Brevet FR2791726A1 — publié le 20001006

SERRURE LECTRONIQUE SANS CONTACT La présente invention concerne une serrure électronique sans contact particulièrement adaptée au contrôle d'accès de lieux à protéger, comme par exemple des bâtiments, mais aussi par exemple des véhicules. Par souci de simplicité, nous nous limi- terons au cas de bâtiments. Une telle serrure comporte une antenne capable d'émettre un champ magnétique et de détecter en retour un signal généré par une clé sans contact, en général une carte de même format qu'une carte de crédit et contenant une boucle conductrice connectée à une puce programmée et identifiable. La clé sans contact peut aussi se présenter sous la forme d'un porte-clés, d'une clé, d'une montre... Aujourd'hui, l'accès à de nombreux immeubles se fait par l'intermédiaire de clés classiques dont chaque locataire possède une copie ainsi que les intervenants extérieurs comme les facteurs, les techniciens des compagnies d'électricité ou de maintenance d'installations diverses. Ce système présente un niveau de sécurité très limité car la multiplicité des passes existants et la relative facilité pour forcer ces serrures font que des intrus réussissent à s'introduire dans les bâtiments. Pour améliorer la sécurité, des systèmes utilisent des serrures sans contact comportant une antenne émettrice-réceptrice encastrée dans le mur à l'entrée d'un immeuble et reliée à un centre informatique dissimulé en sécurité à l'intérieur du bâti- ment et qui possède les données permettant l'autorisation d'accès des intervenants divers qui possèdent tous une clé électronique sans contact. La gestion des accès est centralisée et organisée quotidiennement par différents serveurs qui distribuent les don- nées aux différents immeubles par divers moyens de communication en toute sécurité. Chaque clé sans contact est identifiée et autorisée ou non à ouvrir la porte de l'immeuble. Une première technologie sans contact est basée sur la fréquence de 125 kHz. Mais pour des raisons historiques et aussi par sa relative lenteur à échanger des informations complexes, elle a été utilisée uniquement dans des systèmes simples n'ayant pas une grande exigence en terme de sécurité. Pour augmenter la complexité des échanges d'information sans contact avec une plus grande rapidité, une autre technologie a été développée, basée sur la fréquence de 13,56 MHz. Elle est aujourd'hui admise comme la norme dans tous les systèmes sans contact et par la suite, nous entendrons par le terme "sans contact" cette technologie. Il existe aujourd'hui une application de cette techno- logie à des serrures électroniques, que l'on utilise essentielle- ment dans les nouveaux immeubles car elle nécessite des travaux d'installation pénibles; ces serrures électroniques, de par leur taille imposante, sont difficiles à intégrer dans les anciens bâtiments. Les figures 1 et 2 représentent schématiquement ce type de serrures électroniques. Elles comprennent un boîtier 1 fermé par une plaque avant 2 au moyen de vis inviolables 3. La plaque avant 2 est en général en acier, d'épaisseur suffisante pour résister au vandalisme. Ce matériau constituant un écran magnétique, il est prévu une fenêtre 4, en général plate et rectangulaire de taille environ 7X8 cm et en polycarbonate, permettant le passage d'un champ magnétique produit par une antenne 5 reliée à un émetteur-récepteur 6. Une protection ferro- magnétique 7 isole l'émetteur-récepteur 6 du champ produit par l'antenne. Les inconvénients de ces serrures de l'art antérieur sont d'une part leur taille et d'autre part leur vulnérabilité au vandalisme par la fragilité des fenêtres de polycarbonate. Or actuellement, les serrures de commande de gâche électrique à clé classique, représentées à la figure 3, occupent un volume bien précis et limité. Elles se composent d'une partie 8 extérieure à la paroi par laquelle on insère la clé, de diamètre 2,9 cm montée contre une paroi 9 d'un immeuble à l'aide d'un écrou 10. L'écrou 10 correspond à une ou plusieurs portions cylindriques et filetées de diamètre 2,5 cm du corps 11 de la serrure. Ce corps se termine par un arbre à came 12, mobile autour d'un axe 13. De plus, un contact électrique se trouve monté dans une pièce 14, fixée sur le corps 11 de la