Conférence d'Isam Shahrour sur la "Smart City - Solution innovante pour la ville" donnée à l'Institut de Génie informatique et Industriel (IG2I) à Lens le 23 septembre 2015

1. Smart
City:
Solu.on
innovante
pour
la
ville
Isam
SHAHROUR,
Professeur
Université
Lille1
Directeur
du
Laboratoire
Génie
Civil
et
géo-­‐Environnement
Isam.Shahrour@univ-­‐lille1.fr
IG2I
–
Lens,
23
septembre
2015

2. Ville
• Quar*er
• Parc
de
Bâ*ments
• Bâ*ment
• Réseau
(eau,
électricité,
gaz,..)
• Service
(transport,
déchet,..)
Intelligente
Solu*on
«innovante
»
Intérêt
«collec*f
»
• Usager
• Environnement
• Société
Défis,
difficultés,
ambi*ons

3. Défis
de
la
ville
• Croissance/concentra*on
de
la
popula*on
• Qualité
de
vie
–
accès
aux
services
urbains
• Les
Infrastructures
• Vieillissement
de
la
popula*on

4. Urban
Developing
countries
Urban
–
Developed
countries
Rural
Developing
countries
Croissance
de
la
popula*on
urbaine

5. En
2030:
• Près
de
2
milliards
de
nouveaux
résidents
dans
les
villes.
• La
popula*on
urbaine
de
l'Asie
du
Sud
et
en
Afrique
va
doubler.
• 400.000
km2
seront
construits
en
zone
urbaine
(doublement
de
la
surface
construite
dans
le
monde)

6. World
map
of
mega-­‐ci.es
in
2030
Concentra.on
dans
des
grandes
métropoles

7. En
perspec.ve,
des
villes
de
plus
de
50
millions

8. • Croissance/concentra*on
de
la
popula*on
• Qualité
de
vie
–
accès
aux
services
urbains
• Les
Infrastructures
• Vieillissement
de
la
popula*on
Défis
de
la
ville

9. • 1
milliard
sans
accès
aux
services
d'eau
potable
• Fuite:
50%
d'eau
perdue
dans
certaines
villes
• Grande
dégrada*on
de
la
qualité
de
l'eau
Eau
potable

10. • 2,4
milliards
sans
accès
au
service
d’assainissement
• inonda*on,
santé
publique
• Pollu*on
des
sols
et
de
l'eau
Service
d’assainissement

11. En
2035
(Agence
Interna.onale
de
l’Energie):
1
milliard
sans
accès
au
service
d’électricité
Service
d’électricité

12. Le
transport
:
Des
heures
dans
les
bouchons
:
perte
de
temps,
consommaIon
d’énergie
et
émission
de
polluIon

13. Qualité
de
l’air
La
pollu*on
de
l’air
tue
près
de
7
million
chaque
année
(OMS)

14. Harbin,
Chine,
Octobre
2013
Indice
qualité
de
l’air
:
PM2.5
>
500
20
fois
>
Seuil
de
l’OMS

16. Pollu.on
de
l’
air
Paris,
Mars
2014

18. La
ville
80%
du
gaz
à
effet
de
serre
Réchauffement
clima.que

19. Défis
de
la
ville
• Croissance/concentra*on
de
la
popula*on
• Qualité
de
vie
–
accès
aux
services
urbains
• Les
Infrastructures
• Vieillissement
de
la
popula*on

20. Infrastructures urbaines

21. Electricité
:
• Ligne
haute
tension:
600
000
km
• Ligne
basse
tension:
670
000
km
• Transformateur:
726
000
Bâ*ment
et
infrastructures
en
France
Eau
:
• Réseau
d’eau
portable
:
1
050
000
km
• Réseau
d’assainissement
:
370
000
km
(un
patrimoine
de
près
de
200
milliards
d'euros)
Logement
:
Près
de
34
millions

22. 80%
(France)
Vieillissement
des
infrastructures

23. 10
mars
2015
Vieillissement
des
infrastructures

24. Vieillissement
des
infrastructures
Etats
Unis,
Rapport
ASCE,
2013

25. Pays
en
voie
de
développement
:
De
géants
besoin
d’inves*ssement
dans
les
infrastructures

26. Besoin
annuel:
1,8
à
2,3
trillions
Transport
Electricity
Water
Telecom

27. Défis
de
la
ville
• Croissance/concentra*on
de
la
popula*on
• Qualité
de
vie
–
accès
aux
services
urbains
• Les
Infrastructures
• Vieillissement
de
la
popula*on

