Qu'est-ce que la RFID ?

La Radio Fréquence Identification (RFID) est une technologie permettant l’acquisition, le partage et l’exploitation des données pour la traçabilité et l’identification.

> Introduction

> Enjeux de la traçabilité dans l’entreprise

> Comment ça marche ?

> Les fréquences d’utilisation

> Les étiquettes

> Les normes relatives à la RFID

Exemple d'applications

 

suivi par rfid

Nous entendons par traçabilité l'aptitude à retracer l'historique d’utilisation ou la localisation de l'objet ou de la personne au moyen d’identifications enregistrées. Héritières des codes à barres, les étiquettes ou tags RFID sont utilisées afin d'améliorer l'approvisionnement des magasins avec l'étiquetage des palettes et des cartons. Mais bien plus encore…

La technologie RFID représente une innovation majeure permettant la « gestion de l’objet » : Internet des objets (IoT). Le terme RFID signifie Radio Frequency Identification, c’est-à-dire, l'identification par radio fréquence. Là où les méthodes d’identification optiques nécessitent une qualité de détection, le tag RFID peut être lu sans contact purement visuel.

Les étiquettes ou tags RFID font déjà partie du quotidien d’un nombre croissant d’entreprises et de filières depuis près de 20 ans.

- élevage
- antivol textile
- transport public
- construction automobile
- La gestion des déchets
- Les loisirs
- etc…

On entame aujourd’hui la seconde phase de maturité de la technologie : Baisse des coûts et surtout généralisation massive (en boucle ouverte) de ces technologies dans les entreprises et dans le grand public.

L’identification par la RFID doit apporter bien plus qu’une amélioration des méthodes de marquage des objets en comparaison avec les codes marqués ou gravés (codes à barres, data matrix, QR Codes…). Elle ouvre une nouvelle approche de la gestion de l’information et de l’amélioration de la productivité. La technologie RFID entre donc dans le contexte global d’entreprise. L'entreprise dans sa globalité est concernée par la mise en place de cette nouvelle solution d'amélioration de la productivité : De l'opérateur à la direction industrielle, mais aussi de la gestion de production aux services IT (informatique et organisation) en y intégrant la maintenance.

Différentes fréquences sont utilisées pour différentes applications : Plus la fréquence sera élevée, plus la distance de lecture sera grande, et plus rapide sera la transmission.

La RFID permet 2 principes de fonctionnement.

- Mémorisation des données de fabrication, de suivi de production dans l'étiquette elle-même.
- Mémorisation des données de fabrication, de suivi de production dans une base de données, l'étiquette ou le tag n'ayant en mémoire qu'un identifiant (identifiant unique ou numéro de lot ou d’objet).

La RFID utilise principalement 3 types de circuits :

- Circuits ouverts : Le tag, une fois envoyée chez l'utilisateur final est perdu. C’est-à-dire qu'il sera détruit ou jeté.
- Circuits fermés : Le tag, une fois le cycle de fabrication ou d’utilisation du produit terminé sera réutilisé pour un prochain cycle.
- Circuits semi ouvert : Le tag est utilisé pour des cycles de vie longs. Il peut être envoyé avec le produit chez l'utilisateur ou le consommateur et ne revenir pour une nouvelle utilisation que plusieurs semaines ou plusieurs mois plus tard.

géolocalisation et traçabilité par rfid

Enjeux de la traçabilité dans l’entreprise

Les technologies et les outils de traçabilité, notamment les étiquettes RFID, sont au cœur d’enjeux forts, en particulier dans le contexte des échanges logistiques et des flux matériels.

De nombreux projets industriels d’intégration des étiquettes RFID dans les chaînes de traçabilité des objets se précisent, sous la pression combinée de plusieurs facteurs tels que, en particulier :

faire des économie avec la rfidEconomique : Les technologies RFID suscitent un intérêt fort dans le cadre de l’informatisation et la mise en réseau des entreprises, avec des conséquences économiques potentiellement considérables. Elles ont suscité en particulier le lancement d’une initiative de standardisation nommée EPC Global en UHF.

