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  CPER  2015  –  2020   Projet  SunRise  :  Ville  intelligente  et  Durable   Coordinateur  du  projet  :  professeur  Isam  Shahrour  

  Ce   projet   vise   la   création   dans   la   région   Nord   Pas   de   Calais   d’une   dynamique   de   recherche   pluridisciplinaire   et   partenariale   sur   une   thématique   ayant   un   intérêt   majeur   à   la   fois   scientifique  et  socio-­‐économique,  à  savoir  celle  de  la  ville  intelligente  et  durable.  Le  projet  vise   le  développement  des  recherches,  des  innovations  et  des  compétences  pour  faire  de  la  Région   Nord   Pas   de   Calais   un   des   leader   mondial   dans   le   développement   et   le   redéploiement   du   concept   de   la   ville   intelligente   pour   le   développement   de   la   ville   durable   avec   un   intérêt   particulier  pour  la  réduction  des  consommation  des  ressources  (énergie,  eau,..),  la  protection   de  notre  environnement  et  l’amélioration  du  cadre  de  vie.     1 Problématiques  et  enjeux     La   ville  concentre  une  partie  importante  de  la  population  et  des  activités  économiques  et   sociales  (80%  du  PIB).  Actuellement,  près  de  50%  de  la  population  mondiale  vit  dans  la  ville.  Ce   ratio  pourra  atteindre  70%  en  2050.  En  France,  près  de  80%  de  la  population  vit  actuellement   dans   la   ville.   Avec   cette   haute   concentration   de   la   population,   la   ville   consomme   une   partie   importante     de   nos   ressources   (eau,   énergie,..).   Elle   constitue   aussi   une   source   importante   de   pollution  de  l’air,  des  sols  et  des  ressources  en  eau  avec  ses  conséquences  sur  la  santé,  la  qualité   de  vie  et  les  ressources  naturelles.  La  ville  est  à  l’origine  de  près  de  80%  de  l’émission  du  gaz  à   effet  de  serre,  elle  est  par  conséquent  grandement  responsable  de  réchauffement  climatique.       La   préservation   des   sources   d’énergie   constitue   une   problématique   majeure   de   notre   temps.  Du  fait  que  la  ville  consomme  une  partie  importante  de  cette  énergie  (75%  de  l’énergie   électrique),  elle  est  au  cœur  de  la  stratégie  de  transition  énergétique.  Celle-­‐ci  porte  sur  plusieurs   volets,   notamment   l’amélioration   de   la   qualité   des   constructions   et   des   infrastructures,   le   recours  aux  énergies  renouvelables  et  l’amélioration  du  mode  de  gestion  de  l’énergie  (réseaux   intelligents,  stockage,  systèmes  de  génération  dans  les  bâtiments  …).   La  ville  représente  aussi  de  grands  enjeux  pour  la  gestion  durable  des  ressources  en  eau,   notamment   la   réduction   des   fuites,   la   sécurité   des   installations   et   de   leur   fonctionnement,   la   protection   des   ressources,   le   traitement   des   eaux   et   la   gestion   des   eaux   pluviales   et   usées   (qualité,   inondation,   recyclage,  ..).     Elle   pose   également   la   problématique   du   cadre   de   vie,   en   termes  de  qualité,  d’équité,  de  sécurité,  d’accès  aux  services  publics  et  de  gouvernance.   Compte  tenu  de  ces  enjeux,  la  gestion  de  la  ville  constitue  une  priorité  à  la  fois  sociétale,   environnementale  et  économique.  Or,  la  ville  est  constituée  de  systèmes  techniques  complexes   (bâtiment,  réseaux  urbains,  voiries,  places  publics,..)  ayant  de  multiples  interactions  entre  eux  et   avec   un   tissu   social   lui-­‐même   souvent   structuré   en   réseaux.   Elle   fait   aussi   intervenir   de   nombreux   acteurs   (publics,   privés,   usagers,..)   avec   des   problématiques   de   gouvernance,   de   communication,  de  concertation  et  de  prise  de  décision.     Avec   le   développement   des   innovations   technologiques   et   non   technologiques,   notamment   dans   le   secteur   de   la   technologie   de   l’information   et   de   la   communication,   on   dispose   aujourd’hui   de   moyens   puissants   qui   permettent   de  suivre   en   temps   réel   l’état   et   le   fonctionnement   des   composantes   des   systèmes   urbains   (réseaux   urbains,   place   publique,   bâtiments,…)   et   de   partager   en   temps   réel   les   données   avec   les   acteurs   de   la   ville   (usagers,  

 

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maîtres   d’ouvrages,   opérateurs,   collectivités,   services   de   secours,…).   Ceci   présente   de   formidables   opportunités   pour  collecter   des   informations   sur   l’état   et   le   fonctionnement   des     composantes  urbaines  et  l’usage  qui  en  est  fait,  les  mettre  à  la  disposition  de  différents  acteurs   pour   éclairer   leur   décision,   intervenir   en   cas   d’anomalie   de   fonctionnement   (fuite,   contamination,  surcharge,  congestion,  intrusion  ….),  développer  des  modèles  prévisionnels  pour   les  systèmes  urbains  et  assurer  une  gestion  optimale  de  ces  systèmes.  Grace  à  ces  innovations,   on   peut   réaliser   des   économies   substantielles   par   une   gestion   optimale   de   chaque   composante,   et   encore   davantage   par   une   gestion   optimale   et   coopérative   par   groupes   de   composantes   (îlot,   quartier,  ville,…).       Ces   développements   ont   donné   lieu   au   concept   des   systèmes   urbains   intelligents     (Bâtiment   Intelligent,   Ville   Intelligente,   Transport   Intelligent..  ),   qui   connaît   aujourd’hui  un  très  fort  développement  avec  de  larges  perspectives  en  termes  environnemental,   sociétal  et  économique.     Sur   le   plan   technique,   le   concept   «  Ville   Intelligente  »   est   organisé   autour   de   trois   couches  (Figure  1)  :   - Une  couche  «  Instrumentation»  qui  comporte  de  capteurs  intelligents  capables  de  mesurer   diverses  grandeurs  physiques,   d’effectuer   des   traitements   locaux,   d’interagir   avec   d’autres   capteurs   et   actionneurs   capables   d’appliquer   des   commandes.   Généralement   ces   équipements  constituent  de  très  grands  réseaux  à  avec  des  dizaines  voire  de  centaines  des   milliers  d’éléments.   - Un   système   de   communication   entre   le   réseau   de   capteurs   et   des   serveurs.   Ce   système   comporte  généralement  des  systèmes  hybrides  avec  des  éléments  filaires  et  non  filaires  et   divers  protocoles  de  communication.   - Des   serveurs   avec   de   très   grandes   capacités   de   stockage   et   une   plateforme   logicielle   de   grande   performance   capable   (i)   d’effectuer   en   quasi-­‐   temps   réel   le   traitement   et   l’analyse   de   grande   quantité   de   données   avec   des   opérations   d’analyse,   d’optimisation   et   de   communication  et  (ii)  d’assurer  la  supervision  et  le  contrôle  des  systèmes  complexes.  Cette   plateforme   doit   être   aussi   capable   de   générer   et   d’enrichir,   par   des   techniques   d’apprentissage,  des  systèmes  intelligents  de  gestion  des  systèmes  urbains  et  de  développer   des  modèles  prévisionnels  pour  ces  systèmes.  Il  doit  aussi    assurer  la  mise  à  disposition  des   informations  traitées  aux  différents  acteurs  et  sous  divers  supports  de  communication.       Couche'3' Serveurs' Stockage,'analyse'de'données,'communica6on,'   ' prise'de'décision''     Couche'2' Système'de'' Filaire'et'sans'fil'   communica6on' '     Traitement)local) Analyse,)communica2on,)ac2on)   ) )   Capteurs)de)mesure)(débit,)qualité,) Couche'1'   Instrumenta2on) température,)vibra2on,)humidité,..)) )   •  Contrôleurs)   Figure  1  :  Organisation  technique  du  concept  de  la  ville  intelligente  

 

