"Smart and Sustainable City": professor Isam Shahrour Seminar at the American University of Science and Technology - Lebanon (AUST), August 2014

1. Smart City: Challenges & implementa3on Professor Isam SHAHROUR Université Lille1, France AUST Seminar “Smart City”, Beirut, August 13, 2014

2. Smart City Interna3onal overview

3. SIEMENS report, 2010 Analysis of the the strategy of 15 ci3es in the world

4. 2014

5. Analysis of 468 Smart City project

6. United Kingdom

7. Smart City market by 2020 : $408 billion Goal of the UK 10% of this market Smart water market : 7.1 to $12.5 billion

8. Stockholm Smart City: Traﬃc Conges3on (IBM) City traﬃc decrease by 18% CO2 emission decrease 14-‐18 %

9. Smart City in United States Smart Grid – NEMA Report (2011) NEMA : AssociaLon of electrical and medical imaging equipment manufacturers (US)

10. Smart Grid – NEMA Report (2011)

11. Novembre 2013

12. Private sector : $70 millions Expected ac3vity for the city: $3.8 billion

13. China : $322 billion August 13, 2014 : 200 Smart City projects

14. July 18, 2014 •  100 Smart City projects •  Government investment (2015): $ 1.2 billion India :

15. Smart City JAPAN

16. Rio de Janeiro Smart City IBM, 2011 Rio Opera3ons Center (control room) •  Ini3al focus : ﬂoods, soil sliding and emergency •  Then considerably extended to: transporta3on, water, weather and energy

17. Smart City in Africa 2014

18. Combina3on of telecoms growth, rapid urbaniza3on, increasing demand for urban services and Smart City development : Huge perspec3ve for the implementa3on of the Smart Ccity concept in Africa

19. Why the smart City ?

20. High expansion of the urban popula3on

21. High expansion of the urban popula3on •  55% of the World popula3on (70% in 2050) •  Europe ( 75 %) • 95% of the popula3on growth in developing countries •  Metropolis with more than 30 million inhabitants •  Ci3es with perspec3ve exceeding 50 millions

22. By 2030 : •  Nearly 2 billion of new urban residents •  Urban popula3ons of South Asia and Africa will double •  400,000 km2 will be constructed for urban use (doubling the world’s built urban area) Developing countries : center of urban transforma3on

23. Ci3es with more than 1 millions inhabitants Concentration in large cities

24. Slums issue The slum popula3on: 800 million In 2020 : between 900 and 1,500 million. Ques3on : Are slums a part of the City ? Neza-‐Chalco-‐Itza, Mexico City, 4 Million Maharashtra, India (19 Million) 60% of the City

25. The City : •  70% of the world GDP … •  600 metropolis generate 60% of the world GDP •  95% of the popula3on growth in the developing countries Economic ac3vity

26. The City : •  70% of the world energy consump3on •  75% of the electrical consump3on Energy

27. Energy Security supply Other blackout : •  Italy (2003): $ 55 billions •  Indonesia (2005) $ 100 billions US Blackout (2003) •  50 Million people •  24 hours for full recovery •  Cost: $6 to $10 billion

28. Transport Industry Buildings Tokyo (2005) Mexico (2006) London (1999) Shanghai (2007)

29. Urban Transport Time lost at rush hour (minutes /hour)

30. Air pollu3on Impact : •  80 % of the greenhouse emission •  Kills 2.1 millions / year •  Economic cost in Europe (2009) : € 170 billion

31. Source: USGCRP (2009) Greenhouse emission

32. Impact of the greenhouse emission Climate change and global hea3ng

33. •  1 billion do not have access to drinking water service •  2.4 billion do not have access to sewage water service •  Leakage : 50% water lost in some ci3es Water Chalenges

34. Natural disasters and City resilience 700 millions of urban inhabitants are subjected to natural disaster risk

35. Flood Risk (380 millions inhabitants)

36. Major natural disasters ris Impact (Na3onal Scale) Impact (World Scale)

37. Popula3on ageing •  Re3rement funding •  Health and social care •  Customized services

38. City Greenhouse emission Climate Change Popula3on Expansion (Explosion) Energy & water consump3on Traﬃc conges3on Air, water & soil pollu3on Financial & economic Crises Health & educa3on Housing Poverty Slums Gouvernance par3cipa3on Society aging Increase demand for life quality & comfort

