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Les étiquettes RFID
Sarah CAVEL et Claire MILLET (Élèves Ingénieurs 2e année EFPG) Mai 2004		Plan   I -  Introduction II -  Le code barre III -  Les étiquettes RFID IV -  Technique : étiquettes RFID V -  Les applications des étiquettes VI -  Analyse économique VII - Conclusion VIII -  Bibliographie
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I - Introduction

De nos jours, l’identification et le suivi d’objets se développent de plus en plus. Au départ, les codes barres permettaient cette identification mais ne permettaient pas le stockage de certaines données. Voilà pourquoi les étiquettes RFID se sont développées. L’étiquette RFID est une technologie déjà largement utilisée pour reconnaître ou identifier à plus ou moins grande distance et dans un minimum de temps, un objet, un animal ou une personne porteuse d’une étiquette capable d’émettre des données en utilisant des ondes radio. On peut citer par exemple, la carte à puce sans contact, les systèmes de péage d’autoroute sans arrêt, les contrôles d’accès de parking, etc…

Les étiquettes RFID se rangent dans la catégorie des technologies d’identification automatique, au même titre que les codes à barres.

II - Le code barre : ancêtre de l'étiquette RFID

Les codes à barres (bar code) utilisent divers protocoles de codification ou de symbolisme, qui diffèrent en fonction des contraintes d'utilisation ou de normalisation.

Voici les trois types de codes barres les plus utilisés :

• les codes barres unidimensionnels ou linéaires ;
• les codes barres linéaires empilés ;
• les codes barres à deux dimensions.

On trouvera des informations détaillées sur les codes à barre sur le site Web GOMARO (en français), ou sur divers sites en anglais (Barcode Software Center, Azalea, etc.).

La société allemande e-bizco a mis en ligne un utilitaire qui permet d'afficher le code à barres d'un texte donné dans un format de code donné. Faites un essai, c'est très instructif !

II-1- Les codes à barres unidimensionnels ou linéaires

1. Le code EAN

Le code à barres EAN (European Article Numbering) a été développé à partir du code américain UPC pour les besoins spécifiques du commerce européen. Il existe deux variantes, l'une à 8 chiffres et l'autre à 13 chiffres, la seconde étant la plus utilisée.

Figure 1 : Code à barres EAN-13

Le code à barres EAN-13 se décompose ainsi : le préfixe, qui représente le code du pays ayant délivré le numéro de participant (2 ou 3 chiffres) ; le numéro de participant, qui est délivré par l'organisation EAN du pays concerné (les 4 ou 5 chiffres suivants) ; le numéro d'article du producteur de l'objet étiqueté sur 5 chiffres ; le chiffre de contrôle ou "Check Digit", qui est calculé selon les 12 premiers chiffres qui composent le code.

Ce code est universellement utilisé dans le commerce de détail européen. Le commerce de détail américain utilise un code un peu antérieur (UPC), dont il existe plusieurs variantes.

2. Le code 39

Les caractéristiques du Code 39 sont les suivantes : il est de longueur variable. Alphanumérique, il permet de codifier les 26 lettres majuscules, les 10 chiffres (0-9) ainsi que 8 caractères spéciaux (- , . , espace, * , $ , / , + , % ) ; il commence et finit toujours par « * ». Chaque caractère est composé de 9 éléments : 5 barres et 4 espaces ; chaque barre ou espace est "large" ou étroit" et 3 parmi les 9 éléments sont toujours "larges". C'est d'ailleurs ce qui est à l'origine de son nom : Code 39.

Figure 2 : Code à barres 39

Ce code est utilisé pour la vente des médicaments en pharmacie, en France et dans d'autres pays européens.

Il existe aussi d'autres codes barres linéaires tels que :

• le Code 93, qui est un code 39 plus compact et plus sûr, mais moins utilisé. Il existe une page de démonstration en ligne ;
• le Code 128, qui comprend 3 variantes (A, B et C). Il est utilisé dans les transports et la logistique (cartons, palettes, conteneurs). Il existe une page de démonstration en ligne ;
• le Code 2/5, qui comprend trois variantes encore en usage (standard, entrelacé et IATA). La version IATA est utilisée pour l'étiquetage des bagages dans le transport aérien.

II-2- Les codes à barres linéaires empilés

1. Le code PDF 417

Figure 3 : Code à barres PDF 417

Les caractéristiques du Code à barres "PDF 417" sont les suivantes : il est de longueur variable et peut comprendre jusqu'à 1.850 caractères alphanumériques ou 2.710 caractères numériques ; il permet d'imprimer beaucoup d'information sur très peu de surface : 180 caractères alphanumérique par cm2.

