Qu'est-ce que le NFC et comment fonctionne-t-il ?

Ce qu'est le NFC

La communication en champ proche est un ensemble de normes permettant d'échanger des données entre deux appareils tenus à quelques centimètres l'un de l'autre, au moyen d'un champ magnétique oscillant à 13,56 MHz. Le NFC Forum, l'organisme industriel qui maintient les spécifications, définit à la fois la couche radio et le format de données qui s'exécute par-dessus.

Le nom est précis et mérite d'être pris au pied de la lettre. « Champ proche » n'est pas une façon commerciale de dire « courte portée » : l'expression désigne la région voisine d'une antenne où la composante magnétique du champ domine et où l'énergie se transfère par induction plutôt qu'en rayonnant. Tout ce qui caractérise le NFC découle du fait de travailler dans cette région.

Deux objets sont habituellement en jeu. L'un est alimenté et mène l'échange, généralement un téléphone ou un lecteur dédié. L'autre est un tag, une carte, ou un second appareil alimenté.

Comment un téléphone alimente un tag sans pile

Un tag NFC est une puce reliée à une bobine plate, le plus souvent imprimée en quelques spires d'aluminium ou de cuivre sur un film plastique. Il n'y a pas de pile, pas de condensateur qui retient une charge, et rien qui tourne quand le tag est posé sur une table.

Quand un lecteur s'en approche, sa propre bobine est parcourue par un courant alternatif à 13,56 MHz. Cela produit un champ magnétique alternatif. La bobine du tag se trouve dans ce champ et une tension y est induite, exactement comme dans un transformateur dont les deux enroulements seraient séparés par de l'air plutôt que par un noyau de fer. Redressée, cette tension alimente la puce.

Le sens du retour est la partie que la plupart des descriptions passent sous silence. Le tag ne produit aucun signal. Il modifie la quantité d'énergie qu'il absorbe du champ du lecteur en commutant une résistance aux bornes de sa bobine, et le lecteur perçoit cela comme une fluctuation du courant de sa propre antenne. Cette technique s'appelle la modulation de charge, et c'est elle qui permet au tag de répondre en ne consommant presque rien.

Les débits définis à cette couche sont de 106, 212 et 424 kbit/s. C'est assez pour une adresse web, un identifiant Wi-Fi ou un échange de paiement, et sans espoir pour quoi que ce soit qui ressemble à un fichier.

Pourquoi la portée se limite à quelques centimètres

Le couplage inductif en champ proche faiblit extrêmement vite à mesure que les deux bobines s'écartent. Doubler la distance ne divise pas le couplage par deux, il l'effondre. Passé un certain point, le tag ne reçoit tout simplement plus assez d'énergie pour démarrer sa puce, et l'échec est brutal plutôt que progressif : le tag répond ou ne répond pas.

La taille de l'antenne compte davantage que le téléphone. Un tag au format carte bancaire porte une grande bobine qui intercepte beaucoup plus de champ qu'un autocollant de 25 mm, il se lit donc de sensiblement plus loin avec le même téléphone. Si un tag se lit mal, la première chose à changer est le tag, pas l'appareil.

La seconde variable est l'emplacement réel de l'antenne du téléphone. Elle occupe une zone précise au dos de l'appareil, et cette zone n'est pas la même d'un fabricant à l'autre. Un téléphone plaqué contre un tag mais décalé de trois centimètres échouera aussi sûrement qu'un téléphone tenu à dix centimètres.

Les trois modes de fonctionnement

Les normes définissent trois façons pour deux appareils NFC de se rapporter l'un à l'autre. Seules les deux premières sont celles que l'on rencontre.

Le mode lecteur et graveur est celui qui concerne quiconque achète des tags. L'émulation de carte est prise en charge par le système d'exploitation et l'élément sécurisé, et les applications y accèdent sur Android par une interface logicielle que Google documente sous le nom d'émulation de carte par l'hôte.

Le pair à pair fait figure d'exception. Il appartient à la norme, mais le transfert de téléphone à téléphone par NFC n'est pas la façon dont les deux plateformes mobiles partagent des fichiers aujourd'hui.

Android a rendu obsolète Android Beam dans Android 10 et le documente comme n'étant plus développé, tout en restant disponible en option pour les constructeurs.

Les normes derrière le NFC

Le NFC s'appuie sur des normes de cartes sans contact qui lui préexistent. ISO/IEC 14443 définit l'interface des cartes de proximité qu'utilisent la plupart des tags et des cartes de paiement, ISO/IEC 18092 définit l'interface et le protocole NFC eux-mêmes, et ISO/IEC 15693 couvre les cartes de voisinage à plus longue portée que le NFC Forum a ensuite adoptées comme l'un de ses types de tags.

Au-dessus de cette couche radio, le NFC Forum définit deux choses qui comptent à l'usage. La première est un ensemble de types de tags, chacun décrivant le jeu de commandes qu'un lecteur conforme doit gérer. La seconde est NDEF, le format d'échange de données NFC, un petit format de conteneur qui permet à tout appareil conforme de comprendre un tag écrit par n'importe quel autre.

Les textes des spécifications en vigueur sont publiés par le NFC Forum.

Ce que le NFC fait mal

Le métal est le principal. Un tag posé à plat sur une surface métallique voit son champ déformé et sa résonance désaccordée, et il cesse généralement de fonctionner entièrement plutôt que de se dégrader. Les tags vendus comme compatibles métal comportent une couche de ferrite qui sépare l'antenne de la surface, et ils coûtent plus cher pour cette raison. Un autocollant ordinaire ne fonctionnera pas sur un capot d'ordinateur portable, un carter de machine ou le dos d'un téléphone.

La distance est le deuxième. Si l'usage exige de lire un tag à plus d'une largeur de main, le NFC est la mauvaise technologie et aucun réglage d'antenne n'y changera rien. La RFID UHF autour de 900 MHz se lit à plusieurs mètres, ce qui est précisément la raison pour laquelle les entrepôts l'utilisent et pour laquelle les téléphones ne savent pas lui parler.

La capacité est le troisième. La mémoire d'un tag se compte en centaines d'octets pour les références grand public courantes, ce qui accueille confortablement une adresse web et rien qui ressemble à un document ou à une image. La réponse habituelle consiste à stocker un lien et à mettre le contenu sur un serveur.

Il existe aussi un mode d'échec qui prend les gens au dépourvu pour une autre raison. La plupart des tags peuvent être verrouillés définitivement, et un tag verrouillé ne peut être réécrit par aucun moyen. C'est une opération à sens unique, effectuée par logiciel, sans trace physique, et facile à déclencher par inadvertance quand une application d'écriture la propose sous forme de case à cocher à côté du bouton d'écriture.