Cours "Ville et territoires intelligents : l’innovation au service de l’action publique...

Cours« Villeetterritoiresintelligents »Cycle« DirecteursGénéraux »

« L’innovationauservicedel’actionpubliquelocale»INETdeStrasbourg,7Juin2016

ProfesseurIsamShahrourUniversitéLille1– SciencesetTechnologies

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INET Strasbourg

Ville

• Quartier• ParcdeBâtiments• Bâtiment• Réseau(eau,électricité,gaz,..)• Service(transport,déchet,..)

Intelligente

Solution«innovante »Intérêt«collectif »

• Usager• Environnement• Société

Défis,difficultés,ambitions

Plan• Défisdelaville• Conceptde« VilleIntelligente»• EtatdelieudeprojetsSmartCitydanslemonde• Démarchepourdémarrerunprojetdeville

intelligente• Projetdedémonstrateur– SunRiseSmartCity

Plan• Défisdelaville• Conceptde« VilleIntelligente»• EtatdelieudeprojetsSmartCitydanslemonde• Démarchepourdémarrerunprojetdeville

intelligente• Projetdedémonstrateur– SunRiseSmartCity

Démographie:Croissanceurbaine

UrbanDevelopingcountries

Urban–Developedcountries

RuralDevelopingcountries

En2030:• Prèsde2milliardsdenouveauxcitadins• Lapopulationurbainedel'AsieduSudeten

Afriquevadoubler• Besoinde400.000km2 deconstructionsensite

urbain(doublementdelasurfaceconstruitedanslemonde)

Paysenvoiededéveloppement:

Concentration dans des grandes villes

Enperspective,desvillesdeplusde50millions

Vieillissementdelapopulation

50à70%

Laville:• 70%duPIBmondial...• 600métropolesgénèrent60%duPIBmondial• 95%delacroissancedelapopulationdanslespaysenvoiededéveloppement

Concentrationdel'activitééconomique

Conséquencesdelacroissancedémographique

Augmentationde:• Pressionsurlesservicesetlesinfrastructures• Pressionsurlesressourcesnaturelles(énergie,

eau,matériauxdeconstruction...)Pr• Pollution(air,sol,eau,..)• Tensionssociales,…

Augmentationdelademandepour:• Nouvellesconstructions(logements,services,

industrie,...)• Infrastructures(routes,énergie,eau,

communication,collecteettraitementdesdéchets,..)

• L'adaptationdesinfrastructuresexistantesauxbesoinsd'aujourd'hui.

Conséquencesdelacroissancedémographique

Infrastructures Urbaines

Electricité:• Lignes haute et basse tensions: 1 300 000 km

(32 fois la circonférence de la terre)• Transformateur:726000

BâtimentetinfrastructuresenFrance

Eau:• Réseaud’eauportable:1050000km• Réseaud’assainissement :370000km(unpatrimoinedeprèsde200milliardsd'euros)

Logement:Prèsde34millionsd’unités

Laville:unsystèmevivant

InfrastructuresenFrance

80%(France)

Vieillissementdesinfrastructures

10mars2015

Vieillissementdesinfrastructures

Letransport

Infrastructuresfortementdégrées(D+)

EtatsUnis:

(ASCE,2013)

Eaupotable• 1milliardsansaccèsauxservicesd'eaupotable• Fuite:50%d'eauperduedanscertainesvilles• Grandedégradationdelaqualitédel'eau

Paysenvoiededéveloppement

Assainissement:• 2,4milliardssansaccèsauserviced’assainissement• inondation,santépublique• Pollutiondessolsetdel'eau

Paysenvoiededéveloppement:

Besoinannuel:1,8à2,3trillions

Transport

Electricity

Water

Telecom

PollutionPollutiondel’airtueprèsde7millionchaqueannée(OMS)

Gazàeffetdeserre

Laville:70%delaconsommationd’énergie80%del’émissiondugazàeffetdeserre

Plan• Défisdelaville• Conceptde« VilleIntelligente»• EtatdelieudeprojetsSmartCitydanslemonde• Démarchepourdémarrerunprojetdeville

intelligente• Projetdedémonstrateur– SunRiseSmartCity

• Réduirelesconsommationd’énergie• Réduirel’émissiondugazàeffetdeserre• Préserverlesressourcesnaturelles• Améliorerlecadredevie(patrimoine,services,…)

Transformerlaville

Transformerlaville:versunevilledurable

Transformer lesinfrastructures:• Trèslargesinvestissements• Temps« long »

Transformer lesméthodesdegestion:• Desinvestissementsmodérés• Temps« court/moyen»

Rôlededel’innovationtechnologiqueetnontechnologique?

