KNX, pour un éclairage intelligent, mais pas que

Qu’est-ce que le KNX ?

Le mot KNX trouve son origine dans « Konnex », « connectivity » ou « connexion ». Car oui, il s’agit bien de connecter des fabricants entre eux, mais également des modules électroniques. À la différence d’autres automates programmables avec une intelligence centralisée, KNX est un bus de terrain. C’est-à-dire qu’il ne met pas en place un rapport entre un cerveau « master », ou « maître », et des éléments « esclaves ».

Au contraire, l’ensemble des dispositifs, qu’ils soient d’entrée (vannes, variateurs, voyants, etc.) ou de sortie (capteurs, interrupteurs, etc.) partage une intelligence dite répartie. Chaque « participant » au langage KNX possède alors son propre microprocesseur et une adresse unique lui permettant d’être autonome. Il est à la fois émetteur et receveur, ce qui permet une grande variété de topologies. En effet, mis à part les montages en boucles, les bus, les étoiles, les arborescences ou d’autres schémas mixtes sont possibles.

Caractéristiques d’un réseau KNX

Automate aux multiples ressorts

Petit à petit, le standard KNX s’est imposé comme norme mondiale pour l’automatisation des maisons et des bâtiments (ISO/IEC 14543 et ISO 9001). Son débit de 9 600 bits/secondes dépasse celui du système DALI (1 200 bits/secondes).

Si l’on évoque, ici, un protocole lié à l’éclairage, cela ne veut pas dire que KNX s’y cantonne. Effectivement, cet outil utile aux GTC (Gestion technique centralisée) et GTB (Gestion technique du bâtiment) dépasse les frontières de la gestion de la lumière. Avec sa multitude de produits compatibles, KNX s’articule autour de trois grands pôles :

• le confort,
• le contrôle de l’énergie,
• la sécurité.

Du dedans au dehors, cet automate accompagne l’usager dans son quotidien. C’est comme dans la Villa Arpel de Jacques Tati, on peut contrôler du bout des doigts alarmes, arrosage, audiovisuel, énergie, chauffage, climatisation, sondes, thermostats, etc.

Principe de câblage KNX

Un câble mutualisé pour des canaux différenciés

Mais comment se matérialise le KNX ? Bien que sophistiqué, ce système se base sur un support physique qui n’est autre qu’un câble deux paires 0,81 mm (8/10°) disponible en bobine de 100 m, par exemple. Protégé par une gaine armée (souvent de couleur verte), il est constitué de quatre conducteurs :

• 2 fils principaux rouge et noir,
• 2 fils supplémentaires jaunes pour remplacement
• un écran de protection contre les interférences,
• un drain de masse pour la terre.

Ce circuit est en très basse tension : 29 V à vide et de 24 V à 21 V avec des participants. Il est donc important de respecter les préconisations consistant à l’éloigner des câbles de puissance pour éviter le parasitage et la déformation du signal.

Cette transmission par bus (TP pour Twisted Pair) connaît deux types hérités des organismes créateurs du KNX :

• TP0 (BatiBus) avec un débit de 4 800 bits/s et un codage NRZ (topologie libre),
• TP1 (EIB) avec un débit de 9 600 bits/s et codage BBS (Balanced Baseband Signal).

On compte également d’autres moyens de communication moins répandus, comme :

• la radio (868-868,6 MHz en modulation FSK avec encodage des bits Manchester et débit de 16 384 kbits/s),
• le courant porteur (PL110 d’EIB en 1 200 bits/s et PL132 d’EHS en 2 400 bits/s.)
• L’Ethernet, notamment pour la transmission en backbone.

Au moment de l’installation, il s’agit donc de tirer ce câble et de le positionner en attente au niveau des interrupteurs et du tableau électrique où l’on retrouvera les actionnaires pour piloter les accessoires. Les modules, que l’on connectera à ce réseau, consomment environ 10 mA et sont identifiables par leurs deux connecteurs (rouge pour + et gris pour –). Ceux qui contrôlent (interrupteurs type commutation on/off) sont connectés au tableau, mais pas forcément entre eux.

Différences entre KNX, DALI, DMX et LonWorks

Un système câblé, mais décentralisé

Comme nous l’avons vu précédemment, la gestion de l’éclairage n’est pas l’unique composante de l’univers KNX. Cependant, elle occupe un rôle non négligeable et peut s’articuler de différentes manières. En effet, à l’aide de passerelles, KNX sait communiquer avec des protocoles de pilotage dédiés à la lumière, comme le système DALI. On retrouve donc des caractéristiques similaires.

Tout d’abord, le système câblé, qui se rapproche de DALI et DMX, possède une distance maximale de 350 m entre l’alimentation et le participant le plus éloigné. Ce qui place KNX dans une bonne position en matière de performances, même par rapport au système Bluetooth. À titre informatif, 120 m avec environ 30 participants sont suffisants pour une maison de taille moyenne. Du point de vue de l’architecture du réseau, on possède un système décentralisé comme chez LonWorks, et une supervision pouvant être liée au réseau informatique, comme pour le retour d’information avec le Li-Fi.