serrure par un bras métallique 15. Le fait de tourner une clé dans la serrure entraîne une rotation de la came 12 qui opère ainsi une connexion électrique entre deux contacts du connecteur 14, ce qui déclenche l'ouverture de la porte. Un objet de la présente invention est de prévoir une nouvelle serrure électronique à fonctionnement avec cartes sans contact, compatible avec les systèmes normalisés actuels présen- tant le plus haut degré de sécurité et d'une taille et d'un volume lui permettant d'être insérée dans les trous de montage préexistants des serrures classiques (figure 3). De plus, le vandalisme représente une grande contrainte qui s'ajoute aux contraintes précédentes d'ordre techniques. En effet, des intrus peuvent essayer de pénétrer dans les bâtiments et maltraiter les antennes qui, par force, sont vulnérables de par leur disposition à l'extérieur du bâtiment. Un autre objet de l'invention est donc d'améliorer la résistance au vandalisme par rapport aux solutions précédentes. Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit une serrure électronique sans contact comprenant une boucle d'antenne adossée à une ferrite, caractérisée en ce que la ferrite comporte au moins une protubérance ou bossage faisant saillie vers l'extérieur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'antenne est protégée par un couvercle, et la surface extérieure du couvercle n'occupe pas une surface supérieure à un cercle de diamètre 45 mm. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'antenne est protégée par un couvercle, et la surface extérieure du couvercle est bombée, son point le plus éloigné de la paroi se trouvant à au moins 1 cm de celle-ci. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le couvercle a une forme arrondie et convexe. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'angle entre la tangente au couvercle et la normale au plan de la paroi au point de contact latéral du couvercle avec la paroi est supérieur à 19 degrés. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la serrure comporte deux parties, une partie antenne comprenant au moins une boucle d'antenne, de la ferrite, un couvercle et un corps et une partie radio comprenant un émetteur-récepteur, ces deux parties étant reliées mécaniquement par une vis et électri- quement par un câble. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le corps présente une partie filetée pour coopérer avec un écrou disposé de l'autre côté d'une paroi. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la partie radio est disposée dans le corps. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la serrure contient un moyen métallique entre la ou les boucles d'antennes et la couche externe de la serrure pour mieux résister au vandalisme. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la serrure comprend un voyant en son centre indiquant si l'accès est autorisé ou refuse. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la radio est commandée par intermittence. Les objets, caractéristiques et avantages de la présente invention sont exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non- limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1 représente une vue de dessus d'une serrure sans contact classique de l'art antérieur; la figure 2 représente une vue en perspective d'une serrure sans contact classique de l'art antérieur; la figure 3 représente une vue de côté d'une serrure classique; la figure 4 représente une vue de côté d'une forme possible d'une serrure sans contact de la présente invention; la figure 5 représente une vue en coupe d'une serrure selon l'invention montée dans une paroi; la figure 6 représente une vue en perspective des éléments principaux de la partie "antenne" d'une serrure selon l'invention; la figure 7 représente une vue en coupe des éléments principaux de la partie "antenne" d'une serrure selon l'invention; la figure 8 représente une projection plan d'une coupole de protection selon l'invention; la figure 9 représente une projection plan d'un couver- cle d'antenne selon l'invention; la figure 10 représente une vue en coupe du couvercle d'antenne selon l'invention; et la figure 11 représente des vues en coupe d'autres solutions pour la partie ferrite selon l'invention. Une première