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Le   concept   de   ville   intelligente   ne   saurait   cependant   se   réduire   à   sa   dimension   technique,  pour  deux  raisons.   La   première   est   que   la   ville   est   une   communauté   humaine   et   que   le   système   technique   est   (ou   plutôt   devrait   être)   au   service   de   cette   communauté.   La   deuxième   est  que  les  systèmes  techniques  sont  mis  en  œuvre  par  des  individus  et  interagissent  avec  ces   mêmes  individus  ou  d’autres  individus.     Le  premier  point  conduit  d’abord  à  s’intéresser  aux  attentes  des  usagers,  notamment  en   termes   de   confort,   de   cadre   de   vie   et   d’économie,   et   à   la   manière   dont   les   systèmes   techniques   permettent  de  répondre  à  ces  attentes.  Il  faut  cependant  aller  au-­‐delà  des  attentes  directement   liées   aux   services   que   fournissent   les   systèmes   techniques.   La   mise   en   œuvre   de   la   ville   intelligente   et   durable   est   susceptible   d’avoir   un   impact   important   sur   d’autres   arbitrages   fondamentaux  des  ménages,  par  exemple  les  arbitrages  entre  travail  et  loisir  ou  arbitrages  entre   transport   et   espace   résidentiel.   Il   faut   également   s’intéresser   aux   différentes   catégories   d’usagers,  qui  n’ont  pas  les  mêmes  attentes  et  ne  font  pas  face  aux  mêmes  contraintes.     Le  deuxième  point  conduit  tout  d’abord  à  s’intéresser  aux  réactions  des  individus  face  aux   systèmes   techniques   et   notamment   à   la   manière   dont   ils   les   mettent   en   œuvre,   ainsi   qu’aux   conséquences   de   ce   comportement   sur   le   fonctionnement   des   systèmes   techniques   et   leur   efficacité.   Parallèlement   aux   systèmes   techniques   eux-­‐mêmes,   il   conduit   à   s’intéresser   à   leur   mode   de   gestion   et   aux   incitations   qu’ils   fournissent,   tant   pour   les   gestionnaires   que   pour   les   usagers.     Cependant,   au-­‐delà   d’une   approche   individualiste,   le   deuxième   point   conduit   à   s’intéresser   aux   structures   urbaines   et   à   leur   aspect   social.   D’une   part,   parce   que   l’impact   d’une   technologie   urbaine   de   grande   ampleur   est   susceptible   de   varier   en   fonction   des   structures   urbaines   dans   lesquelles   elle   est   implantée.   D’autre   part,   parce   que   l’implantation   de   cette   technologie   est   susceptible   de   faire   évoluer   les   structures   de   la   ville,   y   compris   les   structures   sociales.         Le   concept   «  Ville   intelligente   et   durable  »   est   récent.   Les   travaux   de   recherche   et   développement  dans  ce  domaine  portent  principalement  sur  des  composantes  ou  des  services   urbains  isolés.  A  ce  jour,  on  dispose  d’un  maigre  retour  d’expériences  sur  le  fonctionnement  de   ce  concept  à  l’échelle  de  la  ville  en  intégrant  les  divers  services  urbains  (électricité,  chauffage,   éclairage   public,   distribution   d’eau,   assainissement,   mobilité,..)   et   les   interactions   avec   les   acteurs,   notamment   les   usagers.   Ceci   constitue   un   véritable   obstacle   au   redéploiement   de   ce   concept  dans  la  ville.  Le  projet  proposé  vise  à  mener  des  recherches  innovantes  sur  différentes   composantes   de   la   ville   intelligente   et   d’expérimenter   ce   concept   sur   des   démonstrateurs   à   l’échelle   d’une   petite   ville  en  traitant  les  composantes  techniques  de  la  ville  (réseaux  urbains,   bâtiment,..)   et   les   usages.   Ceci   constitue   une   première   mondiale,   car   les   projets   connus   à   ce   jour,  traitent  généralement  de  volets  isolés  de  la  ville.     On  présente  ci-­‐dessous  le  projet  proposé,  les  démonstrateurs  qui ��vont  servir  de  support   pour   ce   projet,   le   programme   de   recherche,   ses   retombées   sur   le   plan   scientifique   et   socio-­‐ économique,  la  gestion  du  projet,  son  budget  et  ses  partenaires.    

 

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Programme  de  recherche  et  de  développement    

2.1 Présentation  globale       Le   projet   vise   un   double   objectif  :   développer   une   activité   de   recherche   et   de   développement   sur   les   systèmes   intelligents   de   diverses   composantes   de   la   ville     (bâtiment,   réseau,…)   et   les   regrouper   dans   un   système   global   (système   de   systèmes)  en   prenant   en   compte   les   interactions   entre   ces   systèmes   (Figure   2).   Chaque   système   comporte   les   3   couches   évoquées   ci   –   dessus   (Figure   1)  :   instrumentation,   contrôleur,   réseau   de   communication,   système   de   pilotage.   Le   système   global   offre   une   mutualisation   du   système   de   communication   et   des   outils   de   la   plateforme   de   pilotage  :   stockage   et   traitement   de   données,   mise   à   disposition   des   données   traitées   sur   divers   supports,   apprentissage   à   partir   des   données   spatiales   et   temporelles,   optimisation,  contrôle  des  actionneurs..         Systeme'de'systèmes Plateforme'de'pilotage         Interaction Interactions Usagers         Systèmes'urbains Batiment'1 Batiment'n Réseau'1 Réseau'm   Figure  2  :  Approche  globale  de  la  ville  intelligente  et  durable  (système  de  systèmes  -­‐  usagers)     Le  programme  de  recherche  porte  sur  les  volets  scientifiques  et  d’innovation  suivants  :   -­‐ Bâtiments   et   infrastructures   durables  :   nouveaux   matériaux   et   dispositifs   constructifs   pour  l’isolation  thermique,  la  réduction  des  consommations,  le  stockage  d’énergie  et  la  gestion   optimale  des  fluides.   -­‐ Capteurs   miniaturisés   pour   la   mesure   de   grandeurs   physiques   (température,   humidité,   vitesse   d’écoulement,   pression,   qualité   de   l’air,   qualité   de   l’eau,  ..)   avec   des   capacités   de   traitement   local   et   à   faible   consommation   d’énergie   et   des   actionneurs   performants   pour   le   contrôle  de  différentes  composantes  des  équipements  urbains.   -­‐ Systèmes   de   communication   performants   pour   de   larges   réseaux   de   capteurs   intégrant   divers  modes  et  protocoles  de  communication  assurant  à  la  fois  la  sécurité  de  fonctionnement,  la   sécurité  de  données  et  une  faible  consommation  d’énergie,  interopérabilité  des  réseaux..   -­‐ Plateformes   logicielles   capables   d’effectuer   en   quasi-­‐   temps   réel   des   opérations   d’analyse  de  grande  quantité  de  données,  d’optimisation  de  systèmes  complexes  et  hétérogènes,   de   développer   par   apprentissage   des   modèles   de   contrôle   et   d’optimisation   et   d’assurer   en   temps  réel  la  sécurité  de  fonctionnement  des  systèmes  urbains.  La  plateforme  doit  intégrer  des   expertises  «  métier  »  à  travers  une  forte  interaction  avec  les  opérateurs,  les  bureaux  d’ingénierie,   les  entreprises  de  construction,  les  développeurs  de  solutions  innovantes  et  les  gestionnaires  de   systèmes  urbains.   Le   programme   de   recherche   comporte   un   volet   important   «  sciences   sociales  »   sur   des   aspects  majeurs  de  la  ville  durable,  notamment  la  notion  de  confort,  les  attentes  des  usagers,  le   comportement   des   usagers   face   à   des   ruptures   technologiques,   l’appropriation   de   nouvelles  

 

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technologies   par   les   usagers,   le   mode   de   gouvernance,   le   modèle   économique     et   les   interactions  entre  systèmes  techniques  et  structures  urbaines.     2.2 Démonstrateurs     Le   programme   de   recherche   s’appuie   sur   un   démonstrateur   principal,   celui   de   la   Cité   Scientifique,   qui   est   représentatif   d’une   petite   ville,   et   le   démonstrateur   du   Groupe   HEI   ISA   ISEN   à   l’échelle   d’un   bâtiment   avec   des   possibilités   d’extension   sur   d’autres   démonstrateurs,   notamment   un   démonstrateur   «  Logement   social  »   avec   Lille   Métropole   Habitat,   un   démonstrateur   «  Bâtiments   tertiaire  »   sur   le   parc   Euratechnologies,   l’eco-­‐quartier   «  l’Union  »   qui   a   été   labélisé   dans   le   cadre   de   l’appel   à   projet   PIA   «  Ecocities  »   et   l’éco-­‐quartier   «  Les   Alouettes  »   à   Bruay-­‐La-­‐   Buissière.   Ces   démonstrateurs   présentent   un   ensemble   riche   et   varié   des  systèmes  urbains  permettant  de  mener  une  activité  de  recherche  et  de  développement  de   très   haut   niveau,   de   vérifier,   à   une   échelle   pertinente,   l’intégration   des   innovations   technologiques   et   non   technologiques   et   des   stratégies   de   gestion   de   systèmes   urbains.     On   trouve   ci-­‐dessous   une   brève   présentation   du   démonstrateur   de   Cité   Scientifique   et   du   groupe   HEI-­‐ISA-­‐ISEN.  

