Matériel libre

Le matériel libre, matériel ouvert ou matériel open source désigne, par analogie avec le logiciel libre et le logiciel open source, les technologies des matériels et produits physiques développés selon les principes des ressources libres de droits ou sous licence libre. « Le matériel libre regroupe des artefacts tangibles — machines, dispositifs ou toutes choses physiques — dont les plans ont été rendus publics de façon à ce que chacun puisse les fabriquer, modifier, distribuer et utiliser »^[1].

Éléments de définition

Chris Anderson, rédacteur en chef de Wired et auteur de la longue traîne, affirme que « Dans la prochaine révolution industrielle, les atomes seront les nouveaux bits »^[2] et évoque la voiture libre Rally Fighter, une des premières voitures de course open source (ses spécifications sont « libres »), développée de façon communautaire, par production participative. Dans un autre article, il ajoute « si ces 10 dernières années ont permis la découverte et l’émergence, sur le web, de nouveaux modèles sociaux post-institutionnels, les 10 prochaines années les verront s’appliquer dans le monde réel »^[3] :

« L’internet a démocratisé la publication, la diffusion et la communication, ce qui a eu pour conséquence d’accroître de façon massive le degré de participation et de participants dans le monde digital — la longue traîne des bits. La même chose est en train de se produire en matière de fabrication — la longue traîne des objets. Le web n’était qu’une démonstration de faisabilité. Maintenant, la révolution va aussi toucher le monde réel. »

Pour Marten Mickos, ex-PDG de MySQL, cette révolution porte encore bien plus sur ce que peuvent faire les êtres humains entre eux, dès lors qu’ils se mettent en réseau :

« Auparavant, les gens collaboraient dans leurs villages. Aujourd’hui, le village, c’est la planète. Ça a débuté avec le développement de logiciels libres et open source, mais c’était une pure coïncidence : les développeurs de logiciels ont été les premiers êtres humains à véritablement embrasser l’internet. N’importe quel autre groupe peut aujourd’hui connaître de tels bouleversements : on commence à le voir avec des journalistes, chercheurs, hommes politiques, professionnels de la santé, et aujourd’hui avec des fabricants de voiture… »

Une définition commune du matériel libre (open source hardware, OSHW , ou free libre open source hardware, FLOSH) a été proposée par différents acteurs^[1], permettant de mieux cerner la notion de matériel libre, ainsi que les licences qui s'y appliquent ou sont compatibles avec cette notion :

« Le Matériel OpenSource (OSHW – OpenSource Hardware) est un terme qui regroupe des artéfacts tangibles — machines, dispositifs ou toutes choses physiques — dont les plans ont été rendus publics d’une telle façon que quiconque puisse les fabriquer, modifier, distribuer et les utiliser. Le but de cette définition est de donner des lignes directrices pour le développement et l’évaluation de licences pour du Matériel OpenSource. »

À l’inverse de ce concept de matériel libre, Richard Stallman a souligné que le BIOS des ordinateurs vendus en France est souvent bloqué pour n’être utilisé qu'avec Microsoft Windows : il convient alors de parler de « matériel privateur » qui limite les libertés de son utilisateur^[4]. Le matériel libre est également distinct du matériel fonctionnant avec des logiciels gratuits qui n'ouvrent généralement pas leur code source (logiciels propriétaires).

Nature légale du matériel

Posséder un bien matériel garantit normalement par sa nature la possibilité à des utilisateurs-propriétaires de pouvoir l'utiliser et le modifier comme bon leur semble, dans le cadre de ce qui est autorisé par la loi. La copie et la redistribution ne pose problème qu'en fonction de la part immatérielle du produit (estimée par exemple à 30 % dans le cas d'une voiture).

C'est donc la part immatérielle, souvent indissociable du matériel, qui est concernée par le principe de « matériel libre ».

