Brevet FR2834813A1 — publié le 20030718

DISPOSITIF SECURISE DE PROGRAMMATION ET DE CONTROLE DE L'OUVERTURE D'UN MOYEN DE PROTECTION D'UNE ZONE OU D'UN BATIMENT PROTEGE L'invention se rapporte à un dispositif destiné à programmer, et contrôler l'accès à un site. Elle concerne plus particulièrement le domaine de la commande sécurisée de programmation et de contrôle de l'ouverture d'un moyen de protection d'une zone ou d'un bâtiment protégé, par proximité et sans contact galvanique entre un dispositif mobile porté par l'utilisateur et un récepteur. L'invention se rapporte à des fonctionnements particuliers, nécessitant d'avoir la certitude que le porteur du dispositif mobile se trouve à proximité immédiate d'un point défini de l'installation fixe. Un tel fonctionnement concerne par exemple la mise en mode d'apprentissage d'un dispositif de contrôle en préalable à la transmission d'un code d'identification qui sera enregistré. Il est le plus souvent fait appel à un commutateur ou un bouton poussoir relié électriquement à un dispositif de contrôle et placé en un point défini. Cette solution simple est par exemple utilisée dans le passage en mode d'apprentissage des actionneurs pour portes basculantes de garages. Mais dès qu'il s'agit d'un dispositif placé à l'extérieur, comme par exemple un portail, les contraintes d'étanchéité rendent coûteuse une solution de ce type qui, de plus perd alors tout aspect sécuritaire puisqu'il devient aisé pour un malfaiteur de provoquer l'apprentissage d'un code qui lui est propre. Un tel fonctionnement concerne également la manoeuvre de certains moyens de fermeture pour lesquels la réglementation impose que l'ensemble des mouvements se fasse sous contact visuel de l'utilisateur. Il s'agit par exemple de grilles placées sur chaque voie d'entrée à un magasin. La commande doit alors être de type homme-mort , c'est-àdire qu'elle doit s'interrompre si l'ordre n'est pas maintenu ou si l'utilisateur s'écarte du périmètre défini. Les solutions les plus simples utilisent des interrupteurs à contact intermittent, cette fois commandés par clé de sécurité. Les solutions de contrôle d'accès utilisent la lecture de badges, cartes ou clés électroniques ou magnétiques, ou encore d'empreintes digitales. Dans ce cas, comme dans le précédent, le vandalisme s'attaque très facilement aux serrures, lecteurs de cartes ou d'empreintes, ce qui conduit aujourd'hui à préférer des solutions sans aucun contact, même optique, et sans intervention mécanique. Les transpondeurs répondent couramment à ce type de problématique. Ils présentent en particulier l'avantage de pouvoir alimenter à courte distance le dispositif portable (transmetteur), et de se prêter à un dialogue permettant l'authentification, le transmetteur et le récepteur étant alors bi-directionnels. Cependant, rien n'empêche un malfaiteur doté d'un récepteur sensible et d'un émetteur surpuissant de pratiquer une communication à distance, se substituant au transpondeur autorisé, pourvu qu'il dispose également de moyens d'enregistrement et de calcul suffisants pour casser le code. Il existe donc un besoin d'un procédé de communication par proximité qui soit fiable et non coûteux, et qui garantisse la proximité effective de l'utilisateur sans pour autant nécessiter de contact mécanique, électrique ou optique. Il est déjà connu d'utiliser des antennes à couplage capacitif, dans différents domaines. Par exemple, dans le cas de transmission par radio-fréquences, tel que cela est décrit dans le brevet américain US 5,760, 745, il est prévu un couplage capacitif entre une antenne fouet télescopique et la borne haute fréquence de l'émetteur-récepteur portable, le but du couplage capacitif étant de fiabiliser la transmission entre l'un et l'autre des éléments, ce qui n'est pas le cas, du fait du caractère télescopique de l'antenne, pour une liaison galvanique soumise à usure. Dans ce même domaine de la transmission, le brevet américain US 6,020, 855 décrit un moyen de connexion capacitif entre une antenne intégrée dans le pare-brise d'une automobile et la borne