Séminaire organisé par le Centre marocain de la production propre à Casablaca le 23 septembre 2014

1. Les villes
intelligentes
Enjeux et méthodologie de
modélisation
Pr. Claude Rochet
Claude.rochet@univ-amu.fr
Casablanca le 23 septembre 2014

2. Sommaire
• La ville intelligente: pourquoi?
Comment?
• La ville intelligente comme système
• Méthodologie
• Où en sommes nous?

3. Smart: une boucle cybernétique
d’apprentissage
Action Effet
Rétroaction
De 0,0001sec. à 1 génération
Capteurs
Données
TraitementInterprétation
Usage
Décision
Technologies
Sciences sociales

4. Les villes anciennes étaient
intelligentes
17/11/2014
Bien commun
Vivere politico
Bien économique
Bien individuel

5. Comment la ville est devenue non
durable?
• La frontière de ce système et celle entre la ville et ses
périphéries. La II° révolution industrielle permet la « mort de la
distance » qui n’est plus l’élément structurant de ces
écosystèmes territoriaux.
• Conséquence : croissance de la consommation d’énergie et
urbanisation dysfonctionnelle – entre les fonctions d’habitation,
de travail, d’administration.
• Ce modèle urbain est non-durable en ce qu’il ne peut gérer la
réduction des atteintes à l’environnement (consommation de
ressources fossiles et production de déchets), les atteintes à
son propre capital social et humain et devient un obstacle
au développement.
une approche par la modélisation
systémique

6. L’efficience de la ville croît avec sa taille… et
ne meurt jamais!
Efficiency
L’efficience de la production de la ville
est suPRAlinéaire en TOUT: x 1,15
Le coût des infrastructures de la
ville est suBlinéaire: x 0,75La question de la frontière
(dedans  dehors) est
primordiale en ingénierie système
des villes
Geoffrey West:

7. Le coût de la ville inintelligente
Le coût de l’obsolescence des infrastructures aux Etats-Unis :
• 28 milliards de litres d’eau potable perdus par jour du fait des fuites des
réseaux.
• 40 milliards de litres d’eau usée non traitée rejetés dans les canaux chaque
année
• 254 millions de tonnes de déchets solides.
• 4 milliards d’heures perdus par an par les automobilistes chaque année,
avec leur coût en temps et en carburant.
• Un pont sur quatre est soit structurellement déficient soit
fonctionnellement obsolète.
• La demande d’électricité s’est accrue de 25% depuis 1990, pesant sur les
réseaux de transport et de distribution.
• Source : Association américaine des ingénieurs civils

8. Un modèle économique non durable
Les
économies
du court
terme sont la
faillite à
moyen terme

9. Les fausses pistes
• Masdar (Abou-Dahbi), Songdo
(Corée)…
• Des démonstrateurs « techno-
pushed »
• Le citadin est une variable
d’ajustement
• Pas d’enracinement dans la
« vraie vie » et dans l’histoire
• Pas de vision évolutionniste du
système urbain

10. Les échecs
• Les cités jardins:
- Une conception hiérarchique
non systémique
- Pas d’interactions avec
l’environnement et le
territoire
- Pas de capacités d’évolution

11. Sommaire
• La ville intelligente: pourquoi?
Comment?
• La ville intelligente comme système
• Méthodologie
• Où en sommes nous?

12. Notre approche: une vision
évolutionniste de la ville
• Penser de la ville durable à partir de la
recherche des synergies entre ses fonctions
économiques, politiques et sociales et de leur
intégration par l’architecture système
• Intégrer les potentialités nouvelles du
numérique
• La ville étant un lieu de vie elle doit permettre
l’existence d’une vie civique
• Cette vision suppose le développement d’une
culture et de compétences nouvelles,
notamment pour la décision publique, pour

13. Ecosystèmes?
• Ecosystème: ensemble dynamique de sous-systèmes en
interaction (systèmes de gestion de l’énergie, systèmes de
transports, systèmes de gestion de l’eau, systèmes
sociaux, écosystèmes climatiques locaux, habitants…) et
qui interagit avec son environnement en étant capable de
conserver son identité et d’enrichir sa diversité interne.
• Ecosystème urbain: construit par l’homme, ensemble des
éléments constitutifs d’une ville qui interagissent de
manière naturelle, entre eux et avec leur environnement,
dans un état global d’équilibre : prélèvement de
ressources, création de richesse et de bien-être, rejet et
recyclage de déchet.
• Le caractère « éco » du système signifie que les
interactions entre les fonctions du système urbain sont
capables de générer des lois de comportements qui lui
permettent de conserver son identité et de se
reproduire de manière autopoïetique.