La licence matériel libre à valeur légale, désigne, le plus couramment, les produits dont la part immatérielle (les informations concernant leur conception, les programmes utilisés, etc.) est libre (utilisable, modifiable et redistribuable librement).

Licence libre

Richard Stallman propose d'adapter les quatre règles du logiciel libre au matériel libre^[5], voici une des adaptations possibles :

• Liberté 1 : La liberté d'utiliser le produit, pour tous les usages.
• Liberté 2 : La liberté d'étudier le fonctionnement du produit (ainsi que des parties logicielles), de réaliser des copies du produit, et de l'adapter à ses besoins.
  • Les schémas de fonctionnement du produit, la liste des pièces, ainsi que le plan de montage doivent être disponibles.
  • Les parties logicielles doivent aussi être libres.
• Liberté 3 : La liberté de réaliser et de redistribuer des copies du dit produit (ainsi que des parties logicielles), donc d'aider son prochain.
• Liberté 4 : La liberté d'améliorer le produit (ainsi que ses parties logicielles) et de publier ses améliorations, pour en faire profiter toute la communauté.

Richard Stallman rappelle que plus généralement ce sont les principes de « Liberté, Égalité, Fraternité » qui sont l'origine du développement du logiciel libre, et subsidiairement pour les licences matériel libre qui découlent de cette philosophie^[6].

Licences matériel libre

• licence matériel libre TAPR : rédigée par l'avocat John Ackermann, examinée par les dirigeants de la communauté des logiciels libres Bruce Perens et Eric S. Raymond, et discutée par des centaines de volontaires dans une communauté ouverte de discussion^[7]. Selon cette licence : Le matériel libre est une chose - un objet physique, soit électrique ou mécanique - dont l'information liée à la conception est disponible et utilisable par le public d'une manière qui permet à quiconque de faire, modifier, distribuer, et utiliser un objet matériel.
• Balloon Open Hardware License: utilisée par tous les projets du Balloon Project.
• CERN Open Hardware License^[8] : soutenue par le CERN et principalement utilisée sur l'Open Hardware Repository.
• Bien qu'à l'origine licence de logiciel, OpenCores encourage l'utilisation de la licence LGPL.
• Hardware Design Public License : écrite par Graham Seaman, admin. de Opencollector.org.

Étapes d'un projet matériel libre

• Avoir une idée de projet, et un minimum de compétence pour le définir.
• Trouver des fonds, certains des projets de matériel libre se tournent vers des plateformes internet de financement participatif.
• Construire une communauté, avoir une bonne documentation est une composante importante dans les projets opensource en général mais c'est encore plus indispensable pour le matériel libre qui nécessite des étapes d'assemblage, la documentation doit contenir le design du matériel libre, ainsi que les montages et diverses étapes d'assemblage.
• Produire ou faire produire.
• Construire l'esprit de marque.

Économie

La magazine Make soutenant le mouvement du matériel libre, a édité une présentation des grandes entreprises du matériel libre, avec leurs évolutions en chiffre d'affaires^[9].

Eric von Hippel démontre qu'il y a deux à trois fois plus d’innovations de la part des consommateurs qu’il n’y en a dans l’industrie^[10].

Arduino est utilisé par des milliers d’artistes, ingénieurs, designers et passionnés désireux de créer des objets ou environnements interactifs, indépendants, c’est en tout cas le plus vendu jusqu'aujourd'hui (plus de 100 000 unités – à partir de 20 $)^[2], démontrant à nouveau qu'il existe un modèle économique crédible hors du brevetage des découvertes.

DIY Drones, lancé par Chris Anderson, est un portail communautaire permettant de développer des drônes à prix compétitif, l'entreprise a généré un chiffre d’affaires de 250 000 dollars la première année, les 2/3 à l’export, et elle espère atteindre le million d’ici trois ans. Ses principaux concurrents ? Lockheed Martin et Boeing, dont elle divise les coûts technologiques par 10, essentiellement en économisant sur les brevets et la propriété intellectuelle, en crowdsourçant la recherche et développement, tout en s’affranchissant de la bureaucratie, des commerciaux, communicants, bureaux, usines… la production étant externalisée dans un TechShop du Colorado.

