LoRa et LoRaWAN expliqués : portée, consommation et bande 868 MHz au Maroc

Un capteur d’humidité au fond d’un verger, une citerne sur un toit à trois kilomètres de la ferme : ces objets n’envoient que quelques octets par heure et n’ont presque jamais de prise électrique à proximité. Le Wi-Fi s’essouffle au bout de quelques dizaines de mètres, et un abonnement cellulaire par capteur pèse sur le budget comme sur la batterie. C’est le créneau de LoRa.

Dans ce premier volet, nous voyons comment cette radio couvre des kilomètres avec quelques milliwatts, ce que règle le spreading factor, en quoi LoRa diffère de LoRaWAN et quelles règles s’appliquent au Maroc dans la bande des 868 MHz.

LoRa en quelques mots

LoRa, pour « Long Range », est une technique de modulation radio : la manière de transformer des bits en onde. Elle est née chez Cycleo, une jeune entreprise grenobloise rachetée en 2012 par Semtech, qui fabrique toujours l’essentiel des puces LoRa, dont le SX1262.

LoRa appartient à la famille des LPWAN, les réseaux étendus à basse consommation : on renonce au débit pour gagner en distance et en autonomie. Un nœud LoRa est d’ailleurs un bel exemple d’électronique embarquée : un microcontrôleur, un capteur, une radio et une batterie qui doivent tenir des mois sans intervention.

Ordres de grandeur : quelques centaines de bits à quelques kilobits par seconde, des messages de quelques dizaines d’octets, et une portée allant de quelques centaines de mètres en ville dense à une dizaine de kilomètres ou plus en terrain dégagé, antennes en hauteur. Ces valeurs dépendent du relief et de l’installation : elles se mesurent, elles ne se promettent pas.

Le secret de la portée : la modulation CSS

Des « chirps » à la place de simples bits

LoRa repose sur une modulation à étalement de spectre appelée CSS, pour Chirp Spread Spectrum. Un chirp est un signal dont la fréquence glisse régulièrement d’un bord à l’autre du canal, un peu comme un sifflement qui monte. L’information se loge dans le point de départ de ce glissement : en le décalant, l’émetteur représente une valeur parmi 2^SF possibles.

Un signal récupéré sous le bruit

Le récepteur connaît la forme du chirp de référence. En le combinant au signal reçu, il rassemble l’énergie étalée sur le canal en un pic facile à détecter, même quand le signal est plus faible que le bruit ambiant. Semtech annonce ainsi une sensibilité allant jusqu’à −148 dBm pour le SX1262. Et comme l’énergie occupe toute la largeur du canal, un brouilleur étroit ou un écho ne suffit pas à effacer un message.

Spreading factor et bande passante : le compromis débit / portée

Trois réglages définissent une liaison LoRa :

• Le spreading factor (SF), de 7 à 12 en LoRaWAN (de 5 à 12 sur les puces SX126x) : il fixe le nombre de bits portés par chaque symbole, et chaque cran supplémentaire double la durée d’un symbole.
• La bande passante (BW), le plus souvent 125 kHz dans la bande des 868 MHz, avec des variantes à 250 et 500 kHz.
• Le taux de codage (CR), de 4/5 à 4/8 : la part de redondance ajoutée pour corriger les erreurs de transmission.

Le débit se calcule ainsi : débit ≈ SF × (BW / 2^SF) × CR. Le tableau donne ce débit à 125 kHz et codage 4/5, et le temps d’antenne d’un message LoRaWAN portant 10 octets utiles (environ 23 octets avec l’en-tête).

Spreading factor	Débit brut	Temps d’antenne (10 octets utiles)
SF7	≈ 5,5 kbit/s	≈ 62 ms
SF8	≈ 3,1 kbit/s	≈ 113 ms
SF9	≈ 1,8 kbit/s	≈ 206 ms
SF10	≈ 980 bit/s	≈ 371 ms
SF11	≈ 540 bit/s	≈ 823 ms
SF12	≈ 290 bit/s	≈ 1 483 ms

Ces durées sont calculées avec la formule de Semtech (préambule de 8 symboles, en-tête explicite, CRC actif). Passer de SF7 à SF12 multiplie le temps d’émission par environ 24 : on gagne quelques décibels de sensibilité à chaque cran, mais l’émetteur reste allumé plus longtemps et occupe le canal. Visez donc le SF le plus bas qui passe de façon fiable ; en LoRaWAN, le mécanisme ADR (Adaptive Data Rate) ajuste automatiquement SF et puissance de chaque nœud.