Fonctionnalités de la technologie KNX, une capacité à s’étendre

Au-delà de la flexibilité de KNX, liée à son montage, on constate une grande potentialité au niveau de l’adressage. Si chez KNX on trouve – comme chez DALI – un panel de base de 64 participants pour du 640 mA, celui-ci peut s’étendre. En effet, avec des répéteurs de ligne, on peut atteindre 256 participants. Et avec des coupleurs de zones, puis de lignes, c’est un total de 57 600 participants qui se présente à nous, sur une distance cumulée de 1 km. Attention cependant de respecter une distance minimale de 200 m entre deux alimentations, et maximale de 700 m entre deux participants. Les échelles d’application semblent donc multiples.

Avantages et inconvénients de la technologie KNX

Un protocole capable, mais à quel prix ? KNX présente donc de nombreux avantages. D’abord, son interopérabilité internationale entre différents types de produits par des fabricants multiples permet une gestion complète du smart building. À cela s’ajoute la facilité de montage d’un câble complexe permettant de nombreuses topologies qu’il est possible de modifier après installation à l’aide de passerelles et de modules indépendants. Je peux, par exemple, toujours avoir le contrôle sur un luminaire via un interrupteur, même si son capteur tombe en panne. On doit également mentionner la simplification de l’interface avec l’utilisateur. Proche du Casambi dans son ergonomie, KNX paraît facile d’accès dans son utilisation et dans sa programmation, avec possibilité de la préparer en amont avant de l’injecter sur place.

Le contrecoup de ce système très « capable » réside dans le prix de l’abonnement au logiciel, mais également des modules compatibles KNX. Ces derniers, dotés d’une intelligence plus élevée que la moyenne, nécessitent également une programmation en amont qui peut s’avérer complexe. Ainsi, bien que l’évolution d’un montage KNX soit possible, une dépendance s’installe entre le client et le fournisseur de la technologie.

Comment fonctionne KNX ?

Un logiciel unique pour des configurations multiples

Certains tutoriels sont néanmoins disponibles en ligne et gratuitement pour celles et ceux qui voudraient s’initier à la programmation KNX. Pour ce faire, un logiciel unique qui se nomme ETS. Il permet à la fois de télécharger les produits des marques partenaires, de créer des scenarii d’usage, d’adresser les modules, d’écrire ou de lire des programmes et de superviser des défauts de communication. Cela se fait sur ordinateur, via une interface IP Ethernet ou USB.

La norme KNX comprend ensuite trois types de configuration. Les voici, de la plus complexe à la plus simplifiée :

• S-Mode, avec logiciel préconisé par KNX car offrant le plus de possibilités,
• E-Mode, qui simplifie le mode expert, mais reste compatible,
• A-Mode, sans logiciel, avec des éléments préconfigurés, mais voué à disparaître.

Applications du KNX en éclairage, pour des intérieurs évolutifs

Si l’on trouve beaucoup d’applications du KNX en domotique à l’échelle domestique, les projets privés ou publics de plus grande envergure ne sont pas en reste. En effet, chaque projet souhaitant injecter une gestion globale et ergonomique à des espaces peut être tenté par le système KNX. S’appliquant essentiellement en intérieur pour du programme pérenne, il propose des possibilités pouvant intégrer des temps particuliers.

Ainsi, c’est autant l’optimisation quotidienne de la gestion des ressources que l’anticipation d’événements ponctuels qui séduit le résidentiel ou le tertiaire. La supervision en contrôle fort permet cette latitude grâce à des technologies équipées d’applications, aussi simples que ludiques.

Projets de références KNX, du salon à l’auditorium

Pour terminer ce tour d’horizon du système KNX, quelques illustrations concrètes permettent de révéler les capacités de ce protocole au niveau de la gestion de l’éclairage. Ainsi, cet article est illustré de la boutique Guerlain à Paris qui, grâce au KNX, s’autorise une flexibilité et une évolution de ses espaces en pouvant créer des scenarii d’allumage variés. Un potentiel pour l’expérience client que l’Hôtel de Paris a également choisi à Monaco. Tout en maîtrisant les consommations d’énergie, ce palace offre à sa clientèle le luxe de modifier personnellement la lumière artificielle et naturelle de sa chambre.

Cette gestion des apports du soleil est aussi contrôlée en KNX à l’Institut du monde arabe à Paris grâce au moucharabieh articulé spécialement conçu pour le projet.

Enfin, on peut citer l’École normale supérieure de Paris-Saclay, qui se sert du KNX comme d’un véritable pivot dans la conception bioclimatique du bâtiment.

 

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Photo en tête de l’article : Démonstrateur du contrôle de la lumière naturelle et de l’éclairage électrique dans une maison, stand Lutron, ISE 2025, Barcelone © Vincent Laganier, LZL Services