Dans le même ordre de gain chiffré et de compétitivité, openfarmtech qui vise à faire de l'écologie open source, rapporte que son matériel libre coûte 8 fois moins que ses concurrents fermés.

Lors de sa présentation “Open Everything” au parlement Européen, Michel Bauwens de P2P Foundation a mis en avant que les projets opensource ou libres visent la perfection, soit la meilleure qualité possible, les meilleurs coûts, tout en respectant les contraintes éthiques et écologiques^[11],[12].

Projets de matériel libre

Une liste des projets de matériels open source est consultable sur wikipédia en anglais^[13].

Arts plastiques

• Open Press Project^[14], petite presse adaptée à l'eau forte et la taille douce, ainsi qu'à la linographie et la xylographie en taille d'épargne, à fabriquer avec une imprimante 3D et à assembler soi-même.

Habitat

• (en)WikiHouse : projet ouvert de développement de matériels, de logiciels et de données libres et partagés en vue de la conception et de la réalisation d’habitations avec un niveau requis minimum de compétences ou de formation^[15],[16].

Appareils électroniques grand public

Camera

• Apertus : caméra HD libre^[17],[18].

Baladeur numérique

• LYRE^[19] : baladeur qui utilise le micrologiciel Rockbox (logiciel utilisable sur de nombreux autres baladeurs : Ipod, Archos, Cowon, etc.).
• Butterfly MP3^[20] : baladeur fondé sur l'AVR Butterfly.
• Neuros Digital Audio Computer (mp3)^[21].
• Neuros OSD^[22] Enregistreur vidéo.

Téléphone mobile

• OpenMoko,
• Le projet abandonné en 2010 du MozPhone de la Fondation Mozilla.
• Osmocom Projet d'ouverture des téléphones GSM.

Console de jeux vidéo

• GP2X.
• Pandora.
• Uzebox.

Imprimantes 3D

• Imprimante 3D (RepRap, Fab@home, Makerbot, CandyFab Imprimante FoodPrinting).

Informatique

Voir également une liste exhaustive d'articles de la catégorie « Matériel informatique libre ».

Clavier

• Keyboardio Model01 et Atreus : claviers d'ordinateur ergonomiques.
• Ultimate Hacking Keyboard.

Microprocesseur

Architecture RISC Architecture SPARC :

• LEON, d'architecture SPARC V8, développé par l'Agence spatiale européenne.
• OpenSPARC, créé en 2005 et sous licence GPL.

Architecture ouverte RISC-V, dont certaines implémentations ont vu le jour à partir de 2017, également utilisée au sein de microcontrôleurs (voir ci-dessous).

• LowRISC : projet de SoC libre, fondé sur RISC-V, créé entre autres par un fondateur de Raspberry Pi.
• NOEL-V, évolution de LEON par l'Agence spatiale européenne, développé en Verilog
• Xiangshan de l'Académie chinoise des sciences, développé en Chisel (license libre Mulan)^[23].
• T-Head OpenXuanTie, d'Alibaba Goup, développé en Chisel

OpenRISC, version ouverte de l'architecture Power d'IBM

Microcontrôleur

• Propeller 1 (P8X32A)^[24].
• LicheeTang : carte utilisant un microcontrôleur en FPGA utilisant un Anlogic EG4S20 (cette technologie n'est pas ouverte en elle-même) et fondé sur RISC-V 32bits. Le diagramme du processeur comme de la carte sont sous licence libre^[25].
• Sino:Bit : micro-contrôleur dédié à l'éducation en Chine et créé par Naomi Wu^[26].