haute fréquence du récepteur. Pour les bandes en modulation de fréquences, le couplage est dit visuellement et électriquement transparent. Dans un autre domaine, le brevet américain US 5,847, 447 propose un système de communication entre une unité portable, comme une carte de crédit, et une base fixe, dans lequel un double couplage capacitif est utilisé, réalisés par deux paires de plaques conductrices assurant les chemins aller et retour d'un courant alternatif transmis par liaison capacitive. Dans ce dispositif, les distances entre conducteurs plans sont faibles, et pour éviter que la transmission soit tributaire des inévitables variations de capacité entre la carte et la base, du fait des désalignements, les inventeurs proposent d'inclure un condensateur en série avec le condensateur formé par le rapprochement des plaques. Dans ce mode de réalisation, la liaison capacitive avec la terre n'est pas exploitée. On trouve également, dans le brevet US 6,236, 316, un système de communication entre unité mobile, comme une étiquette électronique, et une base fixe, avec double liaison capacitive dont une liaison est assurée par le châssis métallique de l'installation. Ce brevet concerne la communication avec des objets en mouvement, supportant lesdites étiquettes électroniques. Du fait de ce mouvement, la description prévoit deux antennes fixes (plaques capacitives) de transmission, l'une pour assurer la transmission d'interrogation et l'autre pour recevoir quelque temps après la réponse, mais une antenne fixe suffirait si les transmissions sont suffisamment rapides. L'étiquette électronique contient un transpondeur et deux antennes capacitives. Le chemin de transmission à un instant donné se fait, par exemple, par couplage capacitif entre l'antenne fixe et une des antennes mobiles tandis que le retour s'effectue par couplage capacitif entre la deuxième antenne mobile et le châssis ou un des rouleaux de convoyage. Bien entendu, cette réalisation n'exploite pas de couplage capacitif par le corps d'un utilisateur, ni le passage par la terre. Il existe par ailleurs dans l'art antérieur des dispositifs qui font intervenir le corps humain dans des dispositifs de détection et commande par utilisation d'une capacité variable, comme par exemple celui décrit dans le brevet américain US 3,789, 419. Dans ce brevet il est décrit un système destiné à l'ouverture automatique de portes quand un usager passe au-dessus d'une antenne plane horizontale intégrée dans le sol devant la porte automatique. Cette antenne est reliée électriquement à la sortie d'un oscillateur. L'antenne réceptrice est placée au-dessus de la porte. L'ensemble de ces deux antennes forme un condensateur. Quand un usager se présente, la capacité augmente et le courant devient suffisant pour être détecté par le dispositif à détection synchrone utilisé. On trouve une réalisation voisine dans le brevet américain US 3,973, 208. Dans le brevet américain US 4,176, 348 il est également exploité la variation de capacité entre la terre et une antenne jouant sur la fréquence d'oscillation d'un oscillateur dont une référence de potentiel est raccordée à la terre. Plus anciennement, les brevets US 3,508, 120 et US 3,723, 885 décrivent des interrupteurs à commande capacitive. Aucune de ces réalisations n'a pour objectif de transférer des données. Le brevet américain US 6,144, 303 divulgue un système de transmissions de données (de type étiquettes électroniques) et de couplage capacitif. Mais la transmission de données est effectuée par des moyens conventionnels, tandis que le couplage capacitif est destiné à engendrer une alarme si le patient cesse de porter sur lui l'étiquette électronique. Ce brevet concerne donc l'exploitation du couplage capacitif pour la seule détection de présence, et non pour la transmission d'information par ce même moyen. L'art antérieur présente donc d'un côté des réalisations à couplage capacitif destinées au transfert électronique de données et utilisant un mode de couplage des courants aller et retour n'utilisant pas la terre et encore moins