Au-delà des applications qui paraissent à la portée des grands acteurs de la distribution, se profile la vision industrielle. En effet, l’industriel a pour reflex d’utiliser des technologies déjà expérimentées et maitrisées

Lors de l'étude préalable au projet, les coûts d’investissements matériels mais aussi de consommable et encore d'intégration dans le système ERP sont à prendre en compte et ne sont pas négligeables.

solution industriel par rfidIndustriel : les marchés liés à l’intégration d’étiquettes RFID dans les processus de production ou des périphéries de l'outil de production dans l’entreprise est important. La maturation rapide est cruciale pour l’avenir, notamment sur le volet des normes et standards qui revêtent un enjeu important dans la pérennisation de l'outil.

respect juridique Juridique : L’impact des réglementations liées au déploiement de la RFID (notamment en termes de fréquences utilisées ou de puissance émise) est à prendre en compte dans le projet, mais aussi l'impact relatif à la traçabilité ou la surveillance de systèmes ou des personnes.

sécurité rfid Sécuritaires : Le concepteur doit prendre en compte la prévention des risques sanitaires dans le domaine de la santé publique lié aux ondes électromagnétiques mais aussi à l’environnement car aucune filière n’existe dans le retraitement des tags.

Comment ça marche ?

Pour qu'il y ait un échange d'informations il faut un identifiant et un lecteur. L'information recueillie est alors traitée via une passerelle logicielle.

 

L’Identifiant

L'identifiant est ce qui va permettre l'identification d'un objet, d'un animal ou d'une personne. Il est composé d'une puce et d'une antenne. La puce contient l'information et l'antenne permet la communication des données avec le lecteur. Lorsqu'une puce est associée à une antenne on appelle cela un Inlay. Celui-ci peut alors être "sec" (Dry Inlay) c'est à dire uniquement l'association de l'antenne et de la puce; ou bien "humide" (Wet Inlay), il comprend alors déjà un pré-adhésif.

Lorsque l'Inlay est packagé et prêt à être utilisé, l'identifiant est alors appelé tag, il s'agit du produit fini. De par sa forme et de son usage, le tag peut prendre différents noms : tag étiquette, tag porte-clés, tag carte, tag bracelet...

La puce du tag contient toujours un numéro d'identification unique (UID), mais elle peut également contenir d'autres informations.

Deux situations sont alors possibles, soit l'identifiant est passif soit il est actif.

illustration rfid passives- RFID Passive :

Dans le cadre d'une interaction entre un lecteur et un tag passif, l'identifiant n'émettra de lui-même aucune information car il ne possède pas d'alimentation. Ainsi pour communiquer ses informations, le tag passif va utiliser l'onde (magnétique ou électromagnétique) envoyée par le lecteur pour alimenter le circuit électronique et transmettre ses informations. Il faudra attendre que le lecteur "appelle" le tag pour que celui-ci lui communique son numéro d'identifiant et/ou les informations qu'il contient.

illustration rfid active - RFID Active :

Dans le cadre d'une interaction entre le lecteur et un identifiant actif, l'identifiant possède une source d'énergie. Il continue donc à réagir au lecteur mais est également indépendant pour envoyer ses informations ou en capter de nouvelles. Le gros avantage de la RFID Active est la grande distance de lecture observable. En effet grâce à sa batterie, les échanges d'informations peuvent se faire jusqu'à 100m de distance

 

Le Lecteur

illustration antenne rfidLe lecteur composé d'un module RFID et d'une antenne, intéragit avec les tags présents dans son champs d’action. Dès lors qu’ils sont mis en présence l’un de l’autre, la communication entre le tag et le lecteur peut être activée de 1mm jusqu’à 50 mètres en fonction de la fréquence RFID utilisée.

Enfin, une passerelle logicielle est nécessaire pour analyser et communiquer les données sur l'interface utilisateur.

Le schéma ci-dessous présente le principe du fonctionnement d’une étiquette RFID et de son lecteur. Il illustre les deux types d’échanges de puissance et d’information d’un système RFID entre l’interrogateur et l’étiquette.