solution serait de proposer une serrure électronique telle que décrite à la figure 4. Une plaque 21, cylindrique ou de forme hexagonale, en matière plastique, résis- tante à la flamme, par exemple en thermodur, recouvre une antenne 22 d'un diamètre d'environ 5 cm alimentée par un émetteur- récepteur 23, tel que l'émetteur-récepteur 6 de la figure 1. Cette antenne 22 repose sur une ferrite 24 en forme de disque, permettant de reboucler les lignes de champ, qui sinon seraient absorbées dans la paroi métallique 25. L'ensemble est fixé sur un corps 26 fileté pour être serré par un écrou 27 contre la paroi , dans une position opérationnelle telle que représentée à la figure 4. L'émetteur-récepteur 23 est disposé dans l'espace se trouvant juste derrière la paroi. Le principe de fonctionnement est similaire aux antennes électroniques décrites précédemment aux figures 1 et 2. Malgré la réduction de leur taille, elles ont toujours l'inconvénient de posséder un diamètre de couvercle d'au moins 6 cm, plus important que celui des serrures habituelles classiques et de réutiliser un émetteur-récepteur 23 de taille trop grande, ce qui ne les rend pas obligatoirement compatibles avec les emplacements réservés pour les systèmes classiques (figure 3). De plus, la forme plate du couvercle 21 le rend vulnérable aux actes de vandalisme avec des outils tranchants, et peu ergonomique puisqu'elle oblige l'utilisateur à quasiment plaquer sa carte contre le mur puisque la portée d'une telle serrure est de l'ordre de 2 cm, mesurée à partir de l'antenne 22, ce qui impose un geste particulier et une façon contraignante de prendre la carte en main. Ainsi, l'invention, dans l'un de ses modes de réalisa- tion, propose la structure représentée à la figure 5. On prévoit une serrure modulable composée de deux parties, une partie "antenne" 30 et une partie "radio" 50. La partie "antenne" 30 selon l'invention, représentée en vue en perspective explosée et en vue en coupe explosée en figures 6 et 7, comprend un circuit imprimé contenant une ou plusieurs boucles servant d'antenne 31 de diamètre inférieur à 3 cm, et une ferrite 32. La ferrite 32 a la forme d'un disque 33 d'épaisseur environ 2 mm et de diamètre environ 3 cm, comprenant en son centre deux protubérances 34 en forme de demi-cercle de même rayon de hauteur 2 mm et d'épaisseur environ 2 mm centrées sur le centre du disque. Ces deux protubérances 34 entourent une ouverture circulaire au centre de la ferrite, permettant l'intégration d'une diode électroluminescente (LED) 35. De plus, elles correspondent à deux ouvertures 36 dans le circuit imprimé 31 permettant l'emboîtement de la ferrite 32 dans le circuit imprimé 31, à l'intérieur de la boucle d'antenne. L'ensemble ferrite/circuit imprimé est recouvert d'une coupole 37, représentée à la figure 8, composée d'un fil métalli- que résistant, par exemple en acier trempé, sous forme de spirale ouverte. L'ensemble est recouvert d'un couvercle 38, moulé en un seul morceau et ne présentant aucune jonction pour éviter les actes de vandalisme au tournevis et dans une matière très résis- tante aux chocs, aux coupures et au feu, comme par exemple un thermodur (ce doit être un matériau résistant au vandalisme mais laissant passer les champs magnétiques, ce qui empêche d'utiliser du métal). Il possède en son centre une petite vitre ou préféren- tiellement une bille de verre 39 de diamètre environ 3 rmm jouant le rôle de lentille, placée face à la LED 35 et servant de voyant. La bille de verre peut avantageusement avoir sa surface extérieure dépolie. L'intérêt d'utiliser ladite bille plutôt qu'une vitre est triple: la bille permet de mieux transmettre la lumière de la LED 35 sous tous les angles, en donnant l'effet d'être elle-même la source de lumière, et est moins chère qu'une vitre. Elle est collée dans l'ouverture du couvercle 38 de sorte qu'elle ne dépasse que de 0.5 mm au maximum pour ne pas présenter de prise. Un tel voyant présente de nombreuses applications possibles dans les domaines informatiques, automobiles, aériens, salles de contrôles, domotiques... Comme le montrent les figures 9 et 10, la projection plane du couvercle 38 est un disque de moins de 45 mm diamètre. Il se décompose en quatre parties. La partie latérale 60 est