l'utilisateur humain dans le mode de propagation. L'art antérieur présente d'un autre côté une utilisation des propriétés de conduction capacitive à travers le sol et le corps humain à des fins de détection de présence dudit corps humain. A aucun moment il n'a été pensé faire intervenir les propriétés de capacité électrique (et de conduction) du corps humain pour permettre une communication de données entre une unité mobile et une base fixe tout en s'assurant de la localisation du porteur de ladite unité mobile. Encore moins a-t-il été imaginé d'utiliser un tel moyen dans la commande sécurisée des fermetures du bâtiment. L'invention propose donc un dispositif sécurisé par proximité et sans contact, de programmation et de contrôle de l'ouverture d'un moyen de protection d'une zone ou d'un bâtiment protégé qui fait intervenir les propriétés de capacité électrique (et de conduction) du corps humain pour permettre une communication de données entre une unité mobile et une base fixe tout en s'assurant de la localisation du porteur de ladite unité mobile. Ainsi, selon l'invention le dispositif sécurisé par proximité et sans contact, de programmation et de contrôle de l'ouverture d'un moyen de protection d'une zone ou d'un bâtiment protégé du type comprenant un transmetteur destiné à communiquer avec un code d'identification avec un récepteur destiné à permettre l'actionnement des moyens de protection, est caractérisé en ce que la liaison électrique entre le transmetteur et le récepteur est assurée par deux couplages capacitifs variables. Selon une caractéristique complémentaire, il est prévu un premier couplage capacitif variable entre le transmetteur et le récepteur, et un second couplage capacitif variable entre le transmetteur et la terre. Selon une autre caractéristique, le premier couplage capacitif est réalisé par la coopération de deux éléments conducteurs, l'un des éléments, le premier élément du premier couplage étant sur le transmetteur tandis que l'autre élément, le deuxième élément du dit premier couplage est sur ou relié par une liaison galvanique au récepteur. Selon une autre caractéristique, le deuxième couplage capacitif est constitué par la liaison entre l'utilisateur qui tient le transmetteur, et la terre, liaison qui est à la fois résistive et capacitive. Selon un mode préféré, l'élément conducteur du transmetteur, et l'élément conducteur relié au récepteur sont des surfaces planes métalliques conductrices, par exemple constituées par une surface de quelques centimètres carrés de cuivre nu. Ajoutons que le transmetteur est, par exemple, constitué par un boîtier qui comprend un générateur de tension susceptible d'être ou non raccordé à une plaque conductrice, selon l'état d'une trame d'émission élaborée par une unité de traitement sensible à l'état d'un bouton poussoir de commande, le deuxième pôle du générateur étant relié à une référence de potentiel. D'autres caractéristiques et avantage de l'invention se dégageront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés qui ne sont donnés qu'à titre d'exemples non limitatifs. La figure 1 représente de façon schématique le principe général de l'invention. La figure 2 illustre un mode d'exécution d'un transmetteur, tenu par la main de l'utilisateur La figure 3 représente un mode d'exécution d'un récepteur, La figure 4 est un schéma illustrant une variante de réalisation du transmetteur, tenu par l'utilisateur La figure 1 représente le principe général du dispositif de l'invention dans une installation (1) constituée par un dispositif de fermeture (2) comprenant un élément de fermeture (3) tel qu'une grille métallique destinée à être enroulée autour d'un tambour d'enroulement (4) en position d'ouverture ou déroulée pour assurer la fermeture. Il est bien entendu prévu un moteur électrique (5) assurant la rotation du tambour (4) et un récepteur (6) appelé aussi actionneur, destiné à recevoir les ordres d'une unité mobile de commande (7) dit transmetteur porté par un utilisateur (8) et assurer ainsi l'actionnement désiré de l'élément de fermeture. L'invention