14. Ce qu’i faut éviter: l’architecture
spaghettis
L’accumulation
couche par
couche
d’infrastructures:
exemple de New-
York

15. L’écosystème urbain durable
Energie
Eau
Habitat
Transports
Activités
économiques
Santé
Activités
sociales
Administration
Ecosystème urbain: par analogie avec le concept d’écosystème naturel, un écosystème construit par
l’homme intégrant l’ensemble des éléments constitutifs d’une ville qui interagissent de manière
naturelle, entre eux et avec leur environnement, dans un état global d’équilibre qui permet la durabilité
de la ville dans ses échanges avec son environnement : prélèvement de ressources, création de
richesse et de bien-être, rejet et recyclage de déchet.
La valeur de ces paramètres
va changer selon les
contextes…
… et la capacité d’innovation
va dépendre de la résilience
des systèmes en place
=> D’où l’intérêt d’une
recherche comparée sur les
deux rives de la Méditerranée
Habitant
Paramètre
environnent
Paramètre
environnent
Paramètre
environnent Paramètre
environnent
Paramètre
environnent
Paramètre
environnent
Moteur
numérique
Cartographie générique d'un écosystème urbain durable
Un écosystème évolue dans les valeurs limites que
peuvent prendre les variables de chaque paramètre

16. Qu’est-ce qu’un « moteur numérique »?
• Un tel moteur, en tant que tel, n’existe pas à ce
jour.
• Il s’agit plutôt d’un « système des moteurs »
comprenant les infrastructures de l’Internet, les
réseaux des parties prenantes, les systèmes
d’information (organisationnels et logiciels), les
moteurs de chaque fonction…
• La performance d’un tel système de moteurs
suppose l’existence d’un référentiel
d’architecture pour permettre la mise en
cohérence et l’interopérabilité de tous les moteurs.

17. Sommaire
• La ville intelligente: pourquoi?
Comment?
• La ville intelligente comme système
• Méthodologie
• Où en sommes nous?

18. Méthodologie en trois temps
• Analyse stratégique
• Inventaire des “building blocks”
• Intégration de l’écosystème
17/11/2014 Claude Rochet 18

19. 1- Analyse stratégique
17/11/2014 19
Why building a city & what
are the strategic goals? Who
are the stakeholders?
What are the generic
functions to be performed by
a smart city?
With which organs?
Technical devices,
software…
With which smart
people?
Conception,
metamodel
framework,
steering
Subsystems
and processes
People and
tools
Why designing this ecosystem?
Who will live in the city?
What are its activities?
How the city will be fed?
Where the city is located ? (context)
What are the functions to be performed to
reach the goals and how do they interact?
With which organs and
ressources?
How people will interact with the
artifacts?
How civic life will organize?

20. A very brief idea of how ULM and system
integration works
11/17/2014 Mission MUST 20
Why building a city & what
are the strategic goals? Who
are the stakeholders?
What are the generic
functions to be performed by
a smart city?
With which organs?
Technical devices,
software…
With which smart
people?
Conception,
metamodel
framework, steering
Subsystems and
processes
People and
tools
Why building a city & what
are the strategic goals? Who
are the stakeholders?
What are the generic
functions to be performed by
a smart city?
With which organs?
Technical devices,
software…
With which smart
people?
City 1.0
City 2.0

21. 2- Inventaire des“building blocks”
17/11/2014 cClaude Rochet 21
Issues
• Defining “smartness” and
“sustainability”
• Wealth creation
• Finance and taxes
• Controlling pollution
• Equilibrium center –
periphery
• Migrations
• Poverty
• Education
• Health
• Crime
• Segregation (social and
spatial)
• Leisure
• Quality of life
• How people interact with
people and artifacts?
Resources
• Work
• Budgeting
• Transportation
• Feeding
• Caring
• Protecting
• Securing
• Housing policy
• Education
• Leisure
• Social benefits
• Health care system
• Migrations control
Functions
• Energy
• Water
• Data
• Digital Systems
• Traditions
• Sociology
• Technologies as enablers
and enacters
• Culture and traditions
• Institutions and public
organizations
• Process modeling
• Software
• Tech providers
• Open innovation
Capabilities
• The New Business
Models:
• Public
• Private
• Project management
• Institutional
arrangements
• The day to day decision
making process in an
evolutionary perspective
• Empowerment
• Direct democracy
• Government
• Governance
• Project management
• Social innovation
• The state as a system
engineer
• Mastering ULM

