la RFID UHF aux États-Unis), dans l industrie de la pharmacie, dans les bouteilles de parfums, les compagnies aériennes pour suivre les bagages, pour ne citer que ces exemples. En revanche, contrairement au code-barres, il n est actuellement pas possible de lire une étiquette RFID UHF avec un mobile du commerce sans lui connecter un lecteur spécifique.

7 Les technologies sans contact Si nous reprenons notre schéma de principe et l appliquons à un entrepôt industriel : un colis contenant des objets à livrer passe dans un portique le lecteur. Le portique émet un champ électromagnétique et va, en retour, recevoir les informations en provenance des étiquettes collées sur les produits dans le colis. Cela permet de vérifier son contenu sans l ouvrir et de l acheminer vers sa destination (voir figure 1-2). Figure 1.2 La RFID en pratique : la logistique Dans la famille des radiofréquences normalisées regroupées sous le terme RFID, en plus de l UHF, il existe d autres fréquences (voir figure 1.3) comme la Low Frequency (LF) utilisée pour la traçabilité des animaux domestiques, la High Frequency (HF) que nous allons bientôt retrouver, la Super High Frequency (SHF) pour les péages d autoroutes, par exemple, mais aussi des technologies cousines comme le Bluetooth ou le Wi-Fi. 7

8 Le mobile NFC Télécommande de notre quotidien Figure 1.3 Les différentes fréquences RFID suivant la norme ISO Nous allons revenir longuement sur la fréquence HF, la fréquence utilisée dans le cadre des services sans contact NFC mais, avant cela, faisons un rapide panorama de quelques autres technologies de la même famille, permettant le suivi et la traçabilité des objets La RFID active, les capteurs, le M2M et l Internet des objets Pour conclure cette partie sur la technologie RFID, signalons qu il existe toute une série d étiquettes RFID dites actives, contenant non seulement une puce, mais également de la mémoire, une antenne, un émetteur radiofréquence et une batterie. Elles peuvent être associées à des capteurs de toutes sortes : des accéléromètres, des capteurs de mouvement, de température, de poids ou de pollution. Ces étiquettes sont capables de stocker des informations et des résultats de mesure et de les restituer. D autres types de connectivité à courte, moyenne et longue distances parmi lesquelles les Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee, Z-Wave, 2G, 3G, 4G, UNB, White spaces ou liaisons satellite, par exemple, sont disponibles. Les objets associés peuvent communiquer à plus ou moins grande distance. Un grand nombre de ces services connectés se déploie, que ce soit sous forme de produits grand public : objets connectés de notre quotidien : balances, brosse à dents, etc. «wearables», ou objets «intelligents» tels que montres, bracelets, vêtements, que nous portons directement sur nous ; ou sous le terme domotique dans nos maisons ;

9 Les technologies sans contact ou sous une terminologie plus industrielle sous le terme «M2M» ou machineto-machine : systèmes antivol à base de capteurs de mouvement, se déclenchant en cas de déplacement ou de l arrachage de l objet (protection des chantiers ou des œuvres d art dans les musées) ; suivi des patients et déclenchement d alertes en cas d incidents ; optimisation de la tournée des apiculteurs. À l aide de capteurs de poids placés sous chaque ruche, et les outils de communication adéquats, notre apiculteur peut savoir en temps réel le poids de chaque ruche et organiser la tournée de collecte de ses ruches ; traçabilité dans les ouvrages de travaux publics comme un bâtiment ou un pont pour envoyer des alertes en cas de fatigues de matériaux, de cassure, de grands froids, de fuite ou de mouvements imprévus ; gestion de flotte de véhicules permettant à l entreprise de savoir en temps réel où se trouvent un camion de livraison et sa cargaison ou le suivi de la cargaison d un porte-container sur les océans ; compteurs énergétiques «intelligents» de type Linky ou Gazpar. Par-delà le M2M, l association des technologies de l information et de la communication (TIC) avec ces objets dits intelligents et communicants (étiquette RFID et autres technologies de communication + énergie + capteurs) permet de fournir à ces objets les moyens d interagir sans intervention humaine. Nous sommes là dans le domaine de l Internet des objets, l intégration des objets dans l Internet des humains et des machines, sujet sur lequel nous reviendrons dans le chapitre 11 : «Évolutions et perspectives» La Smart Card ou carte à puce Il nous faut maintenant aborder une deuxième technologie indispensable à la genèse de notre mobile NFC : la technologie carte à puce. L invention et les premiers brevets autour des cartes à puce avec contact datent des années Les premières cartes sans contact datent de la fin des années 1980 même si leur déploiement a vraiment pris son essor début des années 2000 : la carte de transport francilienne Navigo a plus de douze ans par exemple. Nous utilisons des cartes à puce avec ou sans contact tous les jours : les cartes de paiement que l on glisse dans un distributeur automatique de billets (DAB) pour retirer de l argent ou dans un terminal de paiement électronique (TPE) pour payer un achat chez un commerçant par exemple. La carte SIM fournie par l opérateur de télécommunications et placée au 9

10 Le mobile NFC Télécommande de notre quotidien 10 cœur du mobile est aussi une carte à puce, d une forme différente. La carte à puce apporte une sécurité indispensable à de nombreux échanges de données électroniques en particulier autour du paiement et des données d identification. Ces cartes intègrent donc de plus en plus la technologie sans contact RFID, c est-à-dire, qu il suffit de les approcher ou de les poser sur un lecteur sans qu il y ait besoin de les introduire dans un mécanisme physique. On retrouve ces cartes sans contact dans le paiement (les cartes de nombreuses banques françaises sont maintenant en standard dans les deux modes, avec ou sans contact), des cartes de transport, les cartes d auto-partage ou de vélos en libre-service, les cartes des remontées mécaniques des stations de skis, les cartes de cantine, de services scolaires, universitaires, de contrôle d accès à la bibliothèque, à la photocopieuse, aux parcs de stationnement, à la médiathèque, ou à l entreprise. Ces services peuvent se décliner sous des formats différents de ceux de la carte de crédit ; on parle alors de facteur de forme (anglicisme tout droit tiré de «form factor»). La clé «sans contact» de démarrage de nombreuses voitures a une forme plus épaisse. De nombreuses clés d entrée d immeubles ressemblent plus à des porteclés (avec une technologie spécifique) ; d autres services vont utiliser des clés USB, des bracelets, des bagues Toutes ces cartes et objets sont sans contact mais tous ne sont pas NFC. Ces cartes sans contact comportent un processeur, de la mémoire mais pas de batterie. La communication vers les lecteurs de carte se passe par radiofréquence/rfid et non par lecture d une piste magnétique ou contact direct dans un lecteur. Tout comme les applications RFID vues précédemment, elles vont être utilisées pour permettre l identification, l authentification et/ou l autorisation et donc un paiement, un voyage en métro ou l utilisation d un vélo partagé. En revanche, ce n est plus l objet que l on identifie mais son porteur, le consommateur dans le cas des cartes de crédit, l usager des transports publics, le citoyen des services publics de la ville et de la région. Si l on reprend le schéma vu précédemment en le transposant dans le monde du transport, un voyageur passe sa carte de transport sur le valideur. L échange radiofréquence s effectue entre le valideur (lecteur) et la carte (étiquette). L information lue autorise et déclenche (ou pas) l ouverture du portillon (voir figure 1.4). Le principe de l échange lecteur/étiquette par radiofréquences se retrouve dans ces deux exemples bien différents (le tri d un colis dans un entrepôt ou l ouverture d un portillon de métro).