28. Vieillissement
de
la
popula.on
• Santé
• Main*en
à
domicile
• Services
personnalisés
Tau
de
dépendance

29. Pour
résumer
Pays
développés
Enjeux
de
vieillissement
:
• des
infrastructures,
• de
popula*on,
•
de
méthodes
de
ges*on
Exigence
accrue
en
qualité
de
vie
Croissance
économique
Pays
en
voie
de
développement
:
• Croissance
urbaine
(2
milliards
dans
les
prochaines
années
• Gros
besoin
en
infrastructures
et
services
• Financement
Monde
:
• Emission
de
gaz
à
effet
de
serres,
réchauffement
clima*que

30. Croissance
urbaine
Patrimoine
Vieillissement
Pollu.on
Gouvernance
Exigence
accrue
Socio-­‐responsable
Eco-­‐responsable
Future
généra.on
Crise
financière
Enjeux
:
transformer
la
ville
Opportunité
:
Muta.on
Numérique
(Smart
City)

31. Concept
Smart
City

32. Milieu
urbain
Partage

33. Santé,
Educa*on,
Culture,….
Autres
données

34. Ville
«
Intelligente
»
Suivre
en
temps
réel
les
infrastructures
Améliorer
la
Sécurité
Ges.on
op.male
Interagir
avec
les
usagers,
Usagers
acteurs
de
leur
ville
Modèles
d’aide
à
la
décision

35. ExpérimentaIon
(Démonstrateur)
Implémenter
dans
la
ville
?

36. Collec.vités
:
AMGVF
LMCU,
Région,
ArtoisComm
Interna.onal:
W-­‐Smart
New
York
University
Pays
Bas
(Vitens)
Grande
Bretagne
(Thames)
Espagne
(Acciona)
Opérateurs
:
• Eaux
du
Nord/Suez
• Eaux
de
Paris
• Dalkia
• ERDF
• Eiffage
Energie
• Lille
Métropole
Habitat
Laboratoires
de
recherche
:
Ingénierie,
STIC,
Sciences
sociales
Forma.on
:
Master
(…),
Mastère
CréaCity
Diplômes
d’ingénieurs
Centres
d’innova.o,
pole,…
Pole
Ubiquitaire
CITC
–EURARFID
PRN
Starts-­‐ups
:
Stereograph,
Noolikc,
Inodesign,
Calmwater,
Planete
oui,
IXsane
Partenaires
du
projet
SunRise

37. Pe.te
ville
(110
Hectares)
• 25
000
usagers
• 140
bâ*ments
(320
000
m2)
• 100
km
de
réseaux
urbains
Projet
SunRise
«Cité
Scien.fique»

38. Campus
Construit
en
1967

39. C1
–
Chimie
(1966)
Polytech’Lille
(2000)
IUT
(2006)
Learning
Center
(2016)
Bâ*ment
D
(Rénova*on
/Extension,
2019)

40. 100
km
de
réseaux
• Eau
potable
• Assainissement
• Chauffage
urbain,
• Gaz
• Électricité
(HT,
BT)
• Eclairage
public
• Voiries

41. Plateforme
de
pilotage
Système
d’informa.on
• Données
de
patrimoine
(SIG)
Ou.ls
d’analyse
Communica.on
Serveur
web
• Equipes
Techniques
• Equipes
de
ges.ons
• Usagers
• Equipes
Académiques
Architecture
du
système
«SunRise
»
Communica.on
:
• Réseaux
filaires
• Réseaux
sans
fils
• Bâ.ments
• Réseaux
urbains
Mesure
et
contrôle
des
infrastructures
• Mesures
capteurs
Autres
Données
• Environnement
• Transport
• ISecours
• Autres
données

42. Travail
Réalisé
1)
Système
d’informa.on
:
• Réseaux
urbains
et
bâ*ments
dans
un
SIG
(80
%
du
patrimoine)
• Instrumenta*on
des
réseaux
• Collecte
des
données
de
fonc*onnement
2)
Analyse
des
données
3)
Premiers
résultats
et
recommanda.ons

43. Système
d’informa.on
On
dispose
d’un
système
d’informa.on
digitalisée,
vérifiée
sur
le
terrain,
comportant
les
données
sur
les
réseaux,
leurs
équipements
et
les
données
d’interven*on
Electricité
Chauffage
Assainissement
Eau
potable

44. Eau
potable

45. Réalisa.ons:
1)
Laboratoire
commun
(CEA-­‐LIST,
W-­‐Smart,
KWR)
2)
Chaire
Interna*onale
(Région)
3)
Cheire
industrielle
(Eaux
du
Nord
/Suez)
4)
Projets
INCOM
et
Bio
Smart
(Eaux
du
Nord,
CEA-­‐LIST,
Eaux
de
Paris,
W-­‐Smart,
Vitens

