Actualité web & High tech sur Usine Digitale

Quand la ville carbure aux données

Twitter Facebook Linkedin Google + Email
×

Mesurer, analyser, simuler : la ville de demain se bâtit sur ces trois piliers. Ils optimiseront son fonctionnement en temps réel et anticiperont son évolution.

Quand la ville carbure aux données
Cette simulation de la propagation des ondes électromagnétiques a été réalisée par Siradel. © crédit photo

Si certains se plaignent déjà d’être "fliqués" par les caméras et les guichets des réseaux de transports qui suivent leurs déplacements dans la ville, ils n’ont pas fini de s’inquiéter. Pour connaître l’état d’une ville, il faut non seulement tout surveiller et tout mesurer à chaque instant, et être aussi capable d’interpréter rapidement les données recueillies, afin d’agir au mieux. Rassurons-nous, si la cité devient de plus en plus intelligente, ce n’est pas seulement pour satisfaire big brother, mais aussi pour améliorer le confort des habitants… En gérant quotidiennement les infrastructures de transports, la circulation, la qualité de l’air. En planifiant les évolutions de la ville, à 24 heures ou à vingt ans… c’est le rôle des outils de simulation. Et en fournissant aux citadins des informations personnalisées, qui faciliteront leurs déplacements et leur vie quotidienne. Tout en les aidant à moins polluer leur cadre de vie.

Capter à tous les niveaux

La ville intelligente est d’abord une ville "instrumentée". Des capteurs de toute sorte devront être disséminés dans ses quartiers et ses équipements, afin de disposer en continu de diagnostics sur les canalisations enterrées, sur l’état du réseau de transports, la pollution des rues et celle de l’air intérieur des bâtiments, la circulation automobile, l’éclairage public… Ce qui suppose de mettre au point des capteurs, mais aussi de réduire leur coût et leur encombrement. "Deux autres problèmes clés doivent être résolus : l’alimentation des capteurs en énergie, et la transmission des données qu’ils récoltent", ajoute Jean-Noël Guerre, le responsable du comité stratégique sur les écotechnologies au sein du pôle de compétitivité Advancity. Smart Water, un projet axé sur la surveillance d’un réseau d’eau (détection de fuites et qualité de l’eau), a permis d’identifier les technologies non disponibles sur le marché. Piloté par Advitam, une filiale de Vinci spécialisée au départ dans la surveillance des ouvrages de génie civil, ce projet a notamment abouti à la mise au point d’un capteur de mesure du chlore en continu. Un appareil miniaturisé, développé avec l’Esiee, est en cours de qualification par la PME lyonnaise EFS. Avec d’autres capteurs (pH, température, pression…), il fera partie d’un réseau sans fil qui, outre la surveillance de la qualité de l’eau, devrait aussi permettre de réduire les coûts de maintenance des réseaux.

Sense-City, la maquette d’un mini-quartier

Des réseaux de capteurs sans fil, éventuellement autonomes en énergie, on devrait en retrouver dans toutes sortes d’infrastructures de la ville. Advitam développe ainsi, pour la surveillance des ouvrages, des numériseurs communicants permettant de connecter toutes sortes de capteurs (pression, débit, déformation…). "Les capteurs communiquent leurs données via une liaison radio en local, ou pour des capteurs isolés, par un réseau GSM, voire par internet", précise Gilles Hovhanessian, le directeur général d’Advitam. D’autres recherches misent sur les micro et les nanotechnologies pour réduire le coût et la taille des capteurs. Dans le cadre de l’appel à projets sur les équipements d’excellence Equipex Sense-City sont développés des capteurs qui surveilleront le vieillissement des structures en béton, à l’aide de nanotubes de carbone noyés dans la masse. D’autres capteurs piézo résistifs, à bas coût, placés sous le bitume, mesureront le trafic.

L’air intérieur analysé sur une puce

La détection des composés organiques volatils (COV) dans l’air intérieur des bâtiments devient un sujet majeur, mais les instruments font défaut car ils sont trop chers ou trop encombrants. Envoyer des prélèvements à un laboratoire ne permet pas une surveillance quotidienne. Des chercheurs de l’Esiee ont mis au point un capteur de COV miniaturisé. Un chromatographe qui sépare et identifie cinq gaz polluants, et dont la colonne de séparation est réalisée en technologie Mems – sur une puce. Un tel instrument pourrait être installé dans une pièce, une crèche par exemple, afin d’y surveiller en permanence la qualité de l’air. "L’instrument peut tenir dans le volume d’un smartphone, indique Tarik Bourouina, qui représente l’Esiee dans l’Equipex Sense-City. Nous sommes en discussion avec des entreprises pour en faire un vrai produit." L’étape suivante sera de faire de l’instrument un objet connecté, un capteur qui remontera en permanence vers une centrale de surveillance les données en provenance d’établissements recevant du public.
Des instruments complets sur puces ont été développés pour détecter les polluants. Quant à l’Équipex proprement dit, c’est une plate-forme de 400 m2 et de huit mètres de hauteur. Cette maquette d’un mini-quartier en ambiance climatique contrôlée sera ouverte à partir de 2016 aux équipes de recherche pour tester leurs capteurs.Citadins mais aussi capteurs. Sachant qu’il n’y a pas plus disséminés dans une ville que ses habitants, il est tentant de s’appuyer sur eux pour recueillir des données, ne serait-ce que pour signaler ou photographier un incident avec leur téléphone. Mais des applications plus « techniques » sont envisagées, comme la montre verte développée dans Advancity, qui doit intégrer deux capteurs – de pollution et de bruit –, et un GPS pour géolocaliser la mesure. Un autre système inventé à l’Institut de technologie de Karlsruhe (KIT), en Allemagne, repose sur une mesure optique des poussières, en utilisant le flash et le capteur d’image du smartphone. Chacun peut ainsi devenir un point de mesure de la pollution aux particules. Comme la précision augmente avec le nombre de participants, le principal défi est de les inciter à participer… tout en veillant à la protection de leur vie privée.optimiser grâce au big data