39. Infrastructure Housing Urbaniza3on Management (governance) Sustainable City Env-‐ responsible Social -‐responsible Futur genera3on Huge Financial and economic crises Statement : We have to transform our city

40. Improve the buildings and infrastructure quality Large investment, takes Lme.. In Europe new buildings represent about 1% of the buildings stock annually Two strategies Improve the infrastructure management (Digital technology) Low investment, rapid implementaLon

41. Digital Revolu3on •  Social network •  Mobile •  Internet of things

42. Smart Sensors and actuators

43. Smart Technology Smart governance SMART CITY

44. Health, Educa3on Art, Culture More data

45. Smart city technology allows •  Real-‐3me monitoring (Urban systems as well as other urban related data) •  Rapid ac3on in the case of abnormal event (leakage, contamina3on, overload,..) •  Op3mal management of resources •  Stakeholders implica3on and par3cipa3on •  Development of predic3ve models

46. Smart City Implementa3on

47. Diﬀerent scales of implementa3on City Campus

48. Step 1: Establish the need and strategy •  Understand the need and the challenges of the city (urban system) and how the SC concept could respond to these challenges. •  Based on the diagnos3c, establish a mul3-‐phase strategy with milestones •  Establish a government model for the smart city The Smart City implementa3on journey

49. Step 2 : Data collec3on •  Data concerning the physical urban infrastructures (Geographic Informa3on System GIS) •  Smart Monitoring of urban infrastructures (smart sensors and actuators) •  Data concerning the urban environment as well as urban usages The Smart City implementa3on journey

50. Step 3 : Communica3on Build real 3me bi-‐direc3onal communica3on network with urban system as well as with the city stakeholders : •  Combining wired and contactless technology, •  Heterogeneous sensors and protocols, •  Reliability, Cyber security, •  Energy saving The Smart City implementa3on journey

51. Step 4 : Data analysis •  Technology and sogware to store and analyse huge amount of data (Big Data) (real-‐3me) •  Develop predic3on model based on the historical and geo-‐localized data The Smart City implementa3on journey

52. Step 5 : Protocols Establish protocols for •  Op3mal management, •  Crisis management, •  Implica3on of stakeholders •  New services (business) The Smart City implementa3on journey

53. Strategy for policy-‐makers •  Use the data, analy3cs,… to establish urban development and investment strategy •  Innovate in the socio-‐economic model (taxes, private-‐public partnerships, social aid,…-‐ The Smart City implementa3on journey

54. • Improvement • Extension • New services The Smart City implementa3on journey Itera3ve procedure: Implementa3on Tes3ng Stakeholders back-‐ﬁeld and demand Usage

55. Pilot project : large scale experimenta3on

56. Demonstrator Large scale

57. SunRise pilot Project Smart Urban Network Demonstrator for Sustainable city

58. Innova3on centers and Clusters •  Pole Ubiquitaire •  CITC –EURARFID •  PRN Local government •  AMGVF •  Lille Metroplis •  Region •  ArtoisComm Interna3onal: •  W-‐Smart (Int. Ass. for water Security) •  New York University •  Netherland •  Great Britain Bretagne •  Spain Private and public operators •  Dalkia •  Eaux du Nord (Suez) •  Eau de Paris •  ERDF •  Lille Métropole Habitat Research Laboratories: •  Engineering •  Informa3on technology •  Social Science Educa3on : •  Master programs •  PhD programs Starts-‐ups : Stereograph, Noolioc, Inodesign, Calmwater, Planete oui, Ixsane, Projex, Public and private partners:

59. Small town: •  110 Hectares •  250 000 users •  70 km of Urban Network •  140 Buildings (320 000 m2 ) Scien3ﬁc Campus (Lille1 University)

60. Living and social ac3vity

61. C1 : Teaching (1966) Polytech’Lille Teaching and research (2000)

62. Data collec3on : GIS Model (network and buildings) 70 km of networks •  Water •  District Hea3ng •  Gas •  Electrical ( HV, LV) •  Public light