2.2.1 Démonstrateur  SunRise  –  Cité  Scientifique     Le  démonstrateur  SunRise  «  Cité  Scientifique  »  est  représentatif  d’une  petite  ville   de  près   de  25  000  habitants.  Le  campus  s’étend  sur  110  hectares,  avec  des  activités  de  type  tertiaire  de   formation,  de  type  secondaire  ou  tertiaire  de  recherche,  d’habitation  et  de  restauration  par  ses   résidences  et  restaurants  universitaires,  de  culture,  sports  et  loisirs.  Il  s’agit  d’un  domaine  public   de   l’État   créé   en   1963   et   géré   par   une   entité   commune,   le   DUSVA   (Domaine   Universitaire   Scientifique  de  Villeneuve  d’Ascq).     Le  campus  comporte  un  patrimoine  de  constructions  avec  près  de  (i)  140  bâtiments  (325   000  m2)  en  grande  majorité  anciens  avec  des  performances  énergétiques  médiocres  (Figure  3a)   et   (ii)   près   de   75   km   de   réseaux   urbains   (eau   potable,   assainissement,   électricité,   chauffage   urbain,  éclairage  public,..)  (Figure  3b).     Réseau  d’eau  potable   Le   réseau   d’eau   potable   contient   différents   composants   et   accessoires,   comme   les   conduites   (16   km),   les   bouches   d'incendie,   des   vannes,   des   stabilisants,   des   purges   et   des   fontaines.   Les   conduites   sont   principalement   en   fonte   avec   un   diamètre   variant   entre   4   et   30   cm.  Le  réseau  est  déjà  équipé  d’un  système  de  télérelève  pour  la  mesure  des  consommations  de   différents  bâtiments    (75  compteurs).  On  dispose  des  données  de  consommation  depuis  2008.   Réseau  d’assainissement   Le   réseau   d’assainissement   est   séparatif.   Il   comprend   près   de   4   km   de   réseaux   d’évacuation   des   eaux   usées   et   6   km   de   réseau   d’eau   pluviale.   L’évacuation   des   eaux   est   effectuée  par  le  Nord  et  le  Nord  Est  de  la  Cité  Scientifique  vers  la  station  d’épuration  de  la  ville   de  Villeneuve  d’Ascq.   Réseau  de  chauffage     Le  réseau  de  chauffage    a  été  rénové  en  2002.  Il  est  composé  d’une  chaufferie  de  31  MW,   d’un  réseau  principal  de  9  km,  de  103  stations  d’échanges  primaires  et  secondaires  de  10  km  de   réseau  secondaire  à  l’intérieur  e  bâtiments.  Les  stations  d’échanges  sont  équipées  d’un  système   de  télérelève.     Réseau  électrique      

 

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Le  réseau  électrique  comporte  un  réseau  de  haute  tension  qui  a  été  rénové  en  2012,  des   stations   de   transformation   et   un   réseau   basse   tension.   Le   réseau   est   équipé   d’un   système   de   télérelève  pour  l’ensemble  des  bâtiments.                             Figure  3  :  Patrimoine  du  campus  de  la  Cité  Scientifique     2

(a)    140  bâtiments  de  divers  usages    (325  000  m )     (b)  70  km  de  réseaux  urbains  (chauffage,  électricité,  éclairage,  eau  potable,  assainissement,.)  

2.2.2 Démonstrateur  SunRise    «  Vauban  »  

Le   démonstrateur   «  SunRise   Vauban  »   est   porté   par   le   groupe   HEI-­‐ISA-­‐ISEN.   ll   concerne   un   bâtiment  situé  rue  Roland  à  Lille  qui  intègre  les  activités  des  laboratoires  LGCgE  et  le  L2EP,  qui   sont  très  impliqués  dans  ce  projet.  On  y  trouve  également  des  activités  de  formation  et  de  R&D.   Le   bâtiment   est   situé   en   plein   cœur   du   quartier   VAUBAN   ESQUERMES   et   fait   partie   de   l’ensemble  immobilier  du  groupe  HEI  ISA  ISEN.  Plus  de  20000  étudiants  sont  présents  sur  ce  site   de   centre-­‐ville   qui   mixe   population   et   pôle   d’enseignement   supérieur.   Le   bâtiment   (2500   m²)   sera   restructuré   pour   répondre   en   termes   d’équipements   aux   objectifs   scientifiques   du   projet   SunRise.  Il  présente  plusieurs  originalités,  notamment  :   -­‐ La  mise  en  place  de  systèmes  de  stockage  et  d’aménagement  des  lieux  d’installation,  dont   un  stockage  hydrogène.   -­‐ L’installation  d’un  système  de  panneaux  photovoltaïques.   -­‐ La   Liaison   du   système   de   panneaux   photovoltaïques   et   de   stockage   de   la   plateforme   au   réseau  électrique  du  bâtiment.   -­‐ L’utilisation   de   matériaux   innovants   pour   isolation   thermique,   hydrique,   acoustique,…   (textiles,  à  changement  de  phase,  végétalisés),  l’utilisation  de  compteurs  communicants,   de  bornes  de  recharge  pour  les  véhicules  électriques,  la  mise  en  place  d’un  mur  végétalisé   instrumenté.     Ce  démonstrateur  porte  aussi  sur  les  réseaux  d’eau  potable  et  d’assainissement.     2.3 Description  des  tâches  du  projet     Le  projet  est  organisé  en  5  tâches  (WP):   -­‐ WP1  :  Système  d’information  urbain     -­‐ WP2  :  Bâtiment   -­‐ WP3  :  Réseaux    urbains   -­‐ WP  4  :  Système  de  pilotage     -­‐ WP  5  :  gouvernance,  retour  d’expérience,  et  recommandations      

 