un tronc de cône d'environ 2 mm de haut, faisant un angle par rapport à la normale au plan de la paroi de 19 . Elle est ensuite prolongée par une portion de tore 61, de rayon 12 mm. La troisième partie 62 est un raccord entre cette première portion de tore et la quatrième partie 63, qui est une portion de sphère, de rayon 10 cm. Le raccord permet d'éviter un angle vif et de donner au couvercle une forme arrondie. Finalement, le couvercle se caractérise par sa forme globalement arrondie, par son angle avec le plan de la paroi et par son point le plus éloigné de la paroi, en son centre, qui se trouve environ à 1 cm de celle-ci. Le couvercle 38 est collé sur le corps fileté 40 de diamètre 25 nmmn s'adaptant au trou de montage de la serrure, de manière à avoir une coplanéité parfaite entre le couvercle 38 et le corps 40 au niveau de leur contact avec la paroi 41 (figure ). Cette antenne se fixe dans la paroi à l'aide d'un écrou 42 qui se monte sur la partie filetée du corps 40, à l'intérieur de la paroi 41 pour serrer fortement la partie visible de l'antenne contre la face extérieure de la paroi. La deuxième partie de l'invention est la partie "radio" qui se compose de l'électronique radio, plus précisément de l'émetteur-récepteur 51, placé dans un boîtier 52 standard du commerce, dans un volume de moins de 60X40 mm de côtés et de 20 mm d'épaisseur. Le capot de ce boîtier 52 est fixé à l'arrière du corps de l'antenne par une vis 53. L'émetteur- récepteur est relié électriquement à l'antenne par un câble électrique 54 solidaire de l'antenne 31 qui traverse le corps 40 par une ouverture puis se branche par un connecteur sur le boîtier 52. Un avantage de cette serrure électronique résulte de son volume total compatible avec les anciennes serrures représen- tées à la figure 3. En effet, on remarque d'abord que la partie externe de la serrure, c'est-à-dire le couvercle 38, a un diamètre de moins de 45 mm, ce qui est proche de la taille des serrures classiques d'accès aux immeubles. Un autre avantage de l'invention vient de la forme extérieure de la serrure, qui trouve un compromis optimal entre la résistance au vandalisme, la portée et l'ergonomie de la serrure électronique. On notera les avantages suivants. 1. L'angle de 19 degrés du couvercle par rapport à la normale au plan de la paroi ainsi que la hauteur de 2 mm de cette portion latérale servent à empêcher les attaques avec une pince qui consisteraient à attraper le couvercle pour le tirer fortement ou le tourner, tout en assurant une taille minimale du diamètre extérieur de la serrure électronique (45 mm). 2. La coplanéité parfaite entre le couvercle 38 et le corps 40 au niveau de leur contact avec la paroi 41, obtenue grâce à leur collage en apposant les deux parties sur un même plan et en appliquant une presse, donne la résistance optimale de la serrure électronique contre les attaques au tournevis ou tout autre objet fin, qui consistent à insérer ledit objet entre la paroi et la serrure pour l'arracher en faisant levier. 3. L'épaisseur de plastique n'est pas constante comme dans le cas de serrures plates mais variable de façon à présenter une épaisseur plus importante en moyenne pour pouvoir mieux résis- ter au vandalisme, comme les agressions avec des objets coupants, qui tendraient à endommager la partie la plus fragile, l'antenne 31. Dans la meilleure configuration choisie selon l'invention, le couvercle 38 a une forme arrondie comme le montrent les figures 5, 6, 7 et 10 caractérisée en ce que le point central est distant d'au moins 1 cm de la paroi 41. 4. Le point précédent permet de plus à la serrure d'être plus ergonomique puisque la surface de la serrure, en étant plus éloignée de la paroi de l'immeuble, rend l'approche de la carte sans contact plus facile: la paroi plus éloignée devient moins gênante durant le placement de la main vers l'antenne. 