Smart city : solution innovante pour la ville- IG2I

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

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

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

Urban Developing countries

Urban – Developed countries

Rural Developing countries

Croissance de la popula*on urbaine

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)

World map of mega-‐ci.es in 2030

Concentra.on dans des grandes métropoles

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


Défis de la ville

•  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

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

Service d’assainissement

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

Service d’électricité

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

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

Harbin, Chine, Octobre 2013 Indice qualité de l’air : PM2.5 > 500

20 fois > Seuil de l’OMS

Pollu.on de l’ air

Paris, Mars 2014

La ville 80% du gaz à effet de serre

Réchauffement clima.que

Défis de la ville


Infrastructures urbaines

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

80% (France)

Vieillissement des infrastructures

10 mars 2015

Vieillissement des infrastructures

Vieillissement des infrastructures Etats Unis, Rapport ASCE, 2013

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

Besoin annuel: 1,8 à 2,3 trillions

Transport

Electricity

Water

Telecom

Défis de la ville


Vieillissement de la popula.on

•  Santé •  Main*en à domicile •  Services personnalisés

Tau de dépendance

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

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)

Concept Smart City

Milieu urbain Partage

Santé, Educa*on, Culture,….

Autres données

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

ExpérimentaIon (Démonstrateur)

Implémenter dans la ville ?

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

Pe.te ville (110 Hectares) •  25 000 usagers •  140 bâ*ments (320 000 m2) •  100 km de réseaux urbains

Projet SunRise «Cité Scien.fique»

Campus Construit en 1967

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

Learning Center (2016) Bâ*ment D

(Rénova*on /Extension, 2019)

100 km de réseaux

•  Eau potable •  Assainissement •  Chauffage urbain, •  Gaz •  Électricité (HT, BT) •  Eclairage public •  Voiries

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

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

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

Eau potable

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

TWUL Demo site London

Smart Caceres Caceres

VIP Leeuwarden

Sunrise Lille

Projet Européen SmartWater4Europe

•  90 compteurs télé-relevés

•  6 Capteurs de pression

16 km de réseaux

Consomma.on bâ.ment P2 -‐ Mai 2014

Intellisonde

Qualité

Pilote en laboratoire

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)

Chauffage Urbain

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

Sta.ons d’échange

-‐  Mesure des consomma.ons et des paramètres de pilotage

-‐  Pilotage local

Exemple : Bâ.ment «M1»

Consomma.on Température extérieure

Courbe de chauffe

Jours de la semaine Jours de weekend

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

Régula.on par tranche horaire ?

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

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)

Réseau Electrique

Electrical Grid Network

A2

M6

HT (20 kV)

LT

Supply

FAULT

Sous-‐Sta.ons H.T (20 kV)

•  Passage MT -‐ BT •  Mesure des consomma.ons et

des paramètres de pilotage •  Pilotage

Current Levels

Minimum On Sun 9/7/2014 110 A

Average 213 A

Maximum On Tue 10/21/2014 414 A

Résidence Bachelard

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

Consum

p.on

]kWh]

Date

Fixed Demand Charge V.S. Real Demand Charge

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 %

Développements en cours

c

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

Les pistes de développement

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

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