Composantes(Physique)?Contenusetusage?Desexemples?

Lavilleconnectée,c’estquoi?

Innovation« majeure»pourlaville

TechnologieNumérique

Internet

RéseauxSociaux

Capteursintelligents• Mesurer• Analyser• Communiquer• Fairedesactions

Technologie NumériqueInternetdesobjets

Capteursintelligents

VoirAnalyserComprendreAméliorer

Tempsréel

Technologienumériquedanslaville

Technologie IntelligenceCollective

NouveauxServices:Education,santé,culture,tourismes,mobilité

Améliorer:• Lesperformances• Lasécuritédefonctionnement• L’organisationdessecours• L’Information/implicationdesusagers• Larésilience

DévelopperdenouveauxServices:• Education,santé,culture,• Administration• Mobilité/logistique• Télétravail• « Ubersisés »

Plan• Défisdelaville• Conceptde« VilleIntelligente»• EtatdelieudeprojetsSmartCitydanslemonde• Démarchepourdémarrerunprojetdeville

intelligente• Projetdedémonstrateur– SunRiseSmartCity

1er projet:Italie,2005,projetTeleogestore

1er réseauSmartGrid :• Compteurélectronique,• PLCCommunications• LVconcentrateur• Coût2,1billionsd’Euros• Economieannuelle500millionsd’euros

SmartCityenEUROPE

Lesvillesjouentdeplusenplusunrôleimportantdanslasociétéetl’économies,enraisonde:• Uneurbanisationcroissante• Lerenforcementdel’économiedesavoir• Lapartcroissantedelavilledansla

consommationdesressourcesetémissiondepollutions.

Pourquoi?

Pouratteindrelesobjectifsdelapolitiquepublique:• Lesvillesdoiventchangerdemodèlede

développement,• Entempsdebudgetsserrés,cechangementdoitêtre

réaliséd’unemanièreintelligente:

Nosvillesdoiventdevenirdes«villesintelligentes».

Pourquoi?

EU’s 20/20/20energy andclimate targetsIn2020(compared to1990):

• 20%reduction inCO2emissions• 20%coming from renewables• 20%increase inenergy efficiency.

Contributionà3objectifsdel'Europe:• Améliorationsignificativedelaqualitédevie

descitoyens,• Renforcementdelacompétitivitédel'industrie• Objectif20/20/20del’Europe

Cetobjectifpeutêtreatteintparlacréationd’unmodèleintégrant:- Laproduction,letransportetlaconsommationde

l’énergie.- Lamobilitéetletransport- Latechnologiedel’informationetdela

communication.quisontintimentliées

Stockholm:TrafficCongestion

Citytrafficdecreaseby18%CO2emissiondecrease14-18%

SmartCityinUnitedStates

SmartGrid– NEMAReport(2011)

NEMA:Associationofelectricalandmedicalimagingequipmentmanufacturers(US)

Infrastructuresfortementdégrées(D+)

EtatsUnis:

(ASCE,2013)

SmartGrid– NEMAReport(2011)

SmartGrid– NEMAReport(2011)

Novembre2013

SmartCityinINDIA

July18,2014

SmartCityJAPAN

RiodeJaneiroSmartCityIBM,January2011

RioOperationsCenter(controlroom)• Initialfocuswasfloods,soilslidingandemergency• Thescopeconsiderablyextendedto:transportation,water,weatherandenergy

SmartCityinAfrica

2014

64

Ecoute

65

Ecoute

Ecoute

OrientationStratégique

OrientationStratégique

69

76

AMSTERDAM– SmartCity(ASC)

Amsterdam:Prixdel’innovation2016delaCommissionEuropéennes

SmartCity:8Catégories• Mobilité• Vie• Société• Aires• Economie• Big Data• Infrastructure• IivingLab•

SmartCity:Partenaires

- EntitésgouvernementalestelsqueAEB(déchets),Alliander NV(Energie)

- Organisationnon-gouvernementales- Citoyens

Audémarrage(2009):leprojetportaitsuruneapprocheécologiquedesinfrastructures

Avec16projets,réductiondel’énergiede13%.

CréationenAvril2013de«InternationalTechnology Institute »avecnotammentuninstitutderecherchesurlessolutionsurbaines(50millions€)

AudémarragedelamissiondeBaron,lavaillea• 32départementsavecleurspropres« domaines »• 1200Basesdedonnées

CréationdudépartementrechercheetStatistiques• 50chercheurs• 20à30tempspartiels

Baron:• «Les« prestataires »quiproposentdesservices

« SmartCity »,neconnaissentpasbienlaville.

