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Cours	« Ville	et	territoires	intelligents »
Cycle	« Directeurs	Généraux »		
« L’innovation	au	service	de	l’action	publique	locale»
INET	de	Strasbourg,	7	Juin	2016	
Professeur	Isam	Shahrour
Université	Lille1	–Sciences	et	Technologies	
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INET Strasbourg
Ville
• Quartier
• Parc	de	Bâtiments
• Bâtiment
• Réseau	(eau,	électricité,	gaz,..)
• Service	(transport,	déchet,..)
Intelligente
Solution	«innovante »	
Intérêt		«collectif »	
• Usager
• Environnement	
• Société	
Défis,		difficultés,	ambitions
Plan
• Défis	de	la	ville
• Concept	de	« Ville	Intelligente»
• Etat	de	lieu	de	projets	Smart	City	dans	le	monde
• Démarche	pour	démarrer	un	projet	de	ville	
intelligente
• Projet	de	démonstrateur	– SunRise	Smart	City
Plan
• Défis	de	la	ville
• Concept	de	« Ville	Intelligente»
• Etat	de	lieu	de	projets	Smart	City	dans	le	monde
• Démarche	pour	démarrer	un	projet	de	ville	
intelligente
• Projet	de	démonstrateur	– SunRise	Smart	City
Démographie	:	Croissance	urbaine
Urban	
Developing	countries
Urban	–
Developed		countries
Rural
Developing	countries
En	2030:	
• Près	de	2	milliards	de	nouveaux	citadins	
• La	population	urbaine	de	l'Asie	du	Sud	et	en	
Afrique	va	doubler
• Besoin	de	400.000	km2 de	constructions	en	site	
urbain	(doublement	de	la	surface	construite	dans	
le	monde)	
Pays	en	voie	de	développement:
Concentration dans des grandes villes
En	perspective,	des	villes	de	plus	
de	50	millions
Vieillissement	de	la	population
50	à	70%
La	ville:
• 70%	du	PIB	mondial	...	
• 600	métropoles	génèrent	60%	du	PIB	mondial	
• 95%	de	la	croissance	de	la	population	dans	les	
pays	en	voie	de	développement
Concentration	de	l'activité	économique
Cours "Ville et territoires intelligents : l’innovation au service de l’action publique locale", INET, Strasbourg
Conséquences	de	la	croissance		démographique
Augmentation	de	:
• Pression	sur	les	services	et	les	infrastructures
• Pression	sur	les	ressources	naturelles	(énergie,	
eau,	matériaux	de	construction	...)	Pr
• Pollution	(air,	sol,	eau,	..)
• Tensions	sociales,…
Augmentation	de	la	demande	pour:	
• Nouvelles	constructions	(logements,	services,	
industrie,	...)	
• Infrastructures	(routes,	énergie,	eau,	
communication,	collecte	et	traitement	des	
déchets,	..)	
• L'adaptation	des	infrastructures	existantes	aux	
besoins	d'aujourd'hui.