Processeur graphique

• OpenGraphics, le site ne répond plus, projet d'abord sur RISC-V, puis sur OpenRISC, puis visiblement abandonné.
• Project VGA, semble abandonné depuis 2008^[27]

EEPROM

L'EEPROM contient ce que l'on appelle un firmware, également appelé BIOS dans le monde x86 sur PC. Il existe des firmwares totalement différents de BIOS, comme sur certains Nettop EEEPC d'Asus, comportant un linux simple intégrant firefox.

x86 :

• OpenBIOS.

ARM :

• En général l'amorcage se fait par Uboot ou CoreBoot/LibreBoot et le firmware contient directement un système Linux (GNU/Linux, Android ou Chrome OS).

Systèmes d’amorçage embarqués

• Coreboot et sa variante Libreboot
• Das U-Boot
• Barebox

Ordinateur

Dans le cas des ordinateurs, est considéré comme matériel libre la disponibilité en licence libre et à sources ouvertes des schémas fonctionnels et plans d'assemblage. Il n'est pas tenu compte ici de la licence des composants, comme dans le monde du logiciel libre, la licence du matériel sur lequel il tourne n'est pas prise en compte.

• Arduino : carte contrôleur programmable permettant de gérer différents types de matériels et de faire des robots et ses dérivés parfois nommés Duino Maple, Pinguino, etc..
• BeagleBone et BeagleBoard-xM : cartes mères fondées sur des SoC d'architecture ARM de Texas Instrument.
• Firefly-RK3288 (licence CC BY 3.0) : fondé sur un Rockchip RK3288^[28].
• Novena
• OLinuXino : carte mère fondée sur différents SoC d'architecture ARM (Freescale iMX233 et AllWinner A13, A10S et A20).
• Parallella
• PowerPC : un ordinateur portable sous licence Open Hardware
• Pine64 : ordinateurs monocartes et netbook.
• Radxa (licence CC BY 3.0)
• Simputer : assistant numérique conçu et lancé en Inde en 2004 afin de proposer un ordinateur simple, peu onéreux et multilingue aux populations rurales
• Touchbook : Smartbook/Netbook^[29].

Remarque :

• Les cartes suivantes ne sont pas libres, les plans d'assemblage et schémas fonctionnels sont ouverts mais n'ont pas de licence, ils ne peuvent donc être sous licence libre : Cubieboard, Cubieboard 2 et Cubietruck.
• Le Raspberry Pi ne fournit ni plan d'assemblage, ni schémas fonctionnels.

Smartphones

• Librem 5 : smartphone et gamme d’ordinateurs de bureau ayant pour but d’obtenir l’approbation de respect du matériel libre Respect Your Freedom (en)^[30].

Musique

• Axoloti : synthétiseur sonore programmable sous forme de petite carte, pouvant être installé dans n'importe quel type de périphérique, fixe ou mobile.
• Modules sonores pour rack de synthétiseur modulaire : Eurorack de Befaco^[31], Monome et Mutable Instruments. Ces modules ont été portés sur la version logicielle, open source également de ce système modulaire, VCV Rack. Il et possible d'interfacer la version logicielle et matérielle via différents ports (USB, MIDI, prise jack 3,5 mm utilisant les signaux CV/gate) et modules.
• Monome 40h : grille reconfigurable de 64 touches rétro-éclairées, utilisée via un port USB. Un lot limité de 500 monome 40h a été produit. Tous les processus de conception, les spécifications de conception, le firmware et les schémas de PCB sont disponibles en ligne^[32].
• OpenStomp : pédale d'effet.
• OTTO : une solution matérielle et logicielle complète avec synthétiseurs, échantillonneurs, effets, séquenceur et looper audio^[33].
• Zoybar, Open Source Guitar^[34],[35].

Nourriture

• CandyFab (en) : imprimante à sucre^[36].
• OpenCola : cola libre^[37].
• Free beer : bière libre^[38].
• Vores Øl : bière libre
• Open Club Mate : thé caféiné allemand libre^[39].