5. Le matériau utilisé, laissant passer les champs magnétiques, est un plastique résistant à la flamme, qui résiste d'autant mieux que le couvercle 38 est arrondi et ne présente pas d'angle vif. De plus, sa dureté lui permet de résister aux actes de vandalisme à la pince, au tournevis ou au couteau. Cette solution contre le vandalisme peut apparaître a priori évidente si elle est détachée du contexte de l'invention et de l'interférence entre les différentes contraintes de la technologie utilisée par l'invention. En fait, réduire la taille de l'antenne et augmenter l'épaisseur du couvercle sont deux élé- ments qui diminuent la portée et les performances de l'antenne dans cette technologie à 13,56 MHz pour cette application. Cette réalité physique, expliquée ci-dessous et connue par l'homme du métier représente un grand problème puisque la portée de la serrure électronique de la figure 4 par exemple n'est que de 2 cm, malgré l'optimisation de la puissance et de la taille de l'antenne. Cela montre que l'orientation choisie dans la présente invention semble aller à l'opposé de ce qui paraît possible à l'homme du métier. D'abord, la portée se définit par la mesure entre la surface extérieure du couvercle 38 et la position de fonctionne- ment de la carte sans contact la plus éloignée possible. Etant donné que l'émission provient de l'antenne 31, ajouter une épais- seur de plastique au couvercle revient à éloigner la carte sans contact de l'antenne et revient, pour l'homme du métier, à dimi- nuer d'autant la portée de sa serrure électronique. De plus, l'homme du métier sait que la puissance maxi- male d'émission admissible est limitée par la valeur relativement faible que peut supporter la carte sans contact avant sa destruc- tion. Il n'y a donc pas de possibilité d'augmenter la puissance de l'antenne pour augmenter la portée. Le deuxième paramètre qu'utilise l'homme du métier est la taille de l'antenne 31. Il est connu que le couplage magnétique entre l'antenne 31 et la boucle comprise dans la carte sans contact est optimal lorsque les deux ont environ la même taille. La taille standard des boucles des cartes sans contact est d'environ 72X42 mm. Ainsi, pour obtenir les performances optimales de ce genre de serrures électroniques, la solution de l'homme du métier est d'optimiser la taille des antennes, c'est-à-dire de se rapprocher au plus de la taille de la boucle contenue dans la carte sans contact. C'est pourquoi la solution choisie n'apparaîtra pas évidente à l'homme du métier qui comprendra que modifier la forme extérieure du couvercle 38 pour obtenir des améliorations de la serrure électronique pour ce qui concerne sa facilité d'installation, sa résistance au vandalisme et son ergonomie tout il en conservant ses performances magnétiques représente une inven- tion loin d'être évidente. La solution précédente a pu être obtenue grâce à l'optimisation de la forme de la ferrite qui concentre les lignes de champ et permet d'améliorer grandement les performances de l'antenne et, simultanément, de la serrure électronique pour tous les points cités ci-dessus. D'autres solutions sont possibles lors du choix de la ferrite comme les formes 32a à 32f représen- tées à la figure 11. Toutes les formes comportant des protubéran- ces ou des bossages, des formes non plates mais s'éloignant de la paroi vers le centre de l'antenne vont plus ou moins avantageuse- ment dans le sens de l'invention. En résumé, un des principes de l'invention est de ne pas utiliser une ferrite plate, ce qui est la solution qui apparaît évidente à l'homme du métier. Une protection supplémentaire selon l'invention a été intégrée entre le couvercle et la partie antenne/ferrite. Il s'agit d'une spirale 37 en fil d'acier trempé ou tout autre métal très résistant, qui épouse la forme arrondie intérieure du couvercle 38 et représente une résistance supplémentaire notam- ment contre les attaques à la scie à métaux. Tout autre assem- blage de métal d'une forme telle qu'elle ne laisserait naître que très peu de courants de Foucault car ceux-ci stoppent le rayonne- ment magnétique, comme par exemple de simples boucles ouvertes de fils métalliques ou des morceaux de pièces métalliques distribués sur la surface interne du couvercle représenteraient une solution équivalente. On notera que le volume total de cette serrure est semblable à celui occupé par les serrures classiques (figure 3), ce qui représente un avantage. Nous avons vu plus haut les aspects de l'invention expliquant les avantages de la partie contenant l'antenne. Celle-ci est alimentée par un émetteur- récepteur 51 qui impose une partie d'électronique à monter lors de l'installation