est illustrée à l'aide d'un exemple dans le cadre d'une fermeture avec une grille mobile verticalement, mais peut s'appliquer à tout type de fermeture ou d'occultation et à tout type de contrôle d'accès quel qu'il soit. L'unité mobile de commande (7), dite transmetteur, portée par un utilisateur (8), contient un code d'identification et des codes de commande, destinés à être transmis au récepteur (6). Le dit récepteur est apte à piloter l'ouverture de l'élément de fermeture (3). Selon l'invention, la liaison électrique entre le transmetteur (7) et le récepteur (6) est assurée par deux couplages capacitifs variables, à savoir - d'une part, par un premier couplage capacitif variable (9) entre le transmetteur (7) et le récepteur (6). - d'autre part, par un second couplage capacitif variable (10) entre le transmetteur (7) et la terre (13). Le premier couplage capacitif (9) est réalisé par la coopération de deux éléments conducteurs (9a, 9b), l'un des éléments, le premier élément (9a) du premier couplage (9) étant sur le transmetteur (7) tandis que l'autre élément, le deuxième élément (9b) du dit premier couplage est sur ou relié par une liaison galvanique (11) au récepteur (6). Selon le mode préféré de l'invention, l'élément conducteur du transmetteur (9) est une surface plane métallique conductrice (9a). Cette surface est constituée par une surface de quelques centimètres carrés de cuivre nu. L'élément conducteur (9b) relié au récepteur (6) est aussi une plaque conductrice identique à celle du transmetteur. Cette dernière est disposée sur un support (12) pour être placé en un point défini (A) auprès duquel l'utilisateur doit se trouver pour actionner l'élément de fermeture. Il peut avantageusement être prévu une plaque de protection en matériau isolant devant l'élément conducteur (9b), réalisée par exemple en verre ou en matériau plastique comme en polycarbonate, ou autre. L'ensemble formé par les deux surfaces conductrices (9a, 9b) constitue le premier condensateur (9) formant le premier couplage capacitif de capacité variable. Cette capacité dépend notamment de la distance entre les éléments conducteurs (9a, 9b), et de leur orientation respective dans l'espace. L'ordre de grandeur de cette capacité est par exemple le picofarad (pF, 10-12 F). A titre d'exemple la surface de la surface plane métallique conductrice (9a) de l'élément conducteur du transmetteur (9) est une surface de 3 centimètres sur 3 centimètres, qui correspond à 0.15 pF pour une distance de 5 centimètres dans l'air et de 0.80 pF pour la même distance dans le verre. Le deuxième couplage capacitif (10) est constitué par la liaison entre l'utilisateur (8) qui tient le transmetteur (7), et la terre (13), liaison qui est à la fois résistive et capacitive. La partie résistive de cette liaison dépend énormément du corps humain, de la nature du sol et des semelles de chaussures et peut varier sur plusieurs ordres de grandeur. Par contre, la partie capacitive de cette liaison, quoique variable, restera comprise dans une plage de l'ordre de 100 à 300 pF. On voit donc qu'il est tout à fait possible, si le récepteur (6) est également relié à la terre (13), d'avoir une transmission de courants entre le transmetteur (7) et le récepteur (6) selon une maille qui utilise simultanément le premier couplage capacitif (9) et le deuxième couplage capacitif (10). Il suffit donc que le transmetteur (7), sans même le recours à une modulation radiofréquences, transmette directement les éléments binaires d'identification et de codes de commande, par exemple avec un débit de transmission de 10 à 40 kbits/s, en se présentant comme un générateur branché ou coupé pour que le courant circulant dans cette maille soit l'image du message transmis. La liaison du récepteur (6) avec la terre (13) peut être de type galvanique et direct, comme la liaison référencée par (14) sur la figure 1, ou encore se faire par l'intermédiaire de l'élément de fermeture (3) et de son système mécanique de transmission (4) comme la liaison référencée par (15). Sans être galvanique, la liaison du récepteur (6) avec la terre (13), peut être faite par l'intermédiaire d'un condensateur de forte capacité. A partir des valeurs numériques qui viennent d'être fournies, on constate que le système ainsi proposé fonctionnera de manière presque indifférente pour une très large variété d'utilisateurs. La Figure 2 illustre un mode d'exécution du transmetteur (7), tenu par la main de son utilisateur (8). Le transmetteur (7) est constitué par un boîtier (20), qui comprend un générateur de tension (21) susceptible d'être ou non raccordé, par exemple selon l'état d'un bouton poussoir de commande (22), par une unité de traitement (23) à la plaque conductrice (9a). Le deuxième pôle du générateur est relié à une référence de potentiel (24). La surface conductrice (9a) est avantageusement une surface ménagée sur le circuit imprimé comportant tous les composants de l'unité de traitement (23). L'unité de traitement (23) élabore par exemple une trame binaire en fonction du bouton poussoir (22) actionné correspondant à la commande voulue, et en fonction de l'identifiant du transmetteur. Selon l'état instantané de cette trame, le potentiel de la surface métallique conductrice (9a) de l'élément conducteur du transmetteur (9), prend soit une valeur nulle, soit la valeur du potentiel du générateur de tension (21). Le boîtier (20) est par exemple en matière plastique isolante, mais pour permettre un bon contact entre la référence de potentiel (24) et la main de l'utilisateur, le boîtier peut avantageusement comporter une métallisation de surface (25). On remarque néanmoins qu'il suffit que le bouton poussoir (22) soit suffisamment conducteur pour que ce contact se fasse par le doigt. Dans les deux cas, un polymère chargé suffirait. On remarque enfin que la liaison entre la référence de potentiel et la main de l'utilisateur peut également se faire de manière capacitive sans altérer le bon fonctionnement, pourvu que cette capacité soit elle-même très grande devant celle des deux couplages capacitifs (9,10). La liaison conductrice entre la main de l'utilisateur et la terre (13) est illustrée par une résistance (26). Comme il a été dit, cette valeur est extrêmement variable, et le bon fonctionnement repose essentiellement sur la capacité du deuxième couplage capacitif (10). La Figure 3 représente un mode d'exécution du récepteur (6) relié par la liaison galvanique (11) à la plaque conductrice (9b) du premier couplage capacitif. Le récepteur (6) comprend sa propre alimentation (30) pour les composants électroniques d'amplification du signal (31) et de traitement logique (32) assurant le pilotage par exemple d'un moteur (33) d'entraînement d'un dispositif (34) tel que le tambour d'enroulement (4) de l'installation donnée en exemple. La liaison (35) entre l'unité de traitement (32) et le moteur (33) est ici figurée symboliquement par un seul trait. Le deuxième pôle de l'alimentation (30) est relié à une référence de potentiel (36) elle-même raccordée à la terre (13). La figure 4 est un schéma illustrant une variante de réalisation du transmetteur (7), tenu par l'utilisateur, constituant le mode préféré de l'invention. Le dit transmetteur (7) comprend une unité logique de traitement (40) destinée à engendrer une trame binaire disponible au choix sur deux sorties (41,42). La première sortie (41) est raccordée à une antenne hautes fréquences (43) par l'intermédiaire d'un modulateur radio-fréquences (44). La deuxième sortie (42) est utilisée comme précédemment pour contrôler directement le potentiel de la plaque conductrice (9a), Ainsi, le même boîtier du transmetteur mobile (7) de la variante peut être utilisé, au choix selon deux modes de fonctionnement, selon les circonstances, dans un mode de commande à distance ou de commande de proximité. Bien entendu, les signaux issus des deux sorties séparés (41,42) pourraient provenir d'une seule sortie s'il n'est pas souhaité différencier les deux modes de fonctionnement, ou encore provenir d'une seule sortie associée à un commutateur manuel ou électronique. Enfin, l'unité de traitement comprendra avantageusement