Comment un téléphone alimente-t-il un tag sans pile ?
Le lecteur excite sa propre bobine avec un courant alternatif à 13,56 MHz, ce qui produit un champ magnétique alternatif. Le tag se trouve dans ce champ, et une tension est induite aux bornes de sa bobine. Redressée, cette tension alimente la puce. Le tag ne conserve aucune charge et ne fait absolument rien hors du champ.
Ce qu'il y a physiquement dans un tag
Décollez un autocollant et vous y trouverez trois choses : un film plastique, une spirale plate d'aluminium ou de cuivre imprimée dessus, et un grain de silicium plus petit qu'une graine de sésame relié aux deux extrémités de cette spirale. Rien d'autre. Pas de pile, pas de condensateur qui retient une charge, pas d'horloge qui tourne discrètement dans un tiroir.
La spirale est l'antenne. Elle est aussi, d'une certaine façon, l'alimentation.
Un transformateur avec de l'air entre les enroulements
Quand vous approchez un lecteur, sa bobine est parcourue par un courant alternatif à 13,56 MHz. Un courant variable dans une bobine produit un champ magnétique variable autour d'elle. Un champ magnétique variable qui traverse une seconde bobine y induit une tension. C'est l'induction, et c'est l'effet qui fait fonctionner un transformateur.
La seule différence est qu'un transformateur possède un noyau de fer qui force presque tout le champ à traverser le second enroulement, tandis qu'ici les deux bobines sont séparées par de l'air, une coque de téléphone et ce sur quoi le tag est collé. La fraction du champ qui atteint le tag est faible, et elle s'effondre vite dès que les bobines s'écartent.
Ce n'est pas la même chose que la charge sans fil
La charge sans fil emploie le même principe à une autre échelle, en déplaçant des watts plutôt que des microwatts, à une fréquence bien plus basse et avec des bobines conçues pour se toucher presque. Les deux systèmes se gênent mutuellement, ce qui explique qu'un tag posé sur un socle de charge cesse souvent d'être lisible.
Ce que la puce fait de cette énergie
La tension induite est alternative, la puce la redresse donc et la régule en une tension d'alimentation. Ce n'est qu'ensuite que quoi que ce soit s'exécute. La puce démarre, attend une commande du lecteur, et répond.
Tout cela doit tenir dans la fraction de seconde où votre main tient le téléphone immobile. C'est assez rapide pour que vous ne le remarquiez jamais, mais c'est aussi pourquoi un contact trop bref ne rend rien : la puce doit rester alimentée assez longtemps pour mener l'échange à son terme, pas seulement être effleurée.
Pourquoi l'échec est brutal et non progressif
Le couplage en champ proche faiblit extrêmement vite avec la distance. Doubler l'écart ne divise pas par deux l'énergie qui atteint le tag, il l'effondre.
En dessous d'un seuil, la puce n'atteint tout simplement jamais sa tension de fonctionnement. Il n'y a pas de mode dégradé, pas de lecture plus lente, pas de réponse partielle. Le tag se réveille et répond, ou bien rien ne se passe. C'est ce qui déroute le plus chez le NFC quand on a l'habitude du Wi-Fi, où un signal faible donne quand même quelque chose.
Cela signifie aussi que « presque fonctionner » n'est pas un état qui existe. Si un tag se lit par intermittence, c'est qu'il est exactement à ce seuil, et le remède est de changer la géométrie plutôt que d'insister.
Ce qui découle de l'absence de pile
Un tag passif coûte quelques centimes, survit des années sans usage, ne demande aucun entretien et ne peut être ni éteint ni vidé. Ces quatre propriétés sont la raison pour laquelle le NFC s'est retrouvé sur des cartes, des affiches et des emballages plutôt que le Bluetooth.
Le prix à payer est que tout ce que le tag fait doit tenir dans l'énergie que le lecteur fournit à cet instant. Pas de capteur qui tourne en fond, pas d'horloge, pas de journal des lectures précédentes, sauf à ajouter une pile, ce qui fait de l'objet tout autre chose.
Questions fréquentes
Lire un tag l'use-t-il avec le temps ?
Non. Il n'y a rien à user dans un tag standard. La puce ne s'exécute que dans le champ d'un lecteur et reste complètement inerte le reste du temps. L'usure vient de l'écriture, pas de la lecture, et seulement après un très grand nombre de cycles.
Un lecteur plus puissant peut-il alimenter un tag de plus loin ?
À peine. La réglementation plafonne le champ qu'un lecteur peut produire, et le couplage en champ proche décroît si vite qu'une forte hausse de puissance achète très peu de distance. Agrandir l'antenne du tag aide bien davantage que forcer sur le lecteur.
Pourquoi mon tag fonctionne-t-il sur un téléphone et pas sur un autre ?
Les téléphones diffèrent par la taille de l'antenne, sa position et le champ qu'ils produisent. Un tag situé près du seuil de couplage le franchira sur un appareil et pas sur l'autre. Le tag n'est pas défectueux, il est marginal.
Faut-il aussi alimenter le tag pour l'écrire, et pas seulement pour le lire ?
Oui, et l'écriture demande un peu plus d'énergie que la lecture, maintenue plus longtemps. Un tag qui se lit sans faute en limite de portée peut refuser une écriture à la même position.