• Grandedifférenceentrelaperceptiondufonctionnementdelavilleetsonfonctionnementréel

Processus• Travailparitérations• DéploiementdeLivingLab• Desdéceptionsetdequestionnement

Leprojet« SmartAmsterdam»asurvécuauchangementduconseilmunicipal

Eclairagepublic:unprojetprometteur• Accordentrelavilleetplusieursopérateurssignéen2016• Démonstrateur prèsdeAren Astadium• Eclairageadaptatif,WI-FIpublicetsuividelaqualitédel’air

Untravailintéressantsurleparking:• Payementpartéléphone• Partaged’informationentempsréel

Baron:• Après7ans,onafaitungrandtravailaveclesdonnées,maisnoussommesq’au débutdelatransformation.

• Denombreusesvillesnesontpasencoredanslaphasedetransformation

Desdifficultés:• Lesvillesontdesdifficultéspourcontrôlerlesdonnées• Lesvillesontdescitoyenspasdeconsommateurs• Lesvillesopèrentdansuncontextepolitique,quipeutréduirelesoptionsoupousseràdeschoixdecourtterme

• Ellessontconfrontéesàdesproblèmesderéglementations,bureaucratie,découpage,

Ilesttrèsdifficilededevenirsmartdanscesconditions

Plan• Défisdelaville• Conceptde« VilleIntelligente»• EtatdelieudeprojetsSmartCitydanslemonde• Démarchepourdémarrerunprojetdeville

intelligente• Projetdedémonstrateur– SunRiseSmartCity

Phase1:Identifierlesbesoins,établirunestratégie:- Comprendrelesbesoinsetlesdéfis- Définirlespriorités- Etablirunmodèledegouvernance

Construireunprojet“SmartCity”

Phase2:Construireunsystèmed’information• Collecterlesdonnéesdepatrimoine(infrastructures,

bâtiments,..)etlesstockerdansunebaseSIG• Instrumenter lessystèmesurbainsconcernés (

infrastructures,bâtiments,espacepublic,..)• Collectiondesdonnées concernantl’environnement

urbainetlesusages.

Phase3:SystèmedecommunicationAssurerlacommunication:

• Entrelesobjets• Entrelesusagers(publicsconcernés)• Entrelesusagersetlesobjets• Entreles(usagersetlesobjets)etdesserveurs• Entrelesserveursetlespublicsconcernés

Phase3:SystèmedecommunicationEngénéral,lesystèmedoit:• Combinerdesréseauxfilairesetnonfilaires• Intégrerunediversitédecapteursetde

protocolesdecommunication• Fiable(assurerlatransmissiondesdonnéeset

leursécurité)• Afaibleconsommationd’énergie

Phase4:AnalysedesdonnéesDévelopperdeslogicielsetunsavoir-fairepouranalyserunegrandequantitédedonnées:

² Tempsréel² Donnéeshistoriques² Donnéesspatiales² Apprentissage

Phase5:Développerdesprocéduresetprotocolespour:

• Lagestionoptimale• Lasécuritédefonctionnement• Impliquerlesusagers• Développerdenouveauxservices

Stratégiepourlesdécideurs:• Utiliserlesdonnéesetlesanalysespourétablir

unmodèle(stratégie)pourledéveloppementurbain(investissement,…)

• Innoverdanslemodèlesocio-économique(impôts,incitations,partenariatpublic– privé..)

• Amélioration• Elargissement• Nouveauxservices

Procedureitérative

Implémentation

Vérification

Retourd’usage

Usage

Plan• Défisdelaville• Conceptde« VilleIntelligente»• EtatdelieudeprojetsSmartCitydanslemonde• Démarchepourdémarrerunprojetdeville

intelligente• Projetdedémonstrateur– SunRiseSmartCity

Expérimentation(Démonstrateur)

Implémenterdanslaville?