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2.3.1 WP1    -­‐  Système  d’information  urbain     Participants  :  LGCgE,  LIFL,  INRIA,  IFSTTAR,  STEROGRAPH,  TVES,  PROJEX  (soutien),  CAUE  (soutien),    IBM  (soutien)   Construction  du  système  d’information   Le   programme   de   recherche   comporte   dans   un   premier   temps   la   construction   d’un   système   d’information   urbain.   Ce   système   vise   l’intégration   de   l’ensemble   des   informations   sur   le   patrimoine  urbain  (bâtiment,  réseaux,  espace  public,  ..)  en  termes  de  caractéristiques  (surface,   type   d’usage,   nombre   d’usagers,   qualité   de   construction,   équipements   spécifique,…)   et   de   localisation   (géolocalisation).   Il   vise   aussi   l’intégration   des   données   de   fonctionnement,   notamment  les  consommations,  les  données  métrologiques,  les  incidentes  de  fonctionnement,   les  interventions..   Le   système   d’information   sera   doté   des   outils   graphiques   3D   en   utilisant   deux   systèmes   complémentaires  :  un  système  d’information  géographique  (SIG)  et  le  système  THEIA  qui  a  été   développé  par  un  partenaire  du  projet  (Stereogrph)  qui  permet  de  faire  une  visualisation  3D  des   composantes  de  la  ville  à  différentes  échelles  (pièce,  bâtiment,  réseau,  îlot,  quartier,..)  et  de  leur   équipement   et   instrumentation.   Les   informations   sont   accessibles   d’une   manière   interactive   sur   divers  supports  de  communication  (téléphone  portable,  tablette,  ordinateur)  avec  la  possibilité   d’ajouter  de  nouvelles  données  et  d’envoyer/recevoir  des  alertes  en  temps  réel.   Construction  des  profils  de  consommation  (courbe  de  demande)   A   partir   de   données   historiques   et   des   caractéristiques   de   patrimoine,   on   va   procéder   à   la   construction  de  profils  de  consommation  des  bâtiments  (électricité,  chauffage,  eau  froide,  eau   chaude,..).   Pour   le   projet   SunRise,   on   dispose   des   données   de   consommation   de   différents   bâtiments   au   cours   de   cinq   dernières   années.   Ces   données   seront   analysées   en   fonction   des   caractéristiques   des   bâtiments,   leurs   usages,   superficies,   nombre   d’usagers,   équipement.   L’objectif   est   d’établir   le   profil   de   consommation   en   fonction   des   caractéristiques   des   bâtiments   et   à   différentes   échelles   de   temps   (horaire,  journalière,   hebdomadaire   et   mensuelle).   Des   techniques   d’analyse   de   données   et   de   modélisation   avancées   (réseau   de   neurones,…)   seront   utilisées   pour   la   construction   des   profils   de   consommation   des   bâtiments.   Ces   courbes   serviront   à   la   programmation   du   fonctionnement   de   certains   équipements   (chauffage,   éclairage,   effacement,..)   et   à   la   détection   des   anomalies   de   fonctionnement   (fuite,   surcharge,   surconsommation...).   Les   anomalies   de   consommation   seront   analysées   d’une   manière   approfondie  afin  de  comprendre  leurs  causes  et  proposer  des  mesures  rapides  d’intervention.     Cette  analyse  permet  d’explorer  les  possibilités  de  coopération  énergétique  entre  des  groupes   de  bâtiments  et  d’établir  des  schémas  de  gestion  mutualisée  au  niveau  local.         Verrous  à  lever  :   - Construction  d’un  système  d’information  urbain  intégrant  des  données  de  patrimoine  et  de   fonctionnement.   - Analyse  et  intégration  dans  le  système  d’information  des  profils  de  consommation.   - Développement   des   interfaces   interactives   sur   divers   supports   pour   divers   public   (usagers,   gestionnaires,  opérateurs,  collectivités,..).      

 

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2.3.2 WP2  -­‐  Bâtiments   Participants  :  LGCgE,  L2EP,  LAGIS,  LIFL,  IEMN,  IRCICA,  EQUIPPE,  CLERSE,  IFSTTAR,  Départements   GCE  et  DIA,  LMCU,  LMH,  CITC,  STEREOGRAPH,  Technicity,  INODESIGN,  PROJEX  (soutien)   Le  projet  porte  sur  divers  types  de  bâtiments,  notamment  le  logement  social  avec  Lille  Métropole   Habitat,   des   bâtiments   d’enseignement,   de   recherche   et   de   résidence   sur   le   campus   et   de   bâtiment  des  bureaux  et  d’habitation  dans  des  éco-­‐quartiers  et  des  parcs.     Innovation  dans  la  réhabilitation     Le  projet  comporte  des  recherches  sur  la  réhabilitation  des  bâtiments  avec  un  intérêt  particulier   pour   des   innovations   dans   le   diagnostic   des   bâtiments   existants   et   le   développement   et   l’expérimentation   de   nouveaux   matériaux   et   procédés   pour   l’amélioration   des   performances   énergétiques   des   bâtiments   existants.   Les   travaux   portent   sur   l’isolation   thermique,   la   production   locale   d’énergie   par   les   bâtiments   (solaire   thermique,   photovoltaïque…),   son   injection  dans  le  réseau,    le  stockage  d’énergie,  l’équipement  de  chauffage,  la  ventilation  et  le   traitement  de  l’air.  L’objectif  de  cette  partie  est  d’expérimenter   sur  des  bâtiments  existants  des   innovations  en  mettant  à  profit  les  infrastructures  de  suivi  et  de  contrôle  développées  dans  le   cadre  du  projet.   L’implication   de   l’usager   lors   de   la   réhabilitation   notamment   nous   semble   essentielle   dans   l’approche   sociale   du   bâtiment   et   de   ses   performances.   Cette   implication   peut   également   lui   permettre   de   mieux   appréhender   ce   nouveau   paradigme   des   échanges   énergétiques   à   une   micro-­‐échelle.   Instrumentation     L’instrumentation  des  bâtiments    vise  :   (i) Le   suivi   en   temps   réel   de   grandeurs   physiques   et   de   confort   (température,   humidité,   luminosité,  qualité  de  l’air,  bruit,  vitesse  de  circulation  de  l’air,..),  les  consommations  (eau   froide,  eau  chaude,  chauffage,  électricité,..)  et  l’analyse  de  présence.   (ii) La   commande   à   l’aide   d’actionneurs   des   équipements   (chauffage,   électricité,   ventilation,   climatisation,  eau  froide,  eau  chaude,  stores,…).     (iii) Le  développement,  dans  un  environnement  «  open  source  »,  de  plateformes  de  gestion  de   réseaux  de  capteurs  évolutifs,  fiables  et  économes  en  énergie.   Pour   les   bâtiments   existants,   nous   allons   utiliser   la   technologie   sans   contact   en   mettant   les   différents   capteurs   et   actionneurs   en   réseau.   Des   recherches   vont   être   effectuées   pour   le   regroupement   des   capteurs   dans   des   nœuds,   l’intégration   dans   ces   nœuds   de   logiciels   embarqués   permettant   d’effectuer   un   traitement   local.   Un   intérêt   particulier   sera   porté   sur   l’économie  d’énergie  en  développant/utilisant  des  capteurs  et  des  protocoles  de  communication   économes  en  énergie.   Usagers   La  gestion  de  bâtiments  nécessite  aussi  une  forte  interaction  avec  les  usagers,  notamment  sur   les  volets  confort  et  attente.  Cette  partie  est  primordiale  pour  une  gestion  optimale  de  l’énergie.   Elle  conduit  à  des  investigations  sur  les  points  suivants  :     (i)   Les   attentes   des   usagers   et,   de   manière   plus   générale,   les   arbitrages   qu’ils   font   entre   niveau  de  confort  et  coûts   (ii)  Les  réactions  des  usagers  face  aux  nouveaux  systèmes  techniques  et  la  manière  dont  ils   les  utilisent     (iii)  Les  systèmes  incitatifs  que  permet  de  mettre  en  œuvre  le  suivi  individualisé  et  en  temps   réel  et  leurs  conséquences  sur  le  comportement  des  usagers.      

 

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Verrous  à  lever  :   - Innovation   dans   les   méthodes   de   diagnostic,     les   matériaux   et   procédés   d’isolation,   notamment  pour  les  travaux  de  réhabilitions.   - Stockage  d’énergie  dans  les  éléments  de  construction  (Matériaux  à  changement  de  phase)   - Développement  de  capteurs/actionneurs    miniaturisés  et  économe  en  énergie   - Interaction  avec  les  usagers,  participation,  gextion…   - Innovation  dans  le  logement  social     2.3.3