46. TWUL
Demo
site
London
Smart
Caceres
Caceres
VIP
Leeuwarden
Sunrise
Lille
Projet
Européen
SmartWater4Europe

47. • 90 compteurs télé-relevés
• 6 Capteurs de pression
16
km
de
réseaux

48. Consomma.on
bâ.ment
P2
-­‐
Mai
2014

49. Intellisonde
Qualité

50. Pilote
en
laboratoire

51. 108
UFC/ml
107
UFC/ml
108
UFC/ml
108
UFC/ml
107
UFC/ml
107
UFC/ml
Injec.on
of
E.
Coli
105
CFU/ml
106
CFU/ml
107
CFU/ml
108
CFU/ml
Turbidity
(S:Scan)

52. Chauffage
Urbain

53. SunRise
Site pilote de la ville
intelligente et durable
Réseau
d'eau
Réseau
de
chauffage
Système
de
chauffage
Centre
de
produc.on
de
la
chaleur

54. Sta.ons
d’échange
-­‐ Mesure
des
consomma.ons
et
des
paramètres
de
pilotage
-­‐ Pilotage
local

55. Exemple
:
Bâ.ment
«M1»
Consomma.on
Température
extérieure

56. Courbe
de
chauffe
Jours
de
la
semaine
Jours
de
weekend

57. Consomma.on
«
théorique
»
avec
une
régula.on
«
op.misée
»
par
tranche
horaire
?
Régula.on
par
tranche
horaire
?

58. Synthèse:
On
peut
améliorer
d’une
manière
sensible
les
performances
du
système
de
chauffage:
-­‐ Améliorer
certains
équipements
techniques
(traitement
d’air,..)
(Energie
et
Santé..)
-­‐ Moderniser
le
système
de
régula.on
(Smart)
-­‐ Intégrer
l’occupa.on
des
locaux
par
tranche
horaire

59. Décisions:
2)
Lors
du
renouvellement
du
contrat
de
chauffage
(2016)
• Passer
à
un
réseau
de
chauffage
intelligent
(Economie
de
l’ordre
de
20%)
• Inves*ssement
important
(équipement,
régula*on,..)
financé
par
les
économies
1)
Mise
en
place
d’une
cogénéra.on
(2015)

60. Réseau
Electrique

61. Electrical
Grid
Network
A2
M6
HT
(20
kV)
LT
Supply
FAULT

62. Sous-­‐Sta.ons
H.T
(20
kV)
• Passage
MT
-­‐
BT
• Mesure
des
consomma.ons
et
des
paramètres
de
pilotage
• Pilotage

63. Current
Levels
Minimum
On Sun 9/7/2014 110 A
Average
213 A
Maximum
On Tue 10/21/2014 414 A
Résidence
Bachelard

64. Demande
de
charge
0
1
000
2
000
3
000
4
000
5
000
6
000
Friday,
March
01,
2013
Monday,
April
01,
2013
Wednesday,
May
01,
2013
Saturday,
June
01,
2013
Monday,
July
01,
2013
Thursday,
August
01,
2013
Sunday,
September
01,
2013
Tuesday,
October
01,
2013
Friday,
November
01,
2013
Sunday,
December
01,
2013
Wednesday,
January
01,
2014
Saturday,
February
01,
2014
Saturday,
March
01,
2014
Tuesday,
April
01,
2014
Consump.on
]kWh]
Date
Fixed
Demand
Charge
V.S.
Real
Demand
Charge

65. Suites
:
• Analyse
des
réseaux
secondaires,
vérifica*on
dans
les
bâ*ments
• Recommanda*ons
«travaux»
• Programma*on
du
fonc*onnement
de
certains
équipements
??
• Réduire
la
puissance
d’abonnement
??
Programme
de
rénova.on
de
l’éclairage
extérieur
(2016)
(Smart
Système)
Economie
de
30
à
40
%

66. Développements
en
cours
c

67. Réseaux
urbains:
• Réseau
d’assainissement
• Eclairage
public
Développements
en
cours
ou
à
venir
CROUS
:
• Résidences
universitaires
• Restaurant
Universitaire
Réseau
social
(SunRise)
• Nouveaux
services,
informa.ons,..
• Interac.on
avec
les
usagers
• sensibilisa.on,..
Mobilité
• Naviga.on
extérieure
• Naviga.on
intérieure
• Personnes
à
mobilité
réduite

68. Les
pistes
de
développement

69. Capteurs
-­‐ Energie
-­‐ Miniaturisa.on
-­‐ Mul.
paramètres
-­‐ Bio,
chimie,..
??
-­‐
Intelligence
intégrée
-­‐ Communica.on
(portée,..)
-­‐ Interac.on
M&M
-­‐ Design
-­‐ Fiabilité
,
sécurité
-­‐ Localisa.on,
densité
-­‐ Coût
Ac.onneurs
Capteurs
Capteurs
• Fiabilité
• Sécurité
• Couverture
• Stockage
• Analyse
(spa.ale,
temporelle,..)
• Appren.ssage
• Interac.on
usagers
(graphique,
RV,
RA,…)
• Sécurité