22. 3- L’intégration systémique de la ville intelligente
Soft domains Hard domains
SMART city
TransportationIndustry
WorkHousing
Sanitation
EnergyWater
Waste recycling
Public services Health care
Civic life Leisure
Education Social integration
GovernmentEconomy
Institutional
scaffolding
Social life
Periphery
Commercial
exchanges
Food
City
Territory

23. Un outil : l’ULM (Urban Lifecycle
Management©)
17/11/2014 Claude Rochet 23
Maturityofecosystemicproperties
Development
From history, social
intelligence, idea, to
framework
Integrating off-the-
shelves innovation
Functional integration
Technical
integration
Designing the
engineering ecosystem
Project
management
City 1.0
Gathering data and
understanding
ecosystem evolution
Evaluating,
correcting and
upgrading
Sustainable City
1.0
Integrating
innovation
City 2.0
Risk of collapse
Unlike a product or a
company, a city never
dies, even if not
sustainable (except in a
case of collapse)
Losing ecosystemic properties
Permanent
improvement
Financial
governance
Socio political cycle
Innovation
cycle
Ville nouvelle

24. Sommaire
• La ville intelligente: pourquoi?
Comment?
• La ville intelligente comme système
• Méthodologie
• Où en sommes nous?

25. Espaces urbains
désarticulés
Gouvernance par
rattrapage
Le quanti l’emporte
sur le quali
Primauté du global
sur le local
La politique urbaine
comme levier de
développement
Infrastructures
techniques et
institutionnelles de
l’environnement
Revoir les attentes du
système urbain
Qualité
Nuisances
Mobilité
intermodale
Vision
stratégique
Attentes sociales
Convergence
global <=> local
Programme de
recherche
Culture de la
durabilité
Décloisonnement
disciplinaire par la
modélisation systémique
Citoyenneté et
habitants acteurs
Enracinement dans la
culture et dans
l’histoire
Coût x rareté du
foncier
Points faibles Maroc Axes d’action
Droit et
technologie de
l’environnement

26. Synthèse

27. Intelligence durabilité
Défis Business innovation
Techno
Modèles d’affaire
InclusionVie civique
SynergiesCompétences Modélisation
systémique
Aménagement numérique
Vision stratégique partagée
Art de
l’intégration
Articuler ascendant
descendant
Mobiliser le capital social
Intelligence territoriale
Administration étendue
Projets pilotes
Recherche
Méthodologie de
modélisation
Pôles de compétitivité
Chaire de recherche et
de formation
Implication de TOUS
les acteurs
Observatoire
Pré-requisPour atteindre l’objectif….
Il faut relever des…
Lé clé c’est….
Que l’on développera
au moyen de…

28. Le programme MUST
Management of Urban Smart
Territories

29. Definitions
• Architecture, system architecture
– The design of how basic functions
interact to give birth to a whole that is
more than the sum of the parts
• Ecosystem:
– A system with autopoeitic properties, that
means being able to reproduce itself
• Entropy, negentropy
– Interactions within the system make it losing
its energy and increasing disorder (entropy),
life (human life in the case of a city) may
import energy (negative entropy or
negentropy)
• Emergence:
– Many properties of a system do not
exist as a basic function or a physical
state, but are the result of the
interactions of these functions: eg.
“ageing well”, “happy life” is the result
of both physical and human systems.
• Resilience:
– The property of a system to withstand a
shock and to recover with stronger
ability
• Green IT and IT for green
– IT is both a solution to coordination
problems that may help saving energy
(eg. Smart grids) but fabrication of IT
produce a lot of pollutants and its
functioning produce a lot of heat and
waste that need to be recycled.
11/17/2014 Mission MUST 29

30. The basic asumptions of the
programme
• A smart city is not putting lipstick on a bulldog: Greenwashing, digitalwashing…
• A smart city is an ecosystem that includes the city and its periphery
• A smart city is a city where one may live and work in:
– Economic wealth creation
– Social life
– Common weal
• A resilient architecture:
– A living system based on cooperation between actors: Public authorities, private corp., citizens
– A properly designed architecture made with off-the-shelves components
– Systemic resilience is leveraged using IT
• Approaching different methodologies according to the maturity of the urban fabric
• It implies a sea change in firms business models that must be thought regarding their
impact on the ecosystem as a whole, and in the monitoring of the urban policy by
public authorities.
17/11/2014 Mission MUST 30