WP3  -­‐  Réseaux  urbains     La   ville   intelligente   s’appuie   sur   des   réseaux   urbains   intelligents   qui   ont   pour   rôle   de   (i)   moderniser  la  gestion  des  réseaux  existants  à  travers  l’analyse  des  données  historiques  de  ces   réseaux,  le  suivi  en  temps  réel  de  leur  état  et  fonctionnement  et  l’automatisation  de  certaines   fonctions   d’optimisation   et   de   sécurité,   (ii)   informer   et   sensibiliser   les   usages   et   les   autres   acteurs   sur   les   coûts   de   leurs   consommations   et   les   stratégies   alternatives   pour   les   réduire   dans   le   but   de   les   impliquer   dans   la   voie   de   développement   durable   (iii)   intégrer   d’une   manière   efficace  d’autres  sources  telles  que  les  énergies  renouvelables  et  la  gestion  coopérative  entre  les   composantes  urbaines  (bâtiment,  réseau  d’eau  –  réseau  d’énergie,…).   Le   projet   SunRise   s’appuie   sur   l’instrumentation   des   réseaux   d’eau   potable,   d’assainissement,   de   chauffage   et   d’électricité.   Ce   travail   peut   être   étendu   par   la   suite   aux   voiries  et  au  réseau  d’éclairage  public.   2.3.3.1 Réseaux  d’eau  potable   Participants  :  LGCgE,  IEMN,  LAGIS,  EAUX  du    Nord,  CITC,  IRCICA,  Départements  GCE  et  DIA  (Ecole   des  Mines),  IFSTTAR   Soutien  :   Association   des   Maires   des   grandes   villes   de   France   (AMGVF),   CEA-­‐LIST,   W-­‐Smart,   Eaux   de  Paris,  CALMWATER   Enjeux   L’instrumentation   des   réseaux   d’eau   potable   vise   le   suivi   en   temps   réel   des   paramètres   hydrauliques  et  de  qualité  et  le  contrôle  de  ces  réseaux.    L’instrumentation  hydraulique  vise  la   détection  et  la  localisation  des  fuites  d’eau,  qui  constituent  de  véritables  enjeux  dans  les  réseaux   urbains   (les   fuites   dans   certaines   villes   peuvent   atteindre   40%).   L’instrumentation   «  qualité   de   l’eau»   vise   la   détection   rapide   de   la   contamination   des   réseaux,   qui   présente   un   grand   enjeu   de   santé  publique.       L’instrumentation  du  réseau  de  la  Cité  Scientifique  sera  effectuée  dans  le  cadre  d’un  partenariat   avec  la  Société  des  Eaux  du  Nord  (Suez  Environnement),  le  CEA-­‐LIST,  le  laboratoire  hollandais  sur   l’eau  KWR  et  le  projet  Européen  SmartWater4Europe  qui  regroupe  des  leaders  des  sociétés  de   l’eau   en   Grande   Bretagne   (Thames),   auxPays   Bas   (Vitens)   et   en   Espagne   (Acciona)   et   des   PME   spécialisées  dans  l’instrumentation,  la  télérelève  et  les  réseaux  d’eau  intelligents.    Instrumentation  hydraulique   L’instrumentation  hydraulique  va  comporter  de  mesures  de  débits,  de  vitesse  de  circulation  et   de   pression   dans   différentes   sections   du   réseau,   avec   l’objectif   de   développer   un   système   de   détection   et   de   localisation   des   fuites   à   partir   de   différentes   techniques,   notamment   la   modélisation   hydraulique   (variation   débit   ou/et   de   pression,)   et   les   bilans   de   débits   par   zone   hydraulique.   Instrumentation  «  qualité  de  l’eau  »   L’instrumentation   «  qualité   de   l’eau  »   vise   la   détection   en   temps   réel   des   anomalies   liées   à   la   contamination  des  eaux  par  des  organismes  biologiques.  Cette  problématique  est  au  cœur  des  

 

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préoccupations   des   opérateurs   d’eau   et   des   pouvoirs   publics.   Plusieurs   dispositifs   de   mesure   sont   en   cours   de   développement   ou   de   mise   sur   le   marché.   Dans   le   cadre   de   ce   projet,   on   va   équiper  le  réseau  de  la  Cité  Scientifique  par  ces  dispositifs  notamment  Opiqua  et  Telesonde,…     Avec   cet   équipement,   on   aura   le   moyen   d’analyser   l’efficacité   de   ces   nouveaux   dispositifs   et   d’étudier  diverses  stratégies  d’instrumentation  et  d’analyse  de  données.     Cette  partie  comporte  aussi  une  modélisation  numérique  de  la  diffusion  de  contaminants  dans   les   réseaux   d’eau   potable,   avec   validation   sur   les   mesures   réalisées   et   l’intégration   de   ces   modèles  dans  le  système  expert  de  détection  de  polluants  dans  les  réseaux  d’eau.   Verrous  à  lever  :   - Développement  de  capteurs  innovants  pour  la  qualité  de  l’eau.   - Développement   des   capteurs   économes   en   énergie,   et   des   techniques   de   récupération   d’énergie  à  partir  des  vibrations  et  des  champs  thermique  ou  électromagnétique.   - Stratégie   de   localisation   des   capteurs   et   de   contrôleurs,   d’interprétation   de   mesures,   notamment  pour  des  épisodes  rapides  telle  que  la  contamination.   2.3.3.2 Réseaux  d’assainissement     Participants  :  LGCgE,  IEMN,  LAGIS,  LIFL,  IXSANE,  IFSTTAR,  Eaux  du  Nord,  LMCU  (  ?)   Enjeux   La   directive   européenne   sur   le   traitement   des   eaux   résiduaires   urbaines,   ainsi   que   les   lois   et   codifications  françaises,  ont  institué  le  principe  de  surveillance  des  systèmes  de  collecte  des  eaux   usées   et   des   stations   d’épuration   en   vue   d’en   maintenir   et   d’en   vérifier   l’efficacité   (arrêté   ministériel   du   22   juin   2007).   Les   collectivités   locales   sont   chargées   de   cette   mission.   La   surveillance  porte  sur  le  débit  et  la  qualité.  L’objectif  du  projet  SunRise  est  d’aller  au-­‐delà  de  la   surveillance  en  mettant  en  place  un  système  de  mesure/contrôle  interactif  qui  permet  de  suivre   en   temps   réel   le   volet   hydraulique   du   réseau   d’assainissement   (pluviométrie,   débit,   vitesse,   hauteur,…)   et   le   volet   qualité   (taux   de   charge   de   divers   polluants,…)   et   d’intervenir   en   cas   d’anomalie.   Instrumentation   Le   travail   comportera   dans   un   premier   temps   une   analyse   de   l’état   de   l’art   des   développements   scientifiques  et  technologiques  réalisés  sur  les  techniques  de  suivi  en  temps  réel  des  paramètres   hydrauliques   et   de   qualité,   les   techniques   de   contrôle   (vannes,  ..)   et   les   stratégies   de   surveillance   et   de   contrôle     des   réseaux   d’assainissement.   Cette   partie   permettra   de   proposer   une   stratégie   d’instrumentation   du   réseau   de   la   Cité   Scientifique   et   des   sites   partenaires.     L’objectif  étant  d’utiliser  les  technologies  les  plus  innovantes  afin  de  les  comparer  et  d’explorer   les   possibilités   avec   les   partenaires   du   projet   de   développer   de   nouvelles   technologies   de   mesure.  On  va  aussi  explorer  l’intérêt  des  technologies  alternatives  sur  le  site.       L’instrumentation   portera   sur   les   paramètres   hydrauliques   (débit,   vitesse,   hauteur,…)   dans   les   conduites   et   les   paramètres   qualité   (pH,   T,   Turbidité,   Conductivité,   MES,   BDO,…)   et   la   commande  à  distance  des  réseaux  (électrovannes,  contrôleur  de  pression,..).   Le   travail   comportera   aussi   le   développement   d’un   modèle   numérique   pour   les   sites   de   démonstration  avec  la  validation  de  ce  modèle  sur  les  mesures  réalisées.  Le  modèle  sera  ensuite   utilisé   pour   étudier   divers   scénarii   de   fonctionnement   des   réseaux   de   démonstration   et   pour   développer  une  stratégie  de  gestion  de  ces  réseaux.  Il  servira  comme  outil  d’assistance  pour  le   contrôle   des   réseaux   d’assainissement   et   le   développement   à   partir   des   mesures   réalisées   de   modèles  de  gestion  par  apprentissage.   Récupération  d’énergie  

 

