Un contrôleur de pression ou de débit à distance, boulonné sur une canalisation enterrée ou hors sol, doit fonctionner des années sur sa propre batterie tout en échantillonnant un transducteur alimenté et en rapportant via NB-IoT ou LoRa. Son profil de charge est une étude de contrastes : un courant de sommeil de quelques dizaines de microampères, une excitation de transducteur de pression de plusieurs milliampères pendant environ une seconde par échantillon, une salve cellulaire de quelques dizaines de milliampères en moyenne pendant deux ou trois secondes avec des pics au-dessus de cent milliampères, et – lorsqu'un coup de bélier ou une onde de pression survient – une salve d'échantillonnage courte et intense à haut débit. Cet article déploie ce profil et le rôle d'un tampon nickel-métal-hydrure rechargeable, en particulier dans les terminaux assistés par solaire.
Un terminal de surveillance moderne associe un transducteur de pression (et parfois de débit ou de niveau) à un microcontrôleur basse consommation, un enregistreur et une radio cellulaire ou LPWAN, scellé IP66–IP68 selon la CEI 60529 et évalué pour une large température de terrain – les fiches couvrent couramment −30 à +70 °C. Il enregistre un profil de pression selon un calendrier (toutes les heures en général), déclenche des alarmes sur des événements de seuil ou de taux de variation et téléverse par NB-IoT, LTE-M ou LoRaWAN. Des exemples commerciaux illustrent l'enveloppe énergétique : un enregistreur de pression NB-IoT utilisant trois piles AA remplaçables de quelques ampères-heures revendique jusqu'à cinq ans, et les variantes LoRa avec des packs plus étendus vont plus loin.
Contrairement à un compteur de facturation légal, c'est un équipement de surveillance industrielle, régi davantage par la CEM (série CEI 61000), l'étanchéité et les exigences radio de l'opérateur cellulaire que par le droit de la métrologie – mais sa discipline de batterie est tout aussi stricte.
La première figure animée trace le courant dans le temps. Le sommeil domine sous quelques dizaines de microampères (les meilleures conceptions approchent le microampère). À chaque échantillon le transducteur est excité – un capteur piézorésistif ou céramique nécessite plusieurs milliampères pour la stabilisation, environ une seconde – pendant que le CAN prend une lecture. Selon le calendrier de rapport la radio s'attache et envoie, le NB-IoT étant de l'ordre de 35 mA pendant deux ou trois secondes dans une transmission compacte ou jusqu'à environ 15 mA pendant 90 secondes dans une session en ligne plus lourde, avec des pics de 100–200 mA.
L'inconnue est l'événement : un coup de bélier ou un arrêt de pompe déclenche un échantillonnage rapide à haut débit pendant des secondes, à la fois traitement et pic de courant. Une source d'énergie incapable de fournir cette salve proprement manquera la transitoire que le terminal a été installé pour capturer.
La deuxième figure montre la relation désormais familière mais décisive : à énergie stockée fixe, la durée de vie s'effondre quand l'intervalle passe de quotidien à horaire à quasi-continu, car chaque rapport porte une énergie d'attache cellulaire fixe et chaque échantillon une excitation de transducteur. Les notes des fournisseurs de deux à dix ans ne sont pas contradictoires – elles se situent à différents points de cette surface, et l'extrémité haute fréquence est où une conception uniquement à batterie primaire s'épuise en un ou deux ans.
C'est précisément là qu'une architecture rechargeable change l'économie : associer un petit panneau solaire à un tampon rechargeable permet au terminal d'échantillonner et de rapporter aussi souvent que le réseau en a besoin sans pénalité de durée de vie de pile primaire.
Le choix par défaut pour un emplacement enterré sans lumière est un pack lithium primaire 3,6 V de 8,5–19 Ah, choisi pour sa densité d'énergie, avec le même problème de réservoir d'impulsions que les compteurs intelligents : la pile primaire est riche en énergie mais faible en impulsions et se passive, de sorte que les salves radio et événementielles bénéficient d'un réservoir à basse impédance. Pour les chambres hors sol, les fosses de compteur légèrement accessibles ou les installations sur toit/pont de tuyaux, un petit panneau photovoltaïque plus un tampon rechargeable devient attrayant et peut prendre en charge des taux d'échantillonnage bien plus élevés indéfiniment.
Le NiMH scellé est ici un excellent tampon rechargeable : il accepte la charge irrégulière du panneau, fournit les salves de stabilisation du transducteur, radio et événements depuis un plateau plat à basse impédance, cycle quotidiennement pendant des années, se décharge de façon fiable dans une fosse hivernale froide, et utilise une chimie aqueuse sûre dans un boîtier scellé sans surveillance.
Les algorithmes de transitoire de pression et de détection de fuite ont besoin d'une salve d'échantillons rapides quand quelque chose change, et la radio peut devoir envoyer une alarme immédiatement plutôt que d'attendre le téléversement programmé. Cet échantillonnage à haut débit simultané avec transmission est l'impulsion de courant du pire cas et non négociable : un tampon dimensionné seulement pour le rapport horaire de routine s'affaissera ou se réinitialisera lors de l'unique événement qui justifie l'instrument.
La faible résistance interne du NiMH et sa haute capacité d'impulsion, relativement à sa taille, permettent à un pack modeste de couvrir tant les rapports de routine que les alarmes transitoires, tandis qu'un supercondensateur serait encombrant pour la charge combinée de plusieurs secondes et qu'une pile lithium primaire verrait sa tension s'effondrer sous le pic.
Le cahier des charges enregistre le courant de sommeil, le courant et le temps d'excitation du transducteur, les intervalles d'échantillonnage et de rapport, la technologie radio avec courants d'attache et de pointe, la salve événementielle du pire cas, l'énergie solaire disponible (le cas échéant), l'indice de protection et la plage de −30 à +70 °C. L'article B en fait un budget énergétique et une décision primaire contre rechargeable ; l'article C fait correspondre la conception à l'étanchéité, la CEM et les preuves au niveau des cellules.
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