Conséquences	de	la	croissance		démographique
Infrastructures Urbaines
Electricité	:
• Lignes haute et basse tensions: 1 300 000 km
(32 fois la circonférence de la terre)
• Transformateur:	726	000
Bâtiment	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	d’unités
La	ville	:	un	système	vivant
Infrastructures	en	France
80%	(France)
Vieillissement	des	infrastructures
10	mars	2015
Vieillissement	des	infrastructures
Le	transport
Infrastructures	fortement	dégrées	(D+)
Etats	Unis:
(ASCE,	2013)
Eau	potable	
• 1	milliard	sans	accès	aux	services	d'eau	potable
• Fuite:	50%	d'eau	perdue	dans	certaines	villes
• Grande	dégradation	de	la	qualité	de	l'eau
Pays	en	voie	de	développement
Assainissement:
• 2,4	milliards	sans	accès	au	service	d’assainissement
• inondation,	santé	publique
• Pollution	des	sols	et	de	l'eau
Pays	en	voie	de	développement	:
Besoin	annuel:	1,8	à	2,3	trillions
Transport	
Electricity
Water
Telecom
Pollution
Pollution	de	l’air	tue	près	de	7	million	chaque	
année	(OMS)
Gaz	à	effet	de	serre	
La	ville	:
70%	de	la	consommation	d’énergie
80%	de	l’émission	du	gaz	à	effet	de	serre
Plan
• Défis	de	la	ville
• Concept	de	« Ville	Intelligente»
• Etat	de	lieu	de	projets	Smart	City	dans	le	monde
• Démarche	pour	démarrer	un	projet	de	ville	
intelligente
• Projet	de	démonstrateur	– SunRise	Smart	City
• Réduire	les	consommation	d’énergie
• Réduire	l’émission	du	gaz	à	effet	de	serre
• Préserver	les	ressources	naturelles
• Améliorer	le	cadre	de	vie	(patrimoine,	services,…)
Transformer	la	ville
Transformer	la	ville	:	vers	une	ville	durable	
Transformer	les	infrastructures:	
• Très	larges	investissements
• Temps	« long »
Transformer	les	méthodes	de	gestion:	
• Des	investissements	modérés
• Temps	« court/moyen»
Rôle	de	de	l’innovation	technologique	et	non	
technologique	?
Composantes	(Physique)	?
Contenus	et	usage	?	
Des	exemples	?
La	ville	connectée,	c’est	quoi	?
Innovation	« majeure»	pour	la	ville
Technologie	
Numérique	
Internet	
Réseaux	Sociaux
Capteurs	intelligents	
• Mesurer	
• Analyser
• Communiquer	
• Faire	des	actions
Technologie	 Numérique
Internet	des	objets
Capteurs	intelligents
Voir
Analyser
Comprendre
Améliorer	
Temps	réel
Technologie	numérique	dans	la	ville
Technologie	 Intelligence	Collective
Nouveaux	Services	:		Education,	
santé,	culture,	tourismes,	mobilité
Améliorer	:
• Les	performances	
• La	sécurité	de	fonctionnement
• L’organisation	des	secours
• L’Information/implication	des	usagers	
• La	résilience
Développer	de	nouveaux	Services	:		
• Education,	santé,	culture,	
• Administration	
• Mobilité/logistique
• Télé	travail
• « Ubersisés »
Plan
• Défis	de	la	ville
• Concept	de	« Ville	Intelligente»
• Etat	de	lieu	de	projets	Smart	City	dans	le	monde
• Démarche	pour	démarrer	un	projet	de	ville	
intelligente
• Projet	de	démonstrateur	– SunRise	Smart	City
1er projet	:	Italie,	2005,	projet	Teleogestore
1er réseau	Smart	Grid :	
• Compteur	électronique,	
• PLC	Communications
• LV	concentrateur	
• Coût	2,1	billions	d’Euros
• Economie	annuelle	500	millions	d’euros
Smart	City	en	EUROPE
Les	villes	jouent		de	plus	en	plus	un	rôle	important	
dans	la	société	et	l’économies,	en	raison	de:
• Une	urbanisation	croissante
• Le	renforcement	de	l’économie	de	savoir
• La	part	croissante	de	la	ville	dans	la	
consommation	des	ressources	et	émission	de	
pollutions.
Pourquoi	?
Pour	atteindre	les	objectifs	de	la	politique	publique:
• Les	villes	doivent	changer	de	modèle	de	
développement,
• En	temps	de	budgets	serrés,	ce	changement	doit	être	
réalisé	d’une	manière	intelligente:
Nos	villes	doivent	devenir	des	«villes	intelligentes».
Pourquoi	?
EU’s 20/20/20	energy and	climate targets
In	2020	(compared to	1990)	:
• 20%	reduction in	CO2	emissions
• 20%	coming from renewables
• 20%	increase in	energy efficiency.
Contribution	à	3	objectifs	de	l'Europe:
• Amélioration	significative	de	la	qualité	de	vie	
des	citoyens,
• Renforcement	de	la	compétitivité	de	l'industrie
• Objectif	20/20/20	de	l’Europe
Cet	objectif	peut	être	atteint	par	la	création	d’un	
modèle	intégrant:
- La	production,	le	transport	et	la	consommation	de	
l’énergie.