de la serrure électronique. Selon l'invention, le positionnement de la "radio" 50 par rapport à "l'antenne" 30 présente une grande souplesse puisque la "radio" 50 possède une liberté de rotation par rapport à l'axe du corps 40, ce qui permet à la serrure selon l'invention une plus grande adaptabilité lors de son installation dans des espaces restreints. Dans le pire des cas, il est aussi possible de ne pas visser les deux parties mais de les laisser uniquement reliées électriquement par les câbles, ce qui peut offrir encore plus de souplesse de positionnement. Un avantage de l'invention est d'avoir pu réduire la taille de la carte électronique de la "radio" 50 par rapport à l'art antérieur de la figure 1, ce qui permet une adaptabilité plus grande pour l'installation d'une serrure selon l'invention dans des emplacements réduits. Cela a été possible grâce à la valeur de la puissance consommée par l'émetteurrécepteur, 3 watts, et aussi par le fait qu'on ne lui envoie cette puissance que durant 25% du temps car la puissance est commandée par inter- mittence et partagée entre 4 antennes. Cela permet d'éviter les problèmes d'échauffement et d'utiliser ainsi des composants relativement simples sans système de refroidissement. Le principe de commander plusieurs antennes par intermittence est une autre des caractéristiques de l'invention. Enfin, cette composition modulaire permet en outre de pouvoir utiliser les deux parties indépendamment l'une de l'autre, "l'antenne" 30 selon l'invention étant compatible avec d'autres modèles de "radio" 50 et réciproquement la "radio" 50 selon l'invention pouvant s'adapter à d'autres modèles "d'antennes" 30. Une autre configuration possible de l'invention est de sacrifier l'aspect modulable de la première réalisation et sa facilité d'entretien pour obtenir une serrure en un seul morceau, encore plus facile à installer car moins encombrante en disposant l'émetteur-récepteur dans le corps fileté 40. REVENDICATIONS 1. Serrure électronique sans contact comprenant une boucle d'antenne (31) adossée à une ferrite (32), caractérisée en ce que la ferrite comporte au moins une protubérance ou bossage faisant saillie vers l'extérieur de la paroi sur laquelle cette serrure est montée. 2. Serrure sans contact selon la revendication 1 dont l'antenne est protégée par un couvercle (38), caractérisée en ce que la surface extérieure du couvercle n'occupe pas une surface supérieure à un cercle de diamètre 45 mm. 3. Serrure sans contact selon la revendication 1 dont l'antenne est protégée par un couvercle (38), caractérisée en ce que la surface extérieure du couvercle est bombée, son point le plus éloigné de la paroi se trouvant à au moins 1 cm de celle-ci. 4. Serrure sans contact selon la revendication 3, caractérisée en ce que le couvercle (38) a une forme arrondie et convexe. 5. Serrure sans contact selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'angle entre la tangente au couvercle et la normale au plan de la paroi au point de contact latéral du couvercle avec la paroi est supérieur à 19 degrés. 6. Serrure sans contact selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte deux parties, une partie antenne (30) comprenant au moins une boucle d'antenne, de la ferrite (32), un couvercle (38) et un corps (40) et une partie radio (50) comprenant un émetteur- récepteur (51), ces deux parties étant reliées mécaniquement par une vis (53) et électri- quement par un câble (54). 7. Serrure sans contact selon la revendication 6, caractérisée en ce que le corps (40) présente une partie filetée pour coopérer avec un écrou (42) disposé de l'autre côté d'une paroi (41). 8. Serrure sans contact selon la revendication 6, caractérisée en ce que la partie radio (50) est disposée dans le corps (40). 9. Serrure sans contact selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle contient un moyen métallique (37) entre la ou les boucles d'antennes et la couche externe de la serrure pour mieux résister au vandalisme. 10. Serrure sans contact selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend un voyant en son centre indiquant si l'accès est autorisé ou refusé. 11. Serrure sans contact selon la revendication 6, ca- ractérisée en ce que la radio (50) est commandée par intermit- tence.