31. What is a MUST mission?
• The founding block of the MUST
programme
• A discovery journey that examines
problems, solutions and realizations
in three different cultural areas.
• Discovering the complexity of smart
cities, beyond ready made thinking
• A unique moment to share
experiences in an int’l and
pluricultural context
• Outcome of a mission: Each
participant will have his roadmap
ready: strategic issues, new business
models, new competencies…
10 corporate executives: public and
private sectors * 3 countries:
Brazil, China, France
One full week in each country:
knowledge, experience sharing, visits,
conference
Collective problem solving and
knowledge mapping
A unique and insightful experience
17/11/2014 Mission MUST 31

32. What will be the topics of the
program? (1)
– Competitive intelligence, the strategic issues with ecocities:
• The transition toward a low carbon economy,
• The techno-paradigm shift toward the IIIrd industrial revolution
• Catching-up and forging ahead urbanization strategies for developed and
developing countries
• Locking-in the architecture of ecocities: the battles for norms and
standards
– New businesses and new practices
• Complex system architectures applied to ecocities modeling
• Green IT and IT for green
• Digitizing the business models and ecosystemic innovation
• The role of the public architect as an integrator
17/11/2014 Mission MUST 32

33. What will be the topics of the
program? (2)
– Managing technology for integration
• The dynamics of functional emergence in urban architecture
• Top down modeling versus bottom up integration: big data,
technical interoperability, Systems of Systems (SoS)
architecture,
• Learning through pilot projects
– Living in the city
• The civic life as a source of negentropy
• The dynamics of institutions and the polycentricity of
governance in complex ecosystems
• Integrating human (dissipative) system and physical
(conservative) systems.
17/11/2014 Mission MUST 33

34. What are we talking about?
– We consider an ecocity as a sustainable urban ecosystem: an
ecosystem is a system, meaning that the city is more than the
sum of its parts, having “eco” properties, meaning internal
capabilities to reproduce itself according to the principles of
resilient organizations.
– This requires a huge utilization of digital technologies to model
the interaction of the functions of the city, but keeping in mind
that the effective monitoring of the city is carried about by its
inhabitants.
– We adopt a comprehensive approach at three levels
• At the macro level: The strategic issues at stake for a country, in both case of a developed and a developing
country
• At the meso level: The understanding of the dynamics of a territory, urban sociology, ecosystemic innovation,
institutional dynamics and public management.
• At the micro level: Principles of system architecture, functional integration, new business models and new
competencies.
17/11/2014 Mission MUST 34

35. Structure of a week
Issues
•The problems to be
solved
•New knowledge
•Case study
•Visits
Resources
•The basic function to
be performed
•Identifying
emergence
Functions
•Energy
•Water
•Data
•Digital
•Systems
•People
•Organizations
•Skills
Capabilities
•New skills and social
capabilities
•Technology
management
•Government
•Governance
•Civic life
•Empowerment
•New Business Models
Ongoing knowledge mapping workshop
Initial knowledge
map
Resulting
knowledge map
17/11/2014 Mission MUST
35

36. A three steps, three countries process
System architecture as
the art of integrating the
city: The ULM approach
Each week is composed of:
- New knowledge (experts contribution)
- Testimonies and return on experience
- Visits
- Collective work on case studies and knowledge mapping
17/11/2014 Mission MUST 36
Focus on specific
building blocks and
workshops
Focus on specific
building blocks and
workshops
Each participant is provided with a survival
kit in system modeling and defines his
expectation

37. Roadmap
• The first session is dedicated to definitions, concepts, problem setting, acquisition
of the basics of complex system design, adjustment of participants frameworks.
• Team work on the case of an imaginary towns made of real situations in the three
continents
• Each participant defines his expectations, and an initial road map is designed
• The two other sessions are designed according to these roadmaps
• The program manager and scientific director are in charge of conducting a
knowledge mapping process all along the journey.
• Each session respects the 3 tiers :
– theoretical insights through high level conference by top ranked academics and
professionals Another 1/3 will be dedicated to
– case studies (e.g. smart cities, networks integration, transportation, water sanitation,
health management, rescue services architecture, health service, civic life….)
– practical cases problem solving using system thinking, system architecture, management
of IT…
17/11/2014 Mission MUST 37
Ongoing knowledge mapping workshop