Ces échanges sont réalisés par l’établissement d’un champ électromagnétique entre l’antenne de l’étiquette et celle du lecteur.

 

illustration fréquences RFID

Les Fréquences d’utilisation

Pour des raisons historiques, différentes bandes de fréquences ont été retenues dans des zones fréquentielles libres de licences d’utilisation :

-    La basse fréquence -    La haute fréquence 13,56MHz (HF),
-    La très haute fréquence=  433MHz (VHF),
-    L'ultra haute fréquence 850-960 MHz (UHF)
-    La micro-onde 2,45GHz  et 5,4 GHz (SHF).

Les deux premières fréquences (BF & HF) du fait qu’à ces fréquences les distances de fonctionnement sont très inférieures au sixième de la longueur d’onde sont comparables. C’est le champ proche du champ électro magnétique et donc sa composante magnétique qui est utilisé. Les antennes émettrices et réceptrices sont des bobines.

Pour les fréquences les plus hautes (VHF, UHF, SHF), c’est le champ lointain qui est utilisé, donc la composante électrique du champ électromagnétique. Les antennes sont de types filaires (ou fouet) : L'antenne est couramment appelée dipôle.
Le bande 433MHz (VHF) est très généralement utilisée pour la communication avec des tags actifs pour faire de l’échange de données ou de la géolocalisation.  

illustration rfid basse fréquenceLa  BF (Basse fréquence), compte tenu de la faible fréquence, on a besoin d'une bobine ayant de nombreuses spires de fils conducteurs, donc d’une technologie relativement chère. Pour certaines applications, un solénoïde à noyau de ferrite est employé pour améliorer entre autres les performances de propagation en présence de matériaux conducteurs (métaux).

Pour isoler un tag BF du métal, on peut utiliser de la ferrite, 3 à 4 dixièmes de mm suffisent. La portée d'utilisation d'un tag BF est de l'ordre de quelques centimètres.

L’essentiel des applications est la numérotation des palettes, objets, personnes…

Bien que très ancienne, cette technologie est très simple d'utilisation et s'apparente à un capteur.  

illustration rfid haute fréquenceLa HF (haute fréquence) permet de n'avoir que quelques spires  (de l’ordre de cent fois moins de tours que la BF).

La HF travaille sur de très faibles distances (inférieures à 20 Cm). La priorité est donnée à la vitesse d’échanges.

Par contre, si la taille mémoire du tag ou de l'étiquette dépasse 2 Kbits, la communication passe par le canal implicite et la vitesse de communication chute très rapidement.

Pour isoler un tag HF du métal, on peut utiliser de la ferrite. 3 à 4 dixièmes de mm suffisent.

Les plus hautes fréquences (VHF, UHF, SHF) utilisent des antennes filaires de type «fouet». Rappelons que la longueur d’onde est d’environ 33 cm en UHF pour une distance de détection optimale. On utilise aussi des antennes « patch », à fente ou en ligne brisée afin de compenser les pertes dues à un environnement difficile.

illustration ultra haute fréquenceL’UHF est optimisée pour la longue distance et sa rapidité de lecture. L'UHF permet la lecture en vrac (multi tags).

Notons que la ferrite ne sert pas pour isoler du métal. Seul des isolants non métalliques sont efficaces. Par contre, certains tags sont modifiés pour ne fonctionner que posés sur du métal. Ils utilisent alors cet environnement comme antenne.

La portée en UHF est aussi dépendante du type d’antenne utilisée :

-    Une antenne linéaire est plus directive et donc « voit » plus loin.
-    Une antenne circulaire « voit » moins loin mais est optimisée pour une lecture dans un volume. Elle n’a pas de zones mortes et est idéale pour les tunnels de lectures. De plus, l’orientation du tag dans l’espace n’influe quasiment pas.

chaîne de tag rfid

Les étiquettes

Les performances d’un système RFID dépendent essentiellement de la qualité du couplage entre l’antenne de l’interrogateur et celle de l’étiquette ou tag.