- La	mobilité	et	le	transport
- La	technologie	de	l’information	et	de	la	
communication.
qui	sont	intiment	liées
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Stockholm	:	Traffic	Congestion
City	traffic	decrease	by	18%
CO2	emission	decrease	14-18	%
Smart	City	in	United	States
Smart	Grid	– NEMA	Report	(2011)
NEMA	:	Association	of	electrical	and	medical	
imaging	equipment	manufacturers	(US)
Infrastructures	fortement	dégrées	(D+)
Etats	Unis:
(ASCE,	2013)
Smart	Grid	– NEMA	Report	(2011)
Smart	Grid	– NEMA	Report	(2011)
Novembre	2013
Smart	City	in	INDIA
July	18,	2014
Smart	City	JAPAN
Rio	de	Janeiro	Smart	City
IBM,	January	2011		
Rio	Operations	Center	(control	room)
• Initial	focus	was	floods,	soil	sliding	and	emergency	
• The	scope	considerably	extended	to:
transportation,	water,	weather	and	energy
Smart	City	in	Africa
2014
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Ecoute
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Ecoute
Ecoute
Orientation	Stratégique
Orientation	Stratégique
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AMSTERDAM	– Smart	City		(ASC)
Amsterdam	:	Prix	de	l’innovation	2016	
de	la	Commission	Européennes
Smart	City	:	8	Catégories	
• Mobilité
• Vie
• Société
• Aires
• Economie
• Big Data
• Infrastructure
• IivingLab
•
Smart	City	:		Partenaires	
- Entités	gouvernementales	tels	que	AEB	
(déchets),	Alliander NV	(Energie)
- Organisation	non-gouvernementales
- Citoyens
Au	démarrage	(2009)	:	le	projet	portait	sur	une	
approche	écologique	des		infrastructures
Avec	16	projets,	réduction		de	l’énergie	de	13%.
Création	en	Avril	2013	de	
«International	Technology Institute »	
avec	notamment	un	institut	de	recherche	sur	les	
solutions	urbaines	(50	millions	€)
Au	démarrage	de	la	mission	de	Baron,	la	vaille	a	
• 32	départements	avec	leurs	propres	« domaines»
• 1200	Bases	de	données
Création	du	département	recherche	et	Statistiques
• 50	chercheurs
• 20	à	30	temps	partiels
Baron:	
• «Les	« prestataires»	qui	proposent	des	services	
« Smart	City »,	ne	connaissent	pas	bien	la	ville.
• Grande	différence	entre	la	perception	du	
fonctionnement	de	la	ville	et	son	fonctionnement	
réel
Processus	
• Travail	par	itérations
• Déploiement	de	Living	Lab
• Des	déceptions	et	de	questionnement	
Le	projet	« Smart	Amsterdam»	a	survécu	au	
changement	du	conseil	municipal
Eclairage	public		:	un	projet	prometteur
• Accord	entre	la	ville	et	plusieurs	opérateurs	signé	en	2016
• Démonstrateur	près	de	Aren A	stadium
• Eclairage	adaptatif,	WI-FI	public	et	suivi	de	la	qualité	de	l’air
Un	travail	intéressant	sur	le	parking:
• Payement	par	téléphone
• Partage	d’information	en	temps	réel
Baron	:
• Après	7	ans,	on	a	fait	un	grand	travail	avec	les	
données,	mais	nous	sommes	q’au début	de	la	
transformation.