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L’instrumentation   peut   servir   à   suivre   et   évaluer   l’énergie   disponible   et   récupérable   dans   les   réseaux   de   démonstration   et   à   étudier   éventuellement   une   technologie   de   récupération   d’énergie  qui  a  été  développée  par  un  partenaire  du  projet  (Eaux  du  Nord/Suez)  (Degrés  Bleus).     Verrous  à  lever  :   - Innovation  dans  les  technologies  de  mesure  et  de  contrôle  des  réseaux  d’assainissement.   - Stratégie  d’instrumentation  (localisation  de  capteurs,  contrôleurs…)  et  d’interprétation  des   mesures   - Développement  de  modèles  de  gestion  par  apprentissage     - Récupération  d’énergie  dans  les  réseaux  d’assainissement.   2.3.3.3 Réseau  de  chauffage     Participants:  LGCgE,  Dalkia,  LIFL  ;  en  lien  étroit  avec  le  WP2  «  Bâtiment  »     Enjeux   Le  chauffage   présente   près  de  65%  des  consommations  d’énergie   dans  les  bâtiments.  Le  réseau   de   chauffe   urbain   présente   une   solution   intéressante   pour   le   chauffage   des   systèmes   urbains   (îlot,  quartier,  ville,  métropole).  Il  comporte  généralement  une  ou  plusieurs  sources  de  chauffe,   un  réseau  primaire,  des  stations  d’échanges  et  des  réseaux  secondaires.     Plusieurs  défis  se  posent  pour  le  réseau  de  chauffage,  notamment  la  prévision  de  la  demande,  la   réduction  des  déperditions  et  le  couplage  réseau  primaire-­‐réseau  secondaire.  Ce  dernier  point   présente   un   intérêt   majeur   pour   l’optimisation   de   l’énergie   dans   des   parcs   de   bâtiments   existants,  notamment  les  bâtiments  d’habitation  ou  de  bureaux.  Dans  ce  cas,  il  faut  mettre  en   place  une  stratégie  de  gestion  multi-­‐échelle  basée  sur  l’instrumentation  et  l’usage  (présence,..).     Instrumentation     L’instrumentation   comportera   le   suivi   des   paramètres   de   confort   dans   les   bâtiments   (température,   humidité,   ventilation…),   les   paramètres   thermiques   dans   les   stations   d’échange   (flux,   température,   consommation   par   secteur,…)   et   le   contrôle   par   électrovannes   de   flux   de   chaleur.  Un  travail  important  sera  réalisé  en  lien  étroit  avec  la  parie  bâtiment  sur  la  notion  de   confort  afin  d’établir  une  stratégie  de  gestion  de  l’énergie  qui  associe  à  la  fois  les  usagers  et  les   innovations  technologiques.   Stratégie   Des  pistes  importantes  seront  explorées,  notamment  la  coopération  énergétique  avec  d’autres   sources   d’énergie   (électricité,   énergie   renouvelable),   la   gestion   optimale   des   opérations   de   chauffage   et   de   climatisation,   les   stations   de   traitement   de   l’air   et   la   question   de   stockage   d’énergie.   La   question   d’optimisation   se   pose   aussi   dans   le   cadre   d’une   stratégie   de   gestion   coopérative   entre   bâtiments.   Une   analyse   globale   de   cet   aspect   sera   réalisée   en   intégrant   des   possibilités   de   production   locale   de   la   chaleur   (exemple   Centre   de   Ressources   informatique,   CRI,..).  Cette  partie  comprendra  également  le  développement  des  logiciels  d’optimisation  pour   la  gestion  multi-­‐échelle  et  multi-­‐sources  de  l’énergie.       Verrous  à  lever  :   - Stratégie  d’instrumentation  et  de  gestion  multi-­‐échelles  du  chauffage   - Interaction   avec   les   usagers   (confort   et   d’attente,   sensibilisation,   appropriation   des   nouvelles  technologies.)   - Modèle  économique  pour  les  réseaux  de  chauffage  intelligents  

 

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2.3.3.4 Réseau  électrique     Participants  :  L2EP,  LGCgE,  ERDF,  IFSTTAR   Enjeux   Le   développement   et   l’implantation   des   réseaux   électriques   intelligents   constituent   un   volet   important  de  ce  projet,  car  la  ville  représente  près  de  70%  des  consommations  électriques.  Ce   type  de  réseau  répond    aux  préoccupations  de  l’Europe    «Sans  une  mise  à  niveau  sérieuse  des   réseaux   et   systèmes   de   mesure,   on   court   le   risque   de   prendre   du   retard   dans   la   production   d'énergie  renouvelable,  de  compromettre  la  sécurité  des  réseaux,  de  ne  pas  exploiter  toutes  les   possibilités   en   matière   d'économies   d'énergie   et   d'efficacité   énergétique   et   de   ralentir   considérablement   le   développement   du   marché   intérieur   de   l'énergie  »   et   à   la   première   proposition   du   livre   blanc   des   industriels   au   service   de   l’intelligence   énergétique   «Lancer   rapidement   plusieurs   démonstrateurs   à   l’échelle   d’une   ou   plusieurs   régions   pour   les   réseaux   électriques  intelligents  du  futur  dans  le  cadre  du  programme  des  Dépenses  d’Avenir,  à  condition   d’être  coordonnés  entre  eux  ».   Instrumentation   Le   concept   du   réseau   électrique   intelligent   est   aujourd’hui   bien   arrêté.   Ce   système   permet,   grâce   au   recours   aux   technologies   numériques,   d’assurer   une   gestion   optimisée   de   l’énergie   électrique   en   intégrant   la   maîtrise   de   la   demande   et   le   pilotage   des   usages   électriques,   l’intégration   des   énergies   renouvelables   au   réseau   (gestion   de   la   bidirectionnalité   des   flux   électriques),   ainsi   que   le   développement   de   nouveaux   usages   de   l’électricité   (ex.   électromobilité),   en   recourant   si   besoin   à   des   dispositifs   de   stockage.   Il   permet   aussi   une   meilleure   communication   avec   les   usagers   et   leur   sensibilisation   quant   à   la   réduction   des   consommations,  notamment  aux  heures  de  pointe.     L’objectif  de  ce  volet  du  projet  consiste  à  décliner  ce  concept  sur  la  Cité  Scientifique  et  les  sites   partenaires,  avec  un  intérêt  particulier  pour  l’analyse  et  le  suivi  des  consommations  au  niveau   de  chaque  bâtiment  et  de  groupes  de  bâtiments.  L’objectif  étant  de  caractériser  l’évolution  de   consommations  d’énergie  et  d’évaluer  la  flexibilité  dans  le  pilotage  de  certains    usages  afin  de   réduire  les  consommations  aux  heures  de  pointe  (lissage  des  courbes  de  charge).  On  s’appuyer   dans   cette   partie   sur   l’instrumentation   présentée   dans   la   partie   bâtiment.   Le   projet   comporte   aussi   une   analyse   des   possibilités   de   stockage   de   l’énergie   et   d’intégration   d’autres   sources   d’énergie.   Il   porte   aussi   sur   le   développement   et   l’implantation   d’une   stratégie   de   gestion   optimale   de   l’énergie   basée   sur   un   système   d’expert   qui   sera   développé   à   partir   des   mesures   et   de  l’expertise  des  partenaires  et  des  mesures  en  temps  réel.     Modélisation  des  consommations  électriques   Le   relevé   des   courbes   de   charge   sur   site   permettra   d’élaborer   un   modèle   des   consommations   spécifiques   et   thermiques   d’électricité,   en   vue   d’anticiper   l’impact   de   mesures   d’économie   d’énergie   (ex.   mise   en   place   d’usages   performants)   ainsi   que   le   développement   de   nouveaux   usages   (ex.   déploiement   d’infrastructures   de   recharge   de   véhicules   électriques).   Cette   modélisation   permettra   également   de   qualifier   les   synergies   potentielles   entre   les   réseaux   de   fluides  (ex.  pompes  à  chaleur  connectées  au  réseau  de  chaleur)  en  identifiant  les  possibilités  de   mutualisation  inter-­‐réseaux.   Simulation  de  différents  mix  énergétiques   Afin   d’analyser   les   différents   scénarios   d’approvisionnement   énergétique   à   partir   de   système   de   production   décentralisée   sur   la   base   de   données   réelles   de   consommation,   le   projet   comportera  la  simulation  de  mix  énergétiques  diversifiés.  Ces  simulations  viseront  à  analyser  le  

 

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bilan   prévisionnel   production   /   consommation   afin   de   quantifier   le   taux   de   couverture   «  dynamique  »   des   besoins   locaux   par   les   dispositifs   d’énergie   répartie.   Cette   analyse   s’accompagnera   d’une   étude   de   sensibilité   technico-­‐économique   et   permettra   de   définir   les   opportunités  de  services  additionnels  portés  par  le  réseau  de  distribution  (fonctionnalités  Smart   Grid)  pour  optimiser  la  gestion  des  flux  (logique  d’équilibrage).     Développement  d’actionneurs   Le   développement   d’actionneurs   innovants   et   commandable   à   distance   permettant   la   variation   des   flux   des   énergies   au   sein   des   bâtiments   (électricité,   chaleur,   eau,   …)   et   équipements  techniques  représente  aussi  une  partie  importante  de  ce  projet.     Verrous  à  lever  :   - Mise   en   place   d’une   stratégie   de   planification   énergétique   à   l’échelle   du   campus   et   identification  des  fonctionnalités  Smart  Grids  pertinentes   - Développement   d’actionneurs   innovants   pour   les   diverses   applications   (prises   électriques,   temporisateur  dispatché,  électrovanne,  convertisseurs  électroniques,  …)  et  des  systèmes  de   contrôle  /  commande  associés   - Stratégie   d’instrumentation   et   de   gestion   optimale   des   réseaux   électriques   (multi-­‐échelle,   multi-­‐sources,  stockage,  mutualisation  entre  réseaux  de  fluides  et  bâtiments,..).     2.3.4 WP4  -­‐  Plateforme  de  pilotage     Participants  :   LGCgE,   L2EP,   LIFL,   INRIA,   LAGIS,   Painlevé   (Mathématiques),   Département   DIA   (Ecole  des  Mines),  IFSTTAR   Soutien  :  CEA-­‐LIST,  IBM,  CALMWATER  