La grande capacité du code PDF 417 est mise à profit lorsque des informations détaillées doivent impérativement être attachées à l'objet identifié, comme c'est le cas dans le transport des matières dangereuses par exemple.

2. Le code 16K

Le code 16K a été développé en 1989 par Ted Williams (l'inventeur des codes à barres), qui a également développé le Code 128. La structure du code 16K est basée sur celle du Code 128. Les caractéristiques du code 16K sont les suivantes : il est de longueur variable et permet de codifier les 128 premiers caractères ASCII. Sa densité maximum est de 32 caractères alphanumériques, ou 65 caractères numériques, par cm2 ; il comprend 2 à 16 lignes de 5 caractères ASCII. Le code 16K est utilisé dans de nombreux domaines, à l'exception du commerce de détail.

Figure 4 : Code à barres 16K

II-3- Les codes à barres à deux dimensions

1. Le Code One

Figure 5 : Code à barres Code One

Les caractéristiques du code à barres Code One sont les suivantes : il est de longueur variable, et peut comprendre jusqu'à 2.218 caractères alphanumériques ou 3.550 caractères numériques ; il permet d'imprimer beaucoup d'information sur très peu de surface : 500 caractères alphanumériques sur 1,6 cm2. Ce code ne semble pas être très utilisé.

2.-- Le code DataMatrix

Les caractéristiques du Code DataMatrix sont les suivantes : il est de longueur variable, il peut comprendre jusqu'à 2.335 caractères alphanumériques ou 3.116 caractères numériques ; il permet d'imprimer beaucoup d'information sur très peu de surface ; il incorpore un système de correction d'erreur de lecture. Ce code est utilisé dans l'industrie électronique pour marquer les circuits imprimés et les circuits intégrés.

Figure 6 : Code à barres DataMatrix

III - Les étiquettes RFID

Le codage à barres est une technologie précurseur dans le domaine de l’identification. Cependant, elle ne permet pas le stockage d’un grand nombre de données. C'est pourquoi les étiquettes RFID se sont développées.

Les codes à barres et les étiquettes RFID ont des caractéristiques différentes qui sont récapitulées dans le tableau suivant :

Tableau 1 : caractéristiques des codes barres et des étiquettes RFID
(Source : ABC de la RFID, Décembre 2003, Jeanne Baylot)
(*) Les prix en Euros HT sont donnés à titre indictaif (2003)

III-1- Principe de fonctionnement d'une étiquette RFID

Tout d'abord, RFID signifie Radio Frequency Identification. Ces étiquettes sont aussi appelées : étiquettes intelligentes, étiquettes à puces, tag, transpondeur (équipement destiné à recevoir un signal radio et à renvoyer immédiatement en réponse un signal radio différent et contenant une information pertinente.

Conceptuellement, la RFID et le codage à barres sont tout à fait semblables ; tous les deux sont prévus pour fournir l'identification rapide et faible d'articles et des possibilités de filiation. la différence principale entre ces deux technologies est que le codage à barres se lit avec un laser optique et que le lecteur RFID balaye ou interroge une étiquette en utilisant des signaux de fréquence radio.

1. Composants

L’étiquette RFID se compose principalement  d’une puce électronique et d’une antenne bobinée ou imprimée. La taille de la puce peut désormais être réduite à celle d’un point. L'antenne, souvent composée de cuivre, est déposée sur l'étiquette grâce à des ultrasons (systèmes de vibrations).

La recherche sur la fabrication des puces se développe. Bien que la production en volume des puces en plastique ne soit pas prévue avant 5 ans, le chef de projet d’Infineon, Guenter Schmid, a déclaré que la société a développé une technologie totalement indépendante du substrat. Cela permettrait l’intégration de circuits électroniques en plastique dans un certain nombre de pellicules d’emballages actuellement disponibles sur le marché comme le matériau utilisé pour les emballages de chips de pommes de terre. Plusieurs experts pensent que les polymères tels que Poly (3-hex P3HT), seraient la tendance future en matière de puces en plastique.

2. Fréquences

Le signal radio émet dans un rayon de quelques centaines de mètres, selon la puissance de l'installation, et surtout selon la fréquence utilisée :

• Basses fréquences : 100 à 500 kHz avec une distance de lecture de quelques centimètres ;
• Moyennes fréquences : 10 à 15 MHz avec une distance de lecture de 50 à 80 cm ;
• Hautes fréquences : de 850 - 950 MHz à 2,4 - 5,8 GHz pour une distance de lecture de un plusieurs mètres (sachant que la distance peut-être réduite par la présence de métal).