LoRa ou LoRaWAN : deux étages différents

LoRa est la couche physique : la radio et sa modulation. Deux modules peuvent dialoguer directement, sans réseau, avec un protocole maison. C’est ce que nous ferons dans notre tutoriel premier projet LoRa avec ESP32, avec deux cartes et une vingtaine de lignes de code chacune.

LoRaWAN est un protocole réseau ouvert, publié par la LoRa Alliance, qui s’appuie sur LoRa. Il organise les échanges en étoile :

• les nœuds émettent sans viser une passerelle précise ;
• les passerelles relaient tout ce qu’elles captent vers Internet ;
• le serveur réseau élimine les doublons, pilote l’ADR et authentifie les messages ;
• le serveur d’application exploite les données.

Le chiffrement AES 128 bits utilise une clé pour le réseau et une autre pour l’application. Côté nœuds, la classe A, la plus économe, n’écoute que brièvement après chaque envoi, tandis que les classes B et C ajoutent des fenêtres d’écoute, au prix d’une consommation plus élevée. Le point à point suffit pour deux ou trois cartes ; LoRaWAN devient intéressant quand les capteurs se multiplient ou pour profiter d’un réseau existant comme The Things Network.

LoRa face au Wi-Fi, au BLE et au NB-IoT

Technologie	Portée typique	Débit	Consommation	Infrastructure
Wi-Fi	quelques dizaines de mètres	élevé (Mbit/s)	élevée	box ou point d’accès
Bluetooth LE	de quelques mètres à quelques dizaines de mètres	modéré	très faible	smartphone ou passerelle
NB-IoT	couverture de l’opérateur	quelques dizaines de kbit/s	faible	réseau cellulaire, carte SIM et abonnement
LoRa / LoRaWAN	plusieurs kilomètres	0,3 à 5,5 kbit/s (125 kHz)	très faible	liaison directe ou passerelle privée ou communautaire

Le NB-IoT utilise des fréquences sous licence des opérateurs mobiles : qualité de service encadrée, mais couverture et abonnement obligatoires. LoRa fonctionne dans une bande libre : vous possédez votre infrastructure, en contrepartie d’un spectre partagé et de règles à respecter. Les technologies se combinent d’ailleurs bien : la carte Heltec Wireless Stick V3 associe un ESP32-S3 et un SX1262 : LoRa pour la distance, Wi-Fi près de la box, Bluetooth LE pour la configuration depuis un téléphone.

La bande 868 MHz au Maroc : ce que dit la réglementation

L’Europe utilise la bande 863–870 MHz (norme ETSI EN 300 220), l’Amérique du Nord la bande 902–928 MHz : vérifiez la version d’un module avant de l’acheter. Au Maroc, l’ANRT encadre ces usages par sa décision n° 07/21 du 7 mai 2021, qui modifie la décision n° 07/2020 sur les appareils de faible puissance et de faible portée (A2FP). Ils relèvent du régime libre, sans licence, dans les limites suivantes :

• 868 à 869 MHz : 25 mW de puissance apparente rayonnée (p.a.r.), pour la télécommande, la télémesure, les alarmes et la transmission de données ;
• 869,4 à 869,65 MHz : 500 mW p.a.r. ;
• 869 à 869,4 MHz et 869,65 à 870 MHz : 25 mW p.a.r.

25 mW correspondent à environ 14 dBm, gain d’antenne compris : un SX1262 capable d’émettre 22 dBm doit donc être bridé dans le code. Pour passer facilement des milliwatts aux dBm, utilisez notre convertisseur dBm-watt.

Les Regional Parameters de la LoRa Alliance rangent le Maroc dans le plan EU863-870, dont les trois canaux par défaut (868,1, 868,3 et 868,5 MHz) imposent un rapport cyclique inférieur à 1 %, soit 36 secondes d’émission par heure. Certains réseaux ajoutent des canaux vers 867 MHz, hors de la bande générique marocaine : vérifiez la configuration de votre passerelle.

Pour un circuit imprimé sur mesure, un module LoRa RFM95W en 868 MHz se soude en CMS et se pilote en SPI.

À retenir

• LoRa est une modulation radio ; LoRaWAN, le protocole réseau bâti dessus.
• Le spreading factor arbitre entre portée et temps d’antenne : visez toujours le plus bas qui fonctionne.
• Au Maroc, restez dans 868–869 MHz à 25 mW p.a.r. au maximum (hors sous-bande 869,4–869,65 MHz) et respectez un rapport cyclique raisonnable.

Prochaine étape : la pratique, puis le tour des applications LoRa au Maroc, de l’irrigation au suivi des citernes.