  Collecte  de  données,  traitement,  mise  à  disposition   La   plateforme   de   pilotage   joue   un   rôle   central   dans   la   gestion   des   systèmes   urbains   intelligents.   Elle   assure   l’échange   de   données   avec   les   diverses   composantes   techniques   (bâtiment,   réseaux   urbains,   place   publics),   l’analyse   de   ces   données,   leur   stockage   dans   le   système   d’information,   leur   traitement   et   communication   aux   publics   concernés   (usagers,   maîtres  d’ouvrages,  opérateurs,  gestionnaires,  collectivités,  services  des  secours,…)  en  utilisant   divers  supports  interactifs.       Outils    d’apprentissage  et  d’optimisation   Compte  tenu  de  la  complexité  de  la  modélisation  mathématique  des  systèmes  urbains,  il   est   nécessaire   d’intégrer   dans   la   plateforme   de   pilotage   des   outils   pour   le   développement   de   modèles   par   apprentissage   en   utilisant   les   données   historiques,   les   développements   scientifiques   et   les   expertises   «  métiers  ».   Il   est   également   nécessaire   d’intégrer   dans   cette   plateforme   des   outils   d’optimisation   pour   les   systèmes   complexes   (grande   taille,   hétérogènes,   multi-­‐échelles,..)   intégrant   l’historique   des   données,   les   mesures   en   temps   réel,   des   modèles   numériques  et  des  modèles  par  apprentissage.      Sûreté  de  fonctionnement   Dans  le  cadre  de  ce  projet,  nous  allons  intégrer  dans  la  plateforme  de  pilotage  un  système   destiné   à   la   sécurité   de   fonctionnement   de   diverses   composantes   urbaines.   Ce   système   doit   intégrer   des   expertises   «  métier  »   et   «  groupes   de   métiers  ».   En   cas   d’anomalie   de  

 

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fonctionnement  (fuite,  surcharge,  contamination,..),  le  système  effectue  des  actions  d’alerte  et   de  contrôle  à  l’aide  des  actionneurs  de  divers  équipements  (eau,  chauffage,  électricité,…).  En  cas   de   défaillance,   le   système   sert   aussi   d’assistant   au   rétablissement   du   fonctionnement   des   systèmes  urbains.     Gestion  optimale     La  gestion  optimale  des  ressources  nécessite  l’intégration  et  l’adaptation  des  algorithmes   d’optimisation   adaptés   aux   systèmes   complexes   (voir   ci-­‐dessus).   Ces   outils   vont   servir   à   la   gestion   optimale   des   opérations   de   gestion   de   divers   fluides   (chauffage,   électricité,   eau,..)   à   différentes  échelles  (bâtiment,  groupe  de  bâtiments,  quartier,  villes,..).     Verrous  à  lever  :   - Développement  de  modèles  par  apprentissage   - Développement   d’outils   et   de   systèmes   experts   pour   la   sécurité   des   systèmes   urbains   (hétérogène,  multi-­‐échelles,  grande  taille,..)   - Développement   d’outils   et   de   systèmes   experts   pour   la   gestion   optimale   des   systèmes   urbains.     2.3.5 WP5  -­‐  Gouvernance,  retour  d’expérience,    recommandations   Participants  :   LGCgE,   L2EP,   TVES,   EQUIPPE,   CLERSE,   IFSTTAR,   CITC,   Technicity,   LMCU,   Soutien  :   AMGVF,  W-­‐Smart,  CAUE    

  Cette  tâche  est  transversale  au  projet.  Elle  a  pour  objectif  de  développer  des  recherches   sur  des  questions  importantes  posées  par  l’implantation  du  concept  de  la  ville  intelligente  et  ses   conséquences   socio-­‐économiques,   notamment   la   gouvernance,   les   aspects   juridiques,   le   financement,  le  modèle  de  partenariat,  le  modèle  économique,  la  sécurité  de  données  privées,   le  rôle  des  usagers,….   Elle  comportera  aussi  une  analyse  de  l’expérience  acquise  dans  le  cadre  de  ce  projet  et   des  projets  menés  sur  d’autres  sites  en  France  et  à  l’étranger  Les  principales  questions  abordées   dans  ce  contexte  seront  les  suivantes  :     -­‐ les   attentes   des   usagers,   la   notion   de   confort,   et,   au-­‐delà,   les   conséquences   sur   les   contraintes  de  ménages  et  leurs  autres  arbitrages  ;     -­‐ le   comportement   des   usagers   face   à   des   ruptures   technologiques,   l’appropriation   de   nouvelles  technologies  par  les  usagers,     -­‐ le  mode  de  gouvernance,  le  système  incitatif  et  le  modèle  économique.   -­‐ L’impact   des   structures   urbaines   sur   la   mise   en   œuvre   des   nouvelles   technologies   et   les   conséquences  de  celles-­‐ci  sur  l’évolution  des  structures  urbaines.     Ce  travail  exploitera  les  données  recueillies  dans  le  cadre  d’autres  projets,  ainsi  que  des   dispositifs  d’enquêtes  spécifiques  auprès  des  populations  présentes  dans  les  démonstrateurs.  Il   doit   aboutir   à   des   recommandations   pour   l’implantation   du   concept   de   la   ville   intelligente   et   durable.  Ces  recommandations  portent  sur  les  aspects  techniques  (instrumentation,  réseaux  de   communications,…),   les   stratégies   de   gestion   des   composantes   urbaines   (sécurité,   optimisation,..),   la   gouvernance,   le   modèle   économique   et   l’interaction   avec   les   publics   concernés.   Verrous  à  lever  :   - Développement  d’outils  d’observation  des  comportements  et  des  attentes   - Développement   d’outils   de   représentation   des   interactions   entre   réseaux   physiques   et   structures  socio-­‐économiques  

 

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-

Développement   de   modèles   économiques   représentatifs   du   fonctionnement   de   la   ville   intelligente  

 

2.4

Organisation  et  gestion  du  projet    

La  gestion  du  projet  sera  assurée  par  un  consortium  regroupant  tous  les  partenaires  et   financeurs  du  projet  avec  des  accords  spécifiques  pour  chaque  opération  (bâtiment,  chauffage,   électricité,  eau  potable,  ..).    On  mettra  en  places  les  comités  suivants  :     - Comité  de  pilotage  stratégique:  partenaires  et  financeurs  du  projet   - Comité  scientifique  et  d’orientation:  experts  nationaux  et  internationaux   - Comité  d’opération  :  partenaires  de  l’opération     - Comité  de  direction  :  directeur  du  projet  et  responsables  d’opérations.  