Outils de test électronique

• Pocket Science Lab (ou PSLab) : évolution de xpEYES de la communauté internationale, Open Science Hardware, carte en matériel libre de test d’électronique comportant générateur de tension, générateur d'onde, ainsi que les récepteurs (oscilloscope, voltmètre, etc. Il utilise un microcontrôleur PIC24 de Microchip. Une application libre pour Linux et Android permet de piloter la carte^[40],[41].
• OpenScope : oscilloscope pour l'analyse, fondé sur un microcontrôleur PIC24 de Microchip^[42].

Électronique

• Arduino : carte mère libre avec microcontrôleur permettant de contrôler différents types de matériel électronique ou électromécanique. Ils peuvent être fondés sur des microcontrôleurs AVR 8 bits d'Atmel ou d'autres types tels que STM32 32 bits de STMicroelectronics ou ESP32. Un outil associé permet de gérer une multitude de cartes aux processeurs différents.
• Clones d'Arduino complètement libres : Freeduino, boarduino, Maixduino, Nucleo, Pinguino, etc.
• Cartes utilisant des processeurs ARM et comportant des ports GPIO, aux mêmes fonctionnalités qu'Arduino et dotées de puissance de calcul supérieure (tous les composants de ces processeurs ne sont pas libre, comme dans le cas de l'Atmel d'Arduino).
• Wiring : carte et système qui ont inspiré Processing et Arduino.
• PSLab (ou Pocket Science Lab) est une carte open source d'analyse. Générateur de signal, multimètre, oscilloscope^[43],[44].

Fer à souder

• TS100 : type de fer à souder vendu par différentes marques, comportant une carte utilisant un STM32 de STMicroelectronics. Un firmware sous licence libre, pouvant remplacer celui livré par défaut de Miniware (E-design), utilise FreeRTOS sous sa propre licence et comporte des éléments disponibles sous licence GPLv2 et BSD^[45].
• Pine64 Pinecil, un fer à soudé en Open Hardware utilisant un SoC basé sur RISC-V.

Applications de conception électronique

Circuits imprimés

• Fritzing, schéma
• gEDA, schéma, prototypage et simulation
• KiCad, schéma
• Sigrok, analyse de signal
• SPICE, simulation

Robotique

• le robot humanoïde InMoov
• le robot éducatif Thymio

Drones

• Betaflight (GPL) : principal firmware de cartes de vol des Quadrirotor FPV (les plans sont généralement libre et l'assemblage fait par les pilotes), fork de Clearflight. Il fonctionne sur les microcontrôleurs STM32 (architecture ARM) de STMicroelectronics, pour lequel les pilotes sont ouvertes.
• OpenTX (GPL) : firmware de radiocommande libre, très utilisé dans le domaine des Quadrirotor FPV, notamment dans les radiocommandes Taranis de FrSky.
• Crazyflie (en)^[46].

Antennes radiofréquences

• Antennes de type pagoda (signifiant pagode), antenne open source^[47], que l'on peut également trouver en kit), composée d'un câble coaxial à mémoire de forme, et d'un empilement de disques en circuit imprimé (PCB) à son extrémité^[48].

Radio logicielle

• LimeSDR (zh)

Téléphonie

• OpenBTS^[49] : logiciel libre qui permet de créer un point d'accès GSM. Openbts utilise notamment le logiciel libre asterisk et respecte la norme GSM^[50].
• OpenBSC^[51].

Matériel pour réseau téléphonique

• IP04 IP04 : IP-PBX à 4 ports, utilise Asterisk (double licence GPLv2 + prorpriétaire) et uClinux sur un processeur Blackfin^[52].
• XiVO : IP-PBX avec 4 T0 et 2 ports analogiques, utilise Asterisk qui tourne sur un processeur Intel avec un processeur Tolapai bus TDM^[53].
• Yealink^[54] : téléphones IP certifiés conformes à FreePBX^[55] et OpenIP, testés pour être compatibles avec des solutions libres (dont Asterisk).

Transport