ESP32 et Arduino pour automatiser le bâtiment : 5 montages

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Depuis quelques années, je vois de plus en plus de clients arriver avec un boîtier bleu et la même question : est-ce que je peux piloter mon chauffage moi-même avec une carte à quelques euros. La réponse est oui, avec des limites précises que je détaille ici. ESP32 et Arduino ne remplacent pas une installation conforme, ils s’ajoutent à elle.

Dans cet article, je présente 5 montages que je considère comme les plus utiles pour un bâtiment : un relais 230 V piloté par une broche, une mesure de consommation au PZEM-004T, la lecture de la TIC Linky, le pilotage d’un radiateur fil pilote et une sonde de température DS18B20. Pour chacun, je donne la carte adaptée, les pièges et la frontière réglementaire.

Deux précisions avant de commencer. Cet article est documentaire : il est construit à partir des fiches fabricants et des sources citées, pas d’un essai en atelier. Et si vous venez de l’électrique classique, la différence entre électronique et électrique mérite un détour : les microcontrôleurs vivent en très basse tension, l’installation reste en 230 V, et les deux mondes ne se mélangent pas.

ESP32 ou Arduino Uno R3 : laquelle choisir

L’ESP32 est un microcontrôleur pensé pour l’Internet des objets. Selon la page produit d’Espressif, les modules WROOM, WROVER et MINI embarquent un double cœur Xtensa LX6 jusqu’à 240 MHz, une mémoire flash de 4, 8 ou 16 Mo et des interfaces UART, SPI, SDIO, I²C, PWM, I²S, IR, ADC, DAC et capteur tactile. Surtout, le Wi-Fi 802.11 b/g/n jusqu’à 150 Mbps et le Bluetooth 4.2 avec BLE sont intégrés : un seul composant suffit pour envoyer des mesures sur le réseau. La température d’exploitation annoncée va de -40 °C à +105 °C pour les modules WROOM-32E et 32D, ce qui laisse une marge confortable dans un coffret non climatisé.

L’Arduino Uno R3 (référence A000066) repose sur un ATmega328P à 16 MHz, avec 14 entrées-sorties numériques dont 6 PWM, 6 entrées analogiques, 32 Ko de flash, 2 Ko de SRAM et 1 Ko d’EEPROM. Il fonctionne en 5 V, avec une alimentation recommandée de 7 à 12 V et une limite de 6 à 20 V : au-delà de 12 V, le régulateur surchauffe. Il n’a aucun réseau intégré : pour un montage connecté, il faut lui ajouter un shield, point que je n’ai pas pu vérifier dans ma recherche.

Le tableau suivant résume ce qui sépare les deux cartes pour un usage bâtiment.

Mon choix tient en une phrase : ESP32 pour tout ce qui doit remonter une information ou recevoir un ordre à distance, Uno R3 pour ce qui reste local. Une alternative moderne existe, l’UNO R4 WiFi, annoncée en 32 bits avec Wi-Fi et Bluetooth ; ses caractéristiques n’étaient pas ouvertes dans ma recherche, je n’en donne donc pas le détail. Je précise aussi que le module ESP32 est certifié (FCC, CE-RED, SRRC, IC, KCC, TELEC), mais pas la carte de développement nue que l’on achète : la certification ne couvre pas le montage final.

Le cadre normatif avant le premier montage

Avant de brancher quoi que ce soit, il faut rappeler le cadre. La NF C 15-100 a été refondue et est en vigueur depuis août 2024, déclinée en 21 normes : une partie générale NF C 15-100-1, une partie habitation NF C 15-100-10 et des parties spécifiques NF C 15-100-7-XXX selon les lieux et usages. La refonte répond explicitement aux enjeux de domotique, cybersécurité, RE2020, AFDD et IRVE, selon la page de Hager. Obligation NF C 15-100 — refonte août 2024, 21 normes

Le deuxième repère est la TBTS, la très basse tension de sécurité. Legrand rappelle que l’éclairage TBTS 12 V est autorisé jusque dans le volume 0 d’une salle de bain, à condition que le transformateur de séparation soit installé hors volumes. C’est ce principe qui rend les montages microcontrôleurs possibles dans une pièce humide : la partie logique reste en très basse tension, la partie puissance reste sous les règles du 230 V. La salle de bain connaît les volumes 0, 1 et 2, avec des indices IPX7, IPX5 et IPX4, l’ancien volume 3 ayant été supprimé à l’amendement 5. Le choix d’un éclairage TBTS 12 V obéit aux mêmes règles.

Montage 1 : un relais 230 V piloté par une broche

Le montage le plus demandé : allumer ou éteindre un circuit à distance, éclairage ou charge. La règle d’or tient dans les chiffres Arduino : 20 mA recommandés par broche, 40 mA maximum absolu. Un relais consomme souvent plus que cela à la commande, et une broche n’est pas faite pour commuter du 230 V.