3 3.1

  Positionnement  et  retombées   Positionnement    

Ce     projet   a   pour   but   de   développer   des   recherches   amont   et   appliquées   de   très   haut   niveau   en   regroupant   des   partenaires   académiques   (universités   et   écoles),   des   collectivités   territoriales   et   de   secteur   privé   sur   la   problématique   de   la   ville   intelligente   et   durable   qui   présente   des   enjeux   majeurs   à   la   fois   scientifiques   et   socio-­‐économiques.   Les   enjeux   socio-­‐ économiques   sont   liés   à   la   place   importante   qu’occupe   la   ville   dans   la   consommation   des   ressources   (énergie,   eau,..),   l’émission   du   gaz   à   effet   de   serre   et   le   cadre   de   vie.   Les   enjeux   scientifiques  sont  liés  à  la  complexité  de  la  ville  à  cause  de  ses  multiples  composantes  (bâtiment,   voiries,   réseaux   urbains,   place   publique,   îlot,   quartier,   gouvernance,   services,   santé,..),   des   fortes  interactions  entre  ces  composantes  et  du  caractère  multidisciplinaire  de  la  ville.  Compte   tenu   de   ces   enjeux,   la   «  ville   »   occupe   aujourd’hui   une   place   importante   dans   la   recherche   publique  et  privée  et  dans  les  innovations  technologiques  et  non  technologiques  avec  des  larges   perspectives   de   marché,   qui     donnent   lieu   à   une   forte   compétition   industrielle   à   l’échelle   internationale.     Le  projet  a  pour  but  de  positionner  la  Région  Nord  Pas  de  Calais  comme  leader  dans  le   domaine   de   la   «  ville   intelligente   et   durable  ».   La   région   dispose   de   grands   atouts   dans   ce   domaine,    notamment  :   - Un  grand  potentiel  de  recherches  pluridisciplinaires  (bâtiment,  infrastructures,  technologies   de  l’information  et  la  communication,  génie  électrique,  sciences  sociales,…)  et  de  formation   (plusieurs  masters,  formations  d’ingénieurs,…).   - Un   fort   partenariat   dans   ce   domaine   entre   les   universités,   les   collectivités,   les   opérateurs,   les   bureaux   d’ingénierie   et   des   start-­‐ups;   le   soutien   de   plusieurs   pôles   et   centres   (Pole   Ubiquitaire,   pôle   Régional   Numérique,   Centre   d’innovation   en   technologie   sans   contact,   CITC,..).     - La  présence  sur  le  territoire  de  plusieurs  démonstrateurs  physiques  de  taille  pertinente  sur  la   ville  intelligente  et  durable.   - La  grande  dynamique  «  Transition  énergétique  »  lancée  récemment  par  la  région.  

  3.2

Retombées  scientifiques  

L’originalité  de  ce  projet  réside  dans  le  regroupement  autour  de  mêmes  objets  (démonstrateurs   de   taille   pertinente)   des   activités   de   recherche   disciplinaire   et   pluridisciplinaire   avec   un   fort  

 

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partenariat   public   et   privé.   Cette   originalité   aura   de   fortes   retombées   scientifiques,   notamment  :   - Le   développement   et   la   structuration   des   recherches   disciplinaires   et   multidisciplinaires   sur  la  thématique  «  Ville  Intelligente  et  Durable  »  qui  présente  un  très  grand  potentiel  de   valorisation  scientifique  (publications,  conférences,  brevets,..).   - La   mise   en   place   des   démonstrateurs   de   très   grande   visibilité   à   l’international   et   d’une   très  grande  attractivité  pour  les  chercheurs  et  les  doctorants.   - L’organisation   des   écoles   d’été   et   des   conférences   internationales   avec   des   «  benchmark  »  autour  des  démonstrateurs  et  de  la  plateforme  SunRise.   - Le   développement   autour   des   démonstrateurs   des   plateformes   pédagogiques   pour   la   formation   initiale   (ingénieurs,   masters,..),   les   écoles   doctorales   et   la   formation   continue   (tout  au  long  de  la  vie).  

  3.3

Retombées  Socio-­‐économiques    

Problématique  sociétal  et  environnementale  majeure     Le   projet   SunRise   concerne   une   problématique   sociétale   et   environnementale   majeure,   à   savoir   celle  de  la  protection  de  notre  environnement  et  l’amélioration  de  notre  cadre  de  vie.  En  effet,   ce   projet   vise   le   développement   et   le   redéploiement   des   innovations   dans   la   ville   dans   le   but   de   réduire   d’une   manière   sensible   la   consommation   des   ressources   naturelles   (énergie   et   eau)   et   l’émission   du   gaz   à   effet   de   serre   (la   ville   est   à   l’origine   de   près   de   80%   de   cette   émission)   et   d’améliorer  le  cadre  de  vie  d’une  part  importante  de  la  population  (près  de  80%  de  la  population   en  France,    50%  de  la  population  mondiale,  70%  de  cette  population  en  2050,..).    Ecosystème  d’innovation     Le   projet   regroupe   des   laboratoires   de   recherche,   des   collectivités,   des   partenaires   privés   (opérateurs,  bureaux  d’ingénierie,  start-­‐ups)  et  des  partenaires  internationaux.  Il  présente  une   masse   critique   de   moyens   humains   et   des   démonstrateurs   physiques   de   taille   pertinente   et   à   grand  potentiel  de  développement.  Le  projet  bénéficie  déjà  des  acquis  et  d’une  expérience  de   fonctionnement   entre   les   divers   partenaires.   Il   constitue   ainsi   un   élément   structurant   d’un   écosystème  «  Ville  Intelligente  et  Durable  »  qui  est  propice  à  des  innovations  technologiques  et   non   technologiques   avec   de   grandes   opportunités   pour   le   dépôt   de   brevets,   la   création   d’entreprises   innovantes   et   le   soutient   à   la   compétitivité   des   partenaires,   notamment   à   l’international.     Cet   écosystème   constitue   aussi   un   élément   important   pour   le   développement   durable   des   villes   et   des   métropoles   de   la   région   et   pour   attirer   de   jeunes   chercheurs,   de   chercheurs  confirmés  et  des  entreprises  innovantes.    

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Financement  :  voir  résumé   Court  CV  du  porteur  du  projet  :  voir  résumé    

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6 Partenaires  du  projet     Universités  et  Ecoles:   - Université  Lille1  –Sciences  et  Technologies   - Université  d’Artois   - Ecole  Centrale  de  Lille   - Ecole  des  Mines  de  Douai   - Groupe  HEI-­‐ISA-­‐ISEN   EPST  :   - Institut   Français   des   Sciences   et   Technologies   des   Transport,   de   l'Aménagement   et   des   Réseaux  (IFSTTAR)   - Institut  national  de  recherche  en  informatique  et  en  automatique  (INRIA)   Laboratoires  :   - Laboratoire  de  Génie  Civil  et  géo-­‐Environnement  (LGCgE)   - Institut  d'Electronique  de  Microélectronique  et  de  Nanotechnologies  (IEMN)   - Laboratoire  d'Informatique  Fondamentale  de  Lille  (LIFL)   - Laboratoire  d'Automatique,  Génie  Informatique  et  Signal  (LAGIS)   - Laboratoire  Paul  Painlevé  (Mathématiques)   - Laboratoire  d’Electrotechnique  et  d'Electronique  de  Puissance  de  Lille  (L2EP)   - Institut   de   Recherche   sur   les   Composants   logiciels   et   matériels   pour   l’Information   et   la   Communication  Avancée  (IRCICA)   - Laboratoire  Economie  Quantitative  Intégration  Politiques  (EQUIPPE)   - Laboratoire  Territoires,  Villes,  Environnement  et  Société  (TVES  )   - Centre  Lillois  d'Etudes  et  de  Recherches  Sociologiques  et  Economiques  (CLERSE)   - Département  Informatique  et  Automatique  (Ecole  des  Mines  de  Douai)   CEA-­‐LIST  (Soutien)   Collectivités  :   - Association  des  Maires  de  Grandes  Villes  de  France  (Soutien)   - Lille  Métropole     - ArtoisComm     Conseil  d'Architecture,  d'Urbanisme  et  de  l'Environnement  (CAUE)  (Soutien)   Bailleur  social  :   - Lille  Métropole  Habitat  (LMH)   Opérateurs/gestionnaires  de  réseaux   - Électricité   Réseau   Distribution   - Société  des  Eaux  du  Nord     France  (ERDF)   - Eaux  de  Paris  (Soutien)   - Dalkia     - IBM  (Soutien)   Bureaux  d’ingénierie  et  StartUps   -­‐ INODESIGN  (Start-­‐UP)   -­‐ STEREOGRAPH  (Start  Up)   -­‐ IXSANE  (Start-­‐UP)   -­‐ Technicity  (AMO  et  BET  HQE)     -­‐ PROJEX  (soutien)   -­‐ CALMWATER  (Soutien)   Pôles  et  Centres  d’innovation,  associations   - Centre  d'Innovation  des  Technologies  sans  Contact  (CITC)  –  EuraRFID   - Pole  Ubiquitaire   - Pole  Régional  Numérique  (PRN)  (soutien)   - Association  internationale  des  villes  pour  la  sécurité  de  l’Eau  (W-­‐Smart)  (Soutien)    

 

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Cper sunrise