Tableau 2
(Source : ABC de la RFID, Décembre 2003, Jeanne Baylot)
Performances : * médiocres, ** bonnes, *** excellentes

3. Principe de fonctionnement

L’ensemble de l’étiquette est activé par un signal radio fréquence variable, émis par un lecteur composé lui-même d’une carte électronique et d’une antenne. Le lecteur peut être fixe ou mobile, et son antenne peut prendre plusieurs formes, et par exemple s’intégrer dans le cadre d’une porte, pour une application de contrôle d’accès. Le lecteur ou interrogateur transmet un signal selon une fréquence donnée vers une ou plusieurs étiquettes radio situées dans son champ de lecture.

Figure 7 Lecture d'une étiquette RFID

Celles-ci transmettent un signal en retour. Lorsque les étiquettes sont "éveillées" par le lecteur, un dialogue s’établit selon un protocole de communication prédéfini, et les données sont échangées.

Les étiquettes RFID fonctionnant à basses ou moyenne fréquence utilisent un champ électromagnétique créé par l’antenne du lecteur et l’antenne de l’étiquette pour communiquer. Le champ électromagnétique alimente l’étiquette et active la puce. Cette dernière va exécuter les programmes pour lesquels elle a été conçue. Pour transmettre les informations qu’elle contient, elle va créer une modulation d’amplitude ou de phase sur la fréquence porteuse. Le lecteur reçoit ces informations et les transforme en code binaire. Dans le sens lecteur vers étiquette, l’opération est symétrique, le lecteur émet des informations par modulation sur la porteuse. Les modulations sont analysées par la puce et numérisées.

Une des particularités de ce principe est que plus la fréquence porteuse est basse plus le nombre de tours de l’antenne de la puce doit être important pour créer un voltage suffisant pour alimenter la puce. L’étiquette peut être apposée, portée, insérée dans un objet (colis, carte, véhicule…).

4. Etiquettes passives et étiquettes actives

Les étiquettes passives fonctionnent en lecture seule (comme les codes à barres linéaires). Dans ce cas, l’antenne capte certaines fréquences qui lui fournissent suffisamment d’énergie pour lui permettre d’émettre à son tour son code d’identification unique. Ces étiquettes passives sont programmées avec des données non modifiables, pour une capacité de 32 à 128 bits. Elles sont fournies vierges à l’utilisateur. Dans la majorité des cas, le fournisseur l’a déjà munie d’une identification. Lors de sa pose sur l’objet à tracer, l’utilisateur va écrire les données qui lui seront utiles par la suite. Lors de la vie ultérieure de l’étiquette, cette information pourra être lue mais ne pourra être ni modifiée ni complétée. Certains dispositifs plus sophistiqués disposent de capteurs leur permettant d’identifier les variations physiques comme la température (produits surgelés par exemple). Certains tests ont été faits avec une encre magnétique qui joue le rôle de l’antenne.

Les étiquettes passives sont bon marché et ont une durée de vie quasi illimitée. Elles constituent le gros du marché, et plus encore dans le futur pour les applications logistiques en circuit ouvert, où la puce est perdue dès la vente du produit. En effet, au-delà de l’acte d’achat cette étiquette se désactive.

Les étiquettes passives les plus utilisées actuellement sont les EPC (Code Produit Electronique) dont les caractéristiques sont les suivantes :

• fréquence de 13.56 MHz
• fonctionnement en lecture seule
• codage sur 96 bits

Ces EPC représentent un nouveau produit qui peut être employé pour détecter, dépister, et commander une variété d’articles en utilisant la technologie RFID. La structure d’EPC peut distinguer les articles uniques du même type. Par exemple, deux vidéos de DVD ont le même code produit universel normalisé (UPC : ce code est strictement réservé au code à barres). Ce dernier permet aux systèmes informatiques de déterminer le fabricant du DVD, le titre du film et facilite le commerce ou la vente. EPC prolonge le code UPC et fait en sorte que deux vidéo du même type soient distinguées l’une de l’autre : chaque article est individuellement identifié.

Les étiquettes actives sont alimentées par une pile interne extra plate, et permettent autant la lecture que l’écriture de données, avec une mémoire allant jusqu’à 10 Kbits. Ces étiquettes actives ne dépassent pas 10 ans d’âge. Elles sont fournies vierges et pourront être écrites plusieurs fois, effacées, modifiées et lues. Le nombre de répétition de ces opérations peut dépasser les 500 000 ou 1 million.

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