Notons qu’en UHF et SHF, les fabricants ou concepteurs proposent différents types d’étiquettes afin de compenser des contraintes environnementales telles que les objets métalliques, liquides, objets disposés en vrac ou hautes températures.

 

Etiquettes passives/actives ou semi actives

Une étiquette ou tag est dit passif s’il ne possède pas de source d’énergie embarquée. Il est alimenté par le champ électromagnétique émis par l'antenne (On appelle cela la télé alimentation).

Les étiquettes ou tags actifs embarquent une source d’énergie (batterie).  Cette énergie sert à l'alimentation du circuit de fonctionnement du tag. Ces tags sont utilisés pour avoir pouvoir utiliser une fonctionnalité supplémentaire (par exemple une prise de température cyclique).

Les tags semi actifs sont très récents sur le marché. Contrairement aux tags actifs, ils n'utilisent la batterie que si ceux-ci sont activés par l'antenne.

On peut noter que certains différencient étiquettes et tags. Les premières étant souples et les secondes rigides. Il est d'usage de dire que l’étiquette est plutôt jetable alors que le tag est utilisé en circuit fermé.

Si nous comparons les étiquettes passives et actives, en général :

L’étiquette passive
-    Est bon marché
-    Est sans entretien
-    A une bande de fréquence adaptée à la problématique de l'application

L’étiquette active
-    A une portée très importante (plusieurs dizaines de mètres)
-    Peut intégrer des fonctions supplémentaires
-    Nécessite un entretien des batteries

Il est possible de faire fabriquer des tags spécifiques sur cahier des charges :

-    Résinés : Facile à faire sur de petites quantités (1000)
-    Injectés : Mini 10 000 pièces pour une fabrication
-    Etiquettes papier économiques sur de grandes quantités

Mais, l’offre est tellement pléthorique que cette possibilité (hors cas spécial) est rarement envisagée pour des applications industrielles.

norme ido des tag rfid

Les normes relatives à la RFID

Les normes relatives aux protocoles de communication (interface air) ont pour désignation:

-    ISO 18000-1 : Spécifie le vocabulaire-
-    ISO 18000-2 : Spécifie les fréquences de communications inférieures à 135 KHz. Cette fréquence n’étant pas standardisée car très ancienne, on rencontre des standards comme Q5B, HightagS… dans l'industrie.
-    ISO 18000-3 : pour la fréquence de fonctionnement à 13,56 MHz

En HF (13,56 MHz), on rencontre 2 types de communication AIR

-    ISO 14443 : Etiquette MIFAIR. Cette norme est dédiée sécurité, cryptage et faible portée (quasiment au contact). On rencontre cette norme en général pour des applications grands public (Cartes étudiants, contrôle d’accès, forfaits de ski, paiement…)
-    ISO15693 : On rencontre cette norme en général dans le milieu industriel.
-    ISO 18000-4 : sert pour une fréquence de 2,45 GHz
-    ISO 18000-6 : sert pour des fréquences comprises entre 860 et 930 MHz

myrfidsolution_epcL' EPCglobal est le réseau de traçabilité du Commerce, de l’Industrie et de la Prestation Logistique. Il permet de suivre la progression et le statut des marchandises depuis leur production, jusqu’à leur espace de vente.

Au sein de GS1, EPCglobal a la tâche de développer des standards concernant l'utilisation de la technologie RFID (Identification par Radio Fréquence) dans la supply chain. Le développement des standards s'effectue en collaboration avec les entreprises, les fournisseurs de solutions et d'autres organisations ayant un intérêt dans l'élaboration de standards globaux pour le réseau EPCglobal.

Le but d'EPCglobal est d'améliorer la visibilité et l'efficacité tout au long de la supply chain et d'optimaliser les flux d'informations entre les entreprises et leurs partenaires commerciaux. Le suivi des assets (bacs, palettes, conteneurs,...) au sein de la supply chain, la traçabilité des produits (périssables), l'antivol, la lecture en masse à la réception des marchandises sont des applications EPC typiques.