• De	nombreuses	villes	ne	sont	pas	encore	dans	la	
phase	de	transformation
Des	difficultés	:
• Les	villes	ont	des	difficultés	pour	contrôler	les	données	
• Les	villes	ont	des	citoyens	pas	de	consommateurs
• Les	villes	opèrent	dans	un	contexte	politique,	qui	peut	réduire	
les	options	ou	pousser	à	des	choix	de	court	terme
• Elles	sont	confrontées	à	des	problèmes	de	réglementations,	
bureaucratie,	découpage,
Il	est	très	difficile	de	devenir	smart	dans	ces	
conditions
Plan
• Défis	de	la	ville
• Concept	de	« Ville	Intelligente»
• Etat	de	lieu	de	projets	Smart	City	dans	le	monde
• Démarche	pour	démarrer	un	projet	de	ville	
intelligente
• Projet	de	démonstrateur	– SunRise	Smart	City
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Phase	1:	Identifier	les	besoins,	établir	une	
stratégie:
- Comprendre	les	besoins	et	les	défis
- Définir		les	priorités
- Etablir	un	modèle	de	gouvernance
Construire	un	projet	“Smart	City”
Phase	2:		Construire	un	système	d’information	
• Collecter	les	données	de	patrimoine	(infrastructures,	
bâtiments,..)	et	les	stocker	dans	une	base	SIG
• Instrumenter	les	systèmes	urbains	concernés	(	
infrastructures,	bâtiments,	espace	public,..)
• Collection	des	données	concernant	l’environnement	
urbain	et	les	usages.
Phase	3	:	Système	de	communication
Assurer	la	communication:
• Entre	les	objets	
• Entre	les	usagers	(publics	concernés)
• Entre	les	usagers	et	les	objets
• Entre	les	(usagers	et	les	objets)	et	des	serveurs
• Entre	les	serveurs	et	les	publics	concernés
Phase	3	:	Système	de	communication
En	général,	le	système	doit:
• Combiner	des	réseaux	filaires	et	non	filaires
• Intégrer	une	diversité	de	capteurs	et	de	
protocoles	de	communication
• Fiable		(assurer	la	transmission	des	données	et	
leur	sécurité)
• A	faible	consommation	d’énergie
Phase	4	:	Analyse	des	données
Développer	des	logiciels	et	un	savoir-faire	pour	
analyser	une	grande	quantité	de	données	:
² Temps	réel	
² Données	historiques
² Données	spatiales
² Apprentissage
Phase	5	:	Développer	des	procédures	et	
protocoles	pour	:
• La	gestion	optimale
• La	sécurité	de	fonctionnement
• Impliquer	les	usagers	
• Développer	de	nouveaux	services
Stratégie	pour	les	décideurs	:
• Utiliser	les	données	et	les	analyses	pour	établir	
un	modèle	(stratégie)	pour	le	développement	
urbain	(investissement,…)
• Innover	dans	le	modèle	socio-économique	
(impôts,	incitations,	partenariat	public	– privé..)
• Amélioration
• Elargissement
• Nouveaux		
services
Procedure	itérative
Implémentation
Vérification
Retour	d’usage
Usage
Plan
• Défis	de	la	ville
• Concept	de	« Ville	Intelligente»
• Etat	de	lieu	de	projets	Smart	City	dans	le	monde
• Démarche	pour	démarrer	un	projet	de	ville	
intelligente
• Projet	de	démonstrateur	– SunRise	Smart	City
Expérimentation	
(Démonstrateur)	
Implémenter	dans	la	ville	?