un moyen permettant de rendre variable dans le temps (et donc facilement transmissible par liaison capacitive) un signal correspondant à une trame dont un grand nombre de bits consécutifs seraient dans le même état. Les procédés donnant un tel résultat sont largement connus de l'homme de métier. Bien entendu l'invention, n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits et représentés à titre d'exemples, mais elle comprend aussi tous les équivalents techniques ainsi que leurs combinaisons. REVENDICATIONS 1. Dispositif sécurisé par proximité et sans contact, de programmation et de contrôle de l'ouverture d'un moyen de protection (3,34) d'une zone ou d'un bâtiment protégé du type comprenant un transmetteur (7) destiné à communiquer avec un code d'identification avec un récepteur (6) destiné à permettre l'actionnement des moyens de protection, caractérisé en ce que la liaison électrique entre le transmetteur (7) et le récepteur (6) est assurée par deux couplages capacitifs variables (9,10). 2. Dispositif sécurisé par proximité et sans contact, de programmation et de contrôle de l'ouverture d'un moyen de protection (3,34) d'une zone ou d'un bâtiment protégé, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu un premier couplage capacitif variable (9) entre le transmetteur (7) et le récepteur (6), et un second couplage capacitif variable (10) entre le transmetteur (7) et la terre (13). 3. Dispositif sécurisé par proximité et sans contact, de programmation et de contrôle de l'ouverture d'un moyen de protection (3,34) d'une zone ou d'un bâtiment protégé, selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier couplage capacitif (9) est réalisé par la coopération de deux éléments conducteurs (9a, 9b), l'un des éléments, le premier élément (9a) du premier couplage (9) étant sur le transmetteur (7) tandis que l'autre élément, le deuxième élément (9b) dudit premier couplage est sur ou relié par une liaison galvanique (11) au récepteur (6). 4. Dispositif sécurisé par proximité et sans contact, de programmation et de contrôle de l'ouverture d'un moyen de protection (3,34) d'une zone ou d'un bâtiment protégé, selon la revendication 3, caractérisé en ce que le deuxième couplage capacitif (10) est constitué par la liaison entre l'utilisateur (8) qui tient le transmetteur (7), et la terre (13), liaison qui est à la fois résistive et capacitive. 5. Dispositif sécurisé par proximité et sans contact, de programmation et de contrôle de l'ouverture d'un moyen de protection (3,34) d'une zone ou d'un bâtiment protégé, selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément conducteur (9a) du transmetteur (9) et l'élément conducteur (9b) relié au récepteur (6) sont des surfaces planes métalliques conductrices. 6. Dispositif sécurisé par proximité et sans contact, de programmation et de contrôle de l'ouverture d'un moyen de protection (3,34) d'une zone ou d'un bâtiment protégé, selon la revendication 5, caractérisé en ce que le transmetteur (7) est constitué par un boîtier (20) qui comprend un générateur de tension (21) susceptible d'être ou non raccordé à une plaque conductrice (9a), selon l'état d'une trame d'émission élaborée par une unité de traitement (23) sensible à l'état d'un bouton poussoir de commande (22), le deuxième pôle du générateur étant relié à une référence de potentiel (24). 7. Dispositif sécurisé par proximité et sans contact, de programmation et de contrôle de l'ouverture d'un moyen de protection (3,34) d'une zone ou d'un bâtiment protégé, selon la revendication 6, caractérisé en ce que le boîtier (20) est en matière plastique isolante, comportant une métallisation de surface (25). 8. Dispositif sécurisé par proximité et sans contact, de programmation et de contrôle de l'ouverture d'un moyen de protection (3,34) d'une zone ou d'un bâtiment protégé, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lui est associé un modulateur radio fréquence (44) de façon à pouvoir fonctionner selon deux modes de fonctionnement, à savoir, un mode de commande de proximité, et un mode de commande à distance.