SunRiseCommunauté:chercheurs,doctorantsetétudiant,Avril2014

Petiteville(110Hectares)• 25000usagers• 140bâtiments(320000m2)• 100kmderéseauxurbains

ProjetSunRise«CitéScientifique»

C1– Chimie(1966) Polytech’Lille(2000)IUT(2006)

LearningCenter(2016)BâtimentD

(Rénovation/Extension,2019)

100kmderéseaux

• Eaupotable• Assainissement• Chauffageurbain,• Gaz• Électricité(HT,BT)• Eclairagepublic• Voiries

PlateformedepilotageSystèmed’information

• Donnéesdepatrimoine(SIG)

Outilsd’analyse

CommunicationServeurweb

• EquipesTechniques• Equipesdegestions• Usagers• EquipesAcadémiques

Architecturedusystème«SunRise»

Communication:• Réseauxfilaires• Réseauxsansfils

• Bâtiments• Réseauxurbains

Mesureetcontrôledesinfrastructures

• Mesurescapteurs

AutresDonnées

• Environnement• Transport• Secours

• Autresdonnées

TravailRéalisé1)Systèmed’information:

• RéseauxurbainsetbâtimentsdansunSIG(80%dupatrimoine)• Instrumentationdesréseaux• Collectedesdonnéesdefonctionnement

2)Analysedesdonnées3)Premiersrésultatsetrecommandations

Systèmed’informationOndisposed’unsystèmed’informationdigitalisée,vérifiéesurleterrain,comportantlesdonnéessurlesréseaux,leurséquipementsetlesdonnéesd’intervention

ElectricitéChauffage

AssainissementEaupotable

Eaupotable

Objectifs:• Détectionetlocalisationdesfuites• Contrôleentempsréeldelaqualitédel’eau

(contamination)• Informer,sensibiliseretinteragiraveclesusagers

TWULDemositeLondon- UK

SmartBurgosBurgos-Spain

VIPLeeuwarden-Netherlands

SunriseLille- France

ProjetEuropéenSmartWater4Europe

Présentationduréseau

• 15 km de conduites

• 100 compteurs télé-relevés

• 5 Capteurs de pression

VHF169MHz

Portailderestitutiondesdonnées

GPRS

Systèmedecollectededonnées

ConsommationbâtimentP2- Mai2014

Suividesfuites

Intellisonde

Contrôleentempsréeldelaqualitéd’eau

Piloteenlaboratoire

Injection

Pointdemesure

119

108UFC/ml

107UFC/ml

108UFC/ml

108UFC/ml

107UFC/ml

107UFC/ml

InjectiondebactériesE.Coli

105 CFU/ml106 CFU/ml107 CFU/ml108 CFU/ml

Turbidity(S:Scan)

Réseaud’assainissement

(Séparatif)

ChauffageUrbain

Réseau de Chauffage

123

PrésentationChaufferie

Conduites

Sous station P1automate

Télé relève

• Réseauprimaire:4,5*2km• Réseausecondaire:4*2km• (galerietechnique)• 37sous-stationsprimaires

37 sous stations primaires

125

Echangeur

Electro- vanne

CapteursTempératurePression

Automate - Compteur

bâtiment P1

ArchitecturedubâtimentM1

126

Consommations&températuresjournalières(2009)

CorrélationConsommation JournalièresM1Joursdelasemaine

RMSE=1.199R²=0.854

128

CorrélationConso.JournalièresM1Joursdeweekend

RMSE=1.181R²=0.827

129

Consommations– besointhéorique

SuiteSunRise2016:Miseenplaced’unecogénérationFinancementprivé

Appeld’offrepouruneDSPavecpourobjectif:- Passageàunréseauintelligent- MixteEnergétiqueFinancementparleséconomies

RéseauElectrique

ElectricalGridNetwork

A2

M6

HT(20kV)

LT

Supply

FAULT

Sous-StationsH.T(20kV)

• PassageMT- BT• Mesuredesconsommations et

desparamètresdepilotage• Pilotage

CurrentLevels

MinimumOn Sun 9/7/2014 110 A

Average 213 A

MaximumOn Tue 10/21/2014 414 A

RésidenceBachelard

Demandedecharge

0

1 000

2 000

3 000

4 000

5 000

6 000

Friday,March 01,

2013

Monday,April01,2013

Wednesday,May01,2013

Saturday,June 01,2013

Monday, July01, 2013

Thursday,August 01,

2013

Sunday,September01, 2013

Tuesday,October 01,

2013

Friday,November01, 2013

Sunday,December01, 2013

Wednesday,January01,

2014

Saturday,February 01,

2014

Saturday,March 01,

2014

Tuesday,April01,2014

Consum

ption]kWh]

Date

FixedDemandChargeV.S.RealDemandCharge

Suites :• Analysedesréseauxsecondaires,vérificationdanslesbâtiments• Recommandations«travaux»• Programmationdufonctionnementdecertainséquipements??• Réduirelapuissanced’abonnement ??

Programmederénovationdel’éclairageextérieur(2016)(SmartSystème)

Economiede30à40%