SunRise	Communauté	:
chercheurs,	doctorants	et	étudiant,	Avril	2014
Petite	ville	(110	Hectares)
• 25	000	usagers
• 140	bâtiments	(320	000	m2)
• 100	km	de	réseaux	urbains
Projet	SunRise	«Cité	Scientifique»
C1	– Chimie	(1966) Polytech’Lille	(2000)
IUT			(2006)
Learning	Center	(2016)
Bâtiment	D	
(Rénovation	/Extension,	2019)
100	km	de	réseaux	
• Eau	potable
• Assainissement
• Chauffage	urbain,	
• Gaz	
• Électricité	(HT,	BT)
• Eclairage	public
• Voiries
Plateforme		de	pilotageSystème	
d’information
• Données	de	patrimoine	(SIG)
Outils
d’analyse
Communication	
Serveur	web
• Equipes	Techniques
• Equipes	de	gestions
• Usagers
• Equipes	Académiques
Architecture	du	système	«SunRise»
Communication	:	
• Réseaux	filaires	
• Réseaux	sans	fils	
• Bâtiments	
• Réseaux		urbains
Mesure	et		contrôle	des
infrastructures	
• Mesures	capteurs	
Autres	
Données
• Environnement
• Transport
• Secours
• Autres	données
Travail	Réalisé
1)	Système	d’information	:
• Réseaux	urbains	et	bâtiments	dans	un	SIG	(80	%	du	patrimoine)
• Instrumentation	des	réseaux
• Collecte	des	données	de	fonctionnement
2)	Analyse	des	données
3)	Premiers	résultats	et	recommandations
Système	d’information	
On	dispose	d’un	système	d’information	digitalisée,	vérifiée	sur	le	terrain,	comportant	
les	données	sur	les	réseaux,	leurs	équipements	et	les	données	d’intervention
ElectricitéChauffage
Assainissement
Eau	potable
Eau	potable
Objectifs	:
• Détection	et	localisation	des	fuites
• Contrôle	en	temps	réel	de	la	qualité	de	l’eau	
(contamination)
• Informer,	sensibiliser	et	interagir	avec	les	usagers
TWUL	Demo	site
London- UK
Smart	Burgos
Burgos	-Spain
VIP
Leeuwarden-
Netherlands
Sunrise	
Lille- France
Projet	Européen	SmartWater4Europe
Présentation	du	réseau
• 15 km de conduites
• 100 compteurs télé-relevés
• 5 Capteurs de pression
VHF	169	MHz
Portail	de	restitution	
des	données
GPRS
Système	de	collecte	de	données
Consommation	bâtiment	P2	- Mai	2014
Suivi	des	fuites
Intellisonde
Contrôle	en	temps	réel	de	la	qualité		d’eau
Pilote	en	laboratoire
Injection
Point	de	
mesure
119
108			UFC/ml
107			UFC/ml
108			UFC/ml
108			UFC/ml
107			UFC/ml
107			UFC/ml
Injection	de	bactéries	E.	Coli
105 CFU/ml
106 CFU/ml
107 CFU/ml	
108 CFU/ml
Turbidity	(S:Scan)
Réseau	d’assainissement
(Séparatif)
Chauffage	Urbain
Réseau de Chauffage
123
Présentation
Chaufferie
Conduites
Sous station P1
automate
Télé relève
• Réseau	primaire	:	4,5*2	km
• Réseau	secondaire	:	4*2	km
• (galerie	technique)	
• 37	sous-stations	primaires
37 sous stations primaires
125
Echangeur
Electro- vanne
Capteurs
Température
Pression
Automate - Compteur
bâtiment P1
Architecture	du	bâtiment	M1
126
Consommations	&	températures	
journalières	(2009)
Corrélation	Consommation	 Journalières	M1
Jours	de	la	semaine
RMSE	=	1.199
R²							=	0.854
128
Corrélation	Conso.	Journalières	M1
Jours	de	weekend
RMSE	=	1.181
R²							=	0.827
129
Consommations	– besoin	théorique
Suite	SunRise
2016	:
Mise	en	place	d’une	cogénération	
Financement	privé	
Appel	d’offre	pour	une	DSP	avec	pour	objectif	:
- Passage	à	un	réseau	intelligent	
- Mixte	Energétique		
Financement	par	les	économies
Réseau	Electrique
Electrical	Grid	Network
A2
M6
HT	(20	kV)
LT
Supply
FAULT
Sous-StationsH.T	(20	kV)
• Passage		MT	- BT
• Mesure	des	consommations	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
Consumption	]kWh]
Date
Fixed	Demand	Charge	V.S.	Real	Demand	Charge
Suites :
• Analyse	des	réseaux	secondaires,	vérification	dans	les	bâtiments
• Recommandations	«travaux»	
• Programmation	du	fonctionnement	de	certains	équipements	??
• Réduire	la	puissance	d’abonnement	??
Programme	de	rénovation	de	l’éclairage	extérieur	(2016)
(Smart	Système)
Economie	de	30	à	40		%

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