L’étage de commande, jamais le relais en direct

Un relais ne se pilote jamais directement par une broche. Le schéma de principe que je recommande comporte un étage transistor ou optocoupleur entre la broche et la bobine, plus une diode de roue libre aux bornes de la bobine pour absorber le retour de courant à la coupure. C’est une recommandation de savoir-faire, pas une donnée constructeur : les limites des broches, elles, sont sourcées sur les fiches Arduino.

Sur ESP32, la logique est en 3,3 V : le choix de l’étage doit tenir compte de cette tension de commande, et non des 5 V de l’Uno. Sur l’Uno R3, la broche 3V3 est elle-même limitée à 50 mA si vous l’utilisez pour autre chose.

La séparation TBTS et 230 V

Le point normatif central est la séparation physique entre la partie logique et la partie puissance. Les circuits de commande restent en TBTS, les contacts du relais commutent du 230 V : ils doivent être séparés physiquement, avec des conducteurs et des sections conformes. La partie 230 V reste soumise à la NF C 15-100 : protection différentielle 30 mA en amont, sections des conducteurs adaptées au circuit commandé.

• Jamais de relais directement sur une broche : étage transistor ou optocoupleur, diode de roue libre.
• Séparation physique TBTS / 230 V dans le boîtier.
• Partie 230 V sous NF C 15-100 : protection 30 mA, sections conformes.
• Montage non certifié : responsabilité du réalisateur.

Si l’objectif est simplement de commander un éclairage existant sans écrire une ligne de code, des solutions packagées existent, comme l’interrupteur connecté sans neutre : le microcontrôleur ne se justifie que si vous voulez un comportement sur mesure.

Montage 2 : mesure de consommation avec le PZEM-004T

Pour suivre la consommation d’un départ, le PZEM-004T est le module le plus documenté. Ses caractéristiques viennent de la fiche Components101 et du support ESPHome, deux sources ouvertes : mesure de 80 à 260 V AC, de 0 à 100 A via un transformateur de courant non invasif, soit 0 à 22 kW, une énergie cumulée jusqu’à 9999 kWh, une fréquence de 45 à 65 Hz et un facteur de puissance de 0 à 1. Il mesure tension, courant, puissance, énergie, fréquence et cos phi.

Côté communication, le module parle UART TTL avec le protocole Modbus-RTU, et son alimentation est en 5 V DC. La séparation galvanique entre la partie AC et la partie logique est assurée par optocoupleur.

Le piège du niveau logique

Le piège documenté par Components101 est le suivant : la logique du PZEM est en 5 V, et un ESP32 fonctionne en 3,3 V. Un level shifter est obligatoire pour relier les deux, sinon la communication UART reste aléatoire. Sur un Uno R3 en 5 V, ce problème disparaît.

Le transformateur de courant autour d’un seul conducteur

Le CT se passe autour d’un seul conducteur : la phase du départ mesuré, jamais le câble entier avec le neutre. Le montage se fait en aval du disjoncteur, sur un départ dédié, ce qui suppose de pouvoir couper ce circuit pendant l’intervention. ESPHome le supporte nativement via son composant PZEM AC.

Ce montage se compare naturellement à la lecture TIC du Linky : le PZEM mesure un départ précis, la TIC donne la consommation globale du compteur. Les deux sources se complètent plutôt qu’elles ne se concurrencent.

Montage 3 : lecture de la TIC Linky par ESP32

L’article existant sur le module TIC et Home Assistant détaille déjà l’intégration complète de la télé-information client ; je ne la duplique pas ici. L’angle complémentaire est la lecture de la trame en direct par un ESP32 : la carte lit les données du compteur et les publie sur le réseau, sans passer par un hub intermédiaire.

Je ne donne pas ici les caractéristiques techniques de la trame : les débits et les trames standard ou historique n’étaient pas ouverts dans ma recherche, et je ne cite pas une valeur non vérifiée. Le principe de la lecture directe par microcontrôleur, lui, est l’usage documenté du protocole.

Deux points de prudence. La liaison TIC est une interface du compteur officiel : j’interviens hors tension et dans le respect des règles du gestionnaire. Et pour le reste de l’installation, le guide Home Assistant du Linky reste la référence pour exploiter les données une fois qu’elles sont remontées.

Montage 4 : pilote de radiateur fil pilote

Le fil pilote est le cas le plus français qui soit : des radiateurs électriques pilotables par un conducteur dédié qui ne transporte pas la puissance. Le montage ESP32 consiste à transformer la carte en générateur d’ordres à 6 états : les six ordres, leurs couleurs et le tableau de câblage sont détaillés dans l’article sur le branchement du radiateur fil pilote 6 ordres, que je vous invite à ouvrir avant de câbler quoi que ce soit.