63. Global approach Coupling primary and secondary networks Buidings Urban network

64. Communica3on : •  Op3cal (wired) •  Contactless SunRise -‐ Plateform Informa3on System • Asset data (SIG) • Monotoring data 3D graphic tools Analy3cal tools Communica3on web Servor •  Users •  Technical team Governance team •  Public data Monitoring: •  Leakage •  Quality Leakage Quality Sensors •  Flow •  Pressure Sensors •  Chlorine, •  Conduc3vity, •  pH, •  Turbidity •  temperature, •  + Organiza3on

65. Water -‐  Leakage -‐  Quality -‐  Water/Energy •  Commun Laboratory (CEA, W-‐Smart, KWR) •  Industrial Chair •  European Project: SmartWater4Europe (GB, Netherland, Spain) •  2 major projects : Paris Water, North Water, W-‐ Smart, CEA, KWR,… Energy -‐  Op3mal management -‐  Security -‐  Renewable Energy •  Dalkia : District hea3ng •  LMH : Social housing •  Eiﬀage : Electrical Grid Informa3on system and sotware tools Start-‐Ups : Stereograph, Noolioc, Madetech, Eﬃgenie, E3neo, Calm-‐water Smart Urban networks Demonstrator (SunRise)

66. Project Implementa3on (Water Example) Smart Water Network

67. I) Leakage : smart consump3on meterin !Cité!Scien*ﬁque! (5)!!! 4!Cantons! ECL!! M5! Bachelard! •  Meshed network •  16 km •  77 ARM •  145 Buildings

68. Objec3ves of the smart water network 1)  Improve the management of the water system •  Assets management •  Leakage detec3on •  Early contamina3on detec3on •  User awareness •  Energy saving 2) Academic •  Research, innova3on •  Educa3onal plakorm •  alrac3veness

69. 3) Research and innova3on ins3tu3ons •  Lille1 University •  CEA-‐LIST (French Atomic Agency) •  KWR (Netherland) 1)  W-‐Smart (Interna3onal associa3on of ci3es and water operators for water security) 2) Water companies : •  Eaux du Nord (Suez Environment) •  Eaux de Paris •  Vitens (Netherland) •  Thames (GB) •  Acciona (Spain) Partners of the smart water network 4) SMEs : • Calmwater • CITC-‐Innova3on Center • Stereograph

70. TWUL Demo site London Smart Caceres Caceres VIP Leeuwarden Sunrise Demo site Lille ü  Project Budget: 12M€ ü  EU funding: FP7 INNO DEMO ü  Project dura3on: 4 year ü  Project Management: Vitens N.V. ü  12 innova3ve SMEs ü  3 water u3li3es ü  3 research ins3tutes ü  1 company ü  2 plauorm organiza3ons European Project SmartWater4Europe

71. Water Consump3on by sector !

72. !Cité!Scien*ﬁque! (5)!!! 4!Cantons! ECL!! M5! Bachelard! Chemistry Sector Biology Sector Smart metering

73. EPANET Numerical Modeling

74. Intellisonde Optiqua EventLab: Bio-‐contamina3on monitoring Innova3ve sensors S::Scan

75. SunRise – Distric hea3ng •  Analysis of the energy system of the campus : consump3on, resources and distribu3on. •  Building consump3on proﬁle •  Adapta3on of energy produc3on to energy demand •  Integra3on of mul3-‐energy sources

76. Smart Grid – District heating (20 km)

77. District Hea3ng network

78. Building P1 Real Time monitoring : Energy heat consump3on

79. 43 % 61 % EUDIL G C1, C3 ,C4 IUT M1 SN1,2,3 P5 P1 + cul EUDIL G IUT M1 P 1 P5 C 1 SN

80. Originality of the SunRise Project •  One Owner of the Campus •  Strong mul3disciplinary academic ac3vity •  Strong private and public partnership •  Large renova3on projects (buildings and infrastructures) •  Mul3 urban networks (Energy, water,…) •  Interac3on buildings and urban networks •  Interac3on with end-‐users