Le régime réglementaire du fil pilote est traité à part : c’est un conducteur actif, avec des règles de sectionnement, comme l’explique l’article fil pilote obligatoire ou pas. Je n’ai pas retrouvé dans ma recherche la référence précise de la norme qui définit les ordres du fil pilote : je ne la cite donc pas, et je m’appuie sur les deux articles existants qui, eux, l’ont documentée.

Le montage lui-même reprend le principe du montage 1 : une sortie du microcontrôleur commande, via un étage adapté, le conducteur fil pilote du radiateur. La logique reste en TBTS, l’ordre est un signal de commande, pas de puissance. Si votre radiateur est déjà équipé d’un module connecté, la question de l’intérêt se pose : le DIY prend tout son sens quand vous voulez enchaîner des scénarios qu’aucun produit du commerce ne gère, ou quand vous centralisez tout dans un même superviseur.

Montage 5 : sonde de température DS18B20 ou capteur de présence

Le dernier montage est le plus simple et souvent le premier qu’on réalise : suivre la température d’une pièce, d’un local technique, d’une cave ou d’une VMC. La sonde DS18B20 communique sur un bus 1-Wire, documenté dans ESPHome sous le nom de composant « Dallas Temperature Sensor ».

Je ne cite ici aucun chiffre constructeur sur cette sonde : les valeurs souvent annoncées, comme une plage de mesure étendue et une précision de l’ordre du demi-degré, ne sont pas confirmées par une page constructeur ouverte dans ma recherche. Je préfère vous donner un montage dont je maîtrise les sources qu’une fiche recopiée sans vérification.

L’alternative est un capteur de présence PIR, utile pour la détection d’occupation. Ses caractéristiques n’étaient pas sourcées non plus dans ma recherche : je m’abstiens donc de donner des chiffres. Le choix dépend du besoin : la température sert au pilotage du chauffage, la présence sert à l’éclairage et aux scénarios. Les deux se combinent d’ailleurs : présence dans la pièce et température sous le seuil, et le chauffage passe en confort.

MQTT : le protocole qui relie tout

Dès que plusieurs montages coexistent, la question du transport des données se pose. MQTT est un standard OASIS de messagerie publish/subscribe, conçu comme « lightweight », avec 3 niveaux de qualité de service (QoS 0, 1 et 2) et un chiffrement TLS possible. C’est le protocole naturel pour de petits microcontrôleurs comme l’ESP32.

Le point que je répète à chaque client : le chiffrement TLS n’est pas automatique. Un broker local par défaut circule en clair sur le réseau de la maison. Si vos données de consommation ou vos ordres de chauffage transitent, la configuration TLS doit être faite explicitement. La cybersécurité est d’ailleurs l’un des enjeux cités par la refonte de la NF C 15-100 : un montage connecté s’intègre dans cette réflexion, pas à côté.

Recommandation MQTT — chiffrer les échanges avec TLS, QoS 0/1/2

Bricolage fonctionnel ou installation conforme

Tout cet article tourne autour d’une frontière que j’assume : le bricolage fonctionnel et l’installation conforme ne sont pas la même chose. Un montage ESP32 qui fonctionne n’est pas une installation aux normes : ce n’est pas un produit certifié, il n’a pas de marquage CE, et sa pérennité dépend de la qualité du câblage, de l’étage de commande et de la séparation TBTS.

Concrètement, je distingue trois cas. Le montage en très basse tension isolée (sonde, mesure, logique) présente peu de risque s’il est proprement réalisé. Le montage qui commute du 230 V doit respecter la NF C 15-100 sur la partie puissance. Le montage qui modifie le tableau ou le compteur (TIC, départ dédié, fil pilote) touche à l’installation : c’est là que l’intervention d’un électricien se justifie, ou au minimum une relecture par un professionnel.

C’est aussi une question d’argent. Le budget d’une domotique packagée peut surprendre, et le DIY semble moins cher au premier abord. La comparaison honnête doit inclure votre temps, le matériel de mesure et le coût d’une reprise si le montage vieillit mal. Les solutions Zigbee prêtes à l’emploi, comme celles qu’on trouve pour domotiser une porte de garage existante, restent pertinentes quand on veut un résultat rapide sans programmation.

Les cinq montages en une page

FAQ

Voilà les cinq montages que je propose de garder en tête pour automatiser un bâtiment avec ESP32 et Arduino. La règle qui domine tout le reste reste la séparation entre la TBTS et le 230 V, et la conscience que la responsabilité du réalisateur est engagée sur la partie puissance. Commencez simple, en très basse tension, et faites relire la partie 230 V par un professionnel avant la mise en service.