81. Energy : •  Over all Comprehensive Energy analysis -‐renewable energy sources (ERDF) •  Smart Grid District Hea3ng (instrumenta3on, sotware, exper3se, ..) (DALKIA) •  Smart Grid -‐ Electrical Network (ERDF, Eiﬀage Energy) •  Smart Building (new construc3on, rehabilita3on) (LMH, Projex) water: •  Smart Grid drinking water net : Instrumenta3on, sotware development,.. •  Smart Grid for sewage network Under progress:

82. SunRise Community : •  Faculty members •  Technical staﬀ, •  PhD and Master degree students

83. Le point septembre 2013

84. LA TRIBUNE VENDREDI 25 OCTOBRE 2013 TERRITOIRES / FRANCE16 GENEVIÈVE HERMANN, À LILLE L’ expérimentation en cours à la Cité scien- tifiquedeVilleneuve- d’Ascqconstituepour Bruno Nguyen, directeur des relations internatio- nalesetdelasûretéd’EaudeParis, « un cas d’école sur la manière dont les opérateurs optimiseront demain la gestion des réseaux urbains, qu’il s’agisse de distribution d’eau, de chauffage ou d’électricité ». Portée par le projet de recherche Sunrise (« lever de soleil »), la transforma- tion de ce site de 110 hectares en smart city serait unique en France, si l’on en croit ses promoteurs. Le seul à traiter de multiréseaux en grandeur réelle. Une application concrètedudéploiementdel’Inter- net de l’énergie que recommande l’économiste américain Jeremy Rifkin, l’auteur de La Troisième Révolutionindustrielle(éd.Lesliens qui libèrent), dans sa feuille de route engageant le Nord-Pas-de- Calais vers une transition énergé- tiquefondéesurlesénergiesrenou- velables et la communication en réseaux dématérialisés. Avec ses 23 000 usagers, ses 140 bâtiments et ses 70 km de réseauxurbains,lecampusdel’uni- versité Lille 1 a tout d’une petite ville. C’est l’avantage. Le projet s’y construit brique par brique. Il se penche d’abord sur la question de la distribution d’eau, avant de s’at- taquer au chauffage urbain, aux logements, puis aux consomma- tionsd’électricitéetàl’optimisation de la gestion des systèmes d’assai- nissement.«Nousavonségalement en perspective de travailler sur les transports et la mobilité », précise Isam Shahrour, directeur du labo- ratoireGénieCiviletgéo-environ- nement (LGCgE) de Lille 1, à l’ori- gine du projet Sunrise. ÉVALUER LA CONSOMMATION D’ÉNERGIE EN TEMPS RÉEL Surl’eau,Sunriseprofiteduparte- nariat de GDF Suez via ses filiales Eau de Paris et Eaux du Nord. Dal- kia apporte son savoir-faire en matière de gestion de chauffage urbain. Le bailleur LMH (Lille MétropoleHabitat)travailleavecle LGCgE sur la conception d’un boî- tier«intelligent»capabled’analyser untasdemesurescommelatempé- rature ambiante, les consommations énergétiques, le taux d’humi- ditéetletauxdepénétrationdel’air. Le fournisseur d’électricité renou- velablePlanetOuiestégalementde lapartie,ainsiqueleCentred’Inno- vation des Technologies sans Contact (CITC) – EuraRFID, par- tenairedelapremièreheureentant qu’expert des technologies sans- contactetdel’Internetdesobjets. Les premières expérimentations surleterrainontdémarrédeuxans et demi seulement après le lance- ment du projet de recherche. C’est très rapide. Mais comme l’univer- sité gère elle-même son réseau d’eau, ça facilite les choses. « On éviteainsileslourdeursadministra- tives»,préciseBrunoNguyen.D’ici à quelques mois, les 77 compteurs d’eauinstalléssurlecampusseront touséquipésd’unsystèmederelève à distance qui leur permettra de transmettre en temps réel les consommations à un système de gestioncentralisée.Cettetélérelève servira en premier lieu à identifier les fuites d’eau. Viendront ensuite bien d’autres applications. Mettre en place un contrôle des douches chaudes, savoir combien coûte le lavage d’une terrasse, envoyer une alarme en cas de consommation inhabituelle dans un laboratoire, etc. Les idées ne manquent pas. « Impossible de les imaginer toutes. C’est du terrain qu’elles émaneront. Grâce à Sunrise, nous pourrons remonter les demandes des usagers et répondre aux problèmes concrets demiseenœuvre.D’oùl’intérêtd’un tel projet », explique Jean-Marc Charlemagne,directeurdel’eauaux Eaux du Nord. Une dizaine de thésards et une quinzaine de chercheurs post- doctorantstravaillentdéjàsurcette ébauche de smart city. Beaucoup planchent sur la conception de modèles mathématiques qui per- mettront de prévoir les actions à mener en vue de réduire les consommationsénergétiquesselon l’état de la météo, l’affluence des usagers et biens d’autres critères nonencoreidentifiés.Ilss’appuient pour démarrer sur l’historique des factures d’eau gérées par les services généraux de l’université. Sunriseestundesquatredémons- trateurs du projet européen (FP7) SmartWater4Europeetleseulfran- çais au côté de Vitens, le principal distributeurd’eaupotabledesPays- Bas, de l’espagnol Acciona et du britanniqueThamesWater.Ilbéné- ficie de l’expertise d’Ilan Juran, spécialiste de l’ingénierie des infrastructures urbaines et profes- seur émérite à l’Institut Polytech- nique de New York en charge de la chaireindustrielleRéseauxurbains intelligents – Eau, financée par Lille 1, le CITC – EuraRFID et Eaux du Nord. Outre un surcroît de visibilité pour le projet Sunrise, cette chaire aégalementpermislacréationd’un Master International « Ingénierie urbaine et Habitat » en collabora- tion avec l’École des Mines de Douai et l’École nationale supé- rieure d’architecture et du paysage de Lille. Tout est donc réuni pour fairedeLilleunsitepiloteinterna- tional de ce que sera demain la «villeintelligente».Dequoifournir auxadeptesdesconceptsdeJeremy JeremyRifkin,lechantredela« troisièmerévolutionindustrielle »,rendvendredi25octobrelafeuillederoute commandéeparlarégionpourengagerleNord-Pas-de-Calaisverslatransitionénergétique.Leprojet, quiviseàtransformerlecampusuniversitairedeLilleenpetitevilleintelligente,pourraitfairefiguredecasd’école. À Lille, Jeremy Rifkin transforme le campus en « ville intelligente » LA BONNE OPÉRATION Ci-contre, une vue aérienne de la Cité scientifique de Villeneuve- d’Ascq et, ci-dessus, la représentation virtuelle de ses réseaux urbains d’eau, de chauffage et d’électricité. [DR] -60% de consommation d’énergie en 2050 Si les préconisations dévoilées vendredi 25 octobre par Jeremy Rifkin en clôture de la 7e éditionduWorldForumLillesontmisesen œuvre,leNord–Pas-de-Calaisauraréduit,en 2050, de 60% sa consommation énergétique etdiviséparquatresesémissionsdegazàeffet de serre. La région aura investi massivement dans les énergies renouvelables et lancé un programme de rénovation urbaine baptisé Zen-e-Ville.Ceterritoirecouvriraalors100% de ses besoins énergétiques. Leplandel’économisteaméricainreprendles cinq piliers de sa vision futuriste de la transition énergétique avec, en plus des énergies renouvelables et des bâtiments producteurs d’énergie, le stockage de l’énergie, les réseaux intelligentsetlestransportsnonpolluants.En se payant (350000 euros) les services du chantre de la « troisième révolution indus- trielle », le territoire part sur des objectifs ambitieux et se place surtout sous les feux de la rampe sur la scène internationale. De son côté, Jeremy Rifkin a trouvé un terrain de jeu où expérimenter ses concepts. G.H. FOCUS La Tribune octobre 2013

85. ! Alliance Janvier 2014

86. Libéra3on Mai 2013

87. SunRise Sur BFM Business 28 avril 2013

88. TEDx Lille « La nouvelle renaissance », 8 mars 2014

89. World Bank, Washington MEDEF Interna3onal delega3on

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