Le cerveau humain et la ville intelligente invitent au même constat : trop d’informations tuent l’information. Que faire des masses de données récoltées par les capteurs disséminés dans la ville, mais aussi via les systèmes de supervision des transports, les téléphones mobiles, les réseaux sociaux sur le web ? La smart city est un client désigné pour les méthodes d’analyses du big data. Mais dans un contexte particulier. Car les données de la ville sont hétérogènes, compartimentées (transports, qualité de l’air, gestion des déchets…), et changent en permanence. De plus, si leur analyse doit déboucher sur des synthèses utiles aux autorités, le but est aussi de créer de nouveaux services pour les citadins.

Une première étape est de dépasser le stade des données brutes. Ainsi Advitam, qui fournit des équipements de surveillance d’infrastructures (réseaux de capteurs), complète son offre avec des outils d’aide à la décision. En clair, un premier niveau de présentation et d’interprétation des données recueillies par les capteurs : une cartographie des mesures sur un réseau de canalisations pour localiser les fuites, les zones de risques d’endommagement sur un ouvrage de génie civil… Et les villes ont besoin de rassembler les données d’origines diverses sur un tableau de bord, pour fournir une vision intégrée aux autorités. C’est l’objectif de l’Intelligent operations center (IOC) d’IBM, sur lequel s’appuiera le projet lancé cette année par Montpellier agglomération, et qui comprend aujourd’hui trois modules (gestion de l’eau, des transports et des risques). "C’est un projet de R & D, voulu ainsi par la ville, qui souhaite 'apprendre en marchant' et identifier les verrous, qu’ils soient technologiques, économiques ou liés à des questions de gouvernance", explique Philippe Sajhau, le vice-président smarter cities d’IBM France.

Les déplacements passés au crible

Le système d’analyse doit en particulier s’adapter aux données effectivement disponibles. Ainsi, à Montpellier, faute de capteurs dans les rues, la gestion du trafic est réalisée à partir de données venant du système de navigation TomTom. À Lyon, pourtant équipé de centaines de boucles de comptage, la plate-forme d’optimisation de la mobilité (Optimod’Lyon) vise une prédiction du trafic à une heure. Un objectif qui n’est atteignable qu’en réalisant des interpolations mathématiques pour les rues non équipées de capteurs.

Les énormes quantités de données engendrées par les réseaux de transport (achats et validation des billets, changements de lignes, temps de trajets…) sont particulièrement scrutées, car exploitables à différents niveaux. Pour les autorités civiles, c’est un outil d’aide à la planification des réseaux, aux extensions de lignes… Pour l’opérateur, c’est un moyen de dégager des profils de voyageurs et d’améliorer sa gestion du réseau. Et pour l’usager, c’est l’accès à des informations personnalisées sur son trajet en cours. Thales a ainsi mis au point un calculateur d’itinéraire multimodal (voitures, transports publics, covoiturage) capable d’assister en permanence un million de voyageurs, en leur proposant en temps réel la meilleure option (métro, tram, taxi, covoiturage…). À Montpellier, un système d’information multimodal doit être déployé par Transdev à partir de 2015.

Simuler pour anticiper

La ville ? Des infrastructures parcourues par des flux de véhicules, de piétons, de marchandises, d’air et de pollution, de déchets… Avec des modèles mathématiques, il est possible de les simuler et surtout de prévoir leur évolution. Un instrument de choix pour les urbanistes, les bureaux d’études et les autorités civiles. "Dans un projet d’aménagement ou de réaménagement urbain, la modélisation permet d’identifier les paramètres sensibles, et donc des leviers pour agir sur la consommation d’énergie, les émissions de gaz à effet de serre, le confort de l’usager…" explique Gérard Hégron, le directeur du département sur l’aménagement, la mobilité et l’environnement à l’Institut français des sciences et technologies des transports, de l’aménagement et des réseaux (Ifsttar). Ainsi Prev’Air, un système de prévision de la qualité de l’air (Ineris, Météo France, CNRS), simule le transport et la transformation chimique des polluants émis pour donner quotidiennement des prévisions à trois jours. Mais l’une des principales raisons d’être de ces modèles est de pouvoir tester des scénarios. Quand un pic de pollution est annoncé, quel pourra être l’effet de mesures de réduction des émissions de l’industrie, des transports, du chauffage ? "La chimie atmosphérique des polluants est complexe. Il faut donc interpréter les simulations avec prudence. Les résultats les plus fiables sont obtenus dans la comparaison de scénarios", précise Laurence Rouil, la responsable du pôle sur la modélisation environnementale et la décision à l’Institut national sur l’environnement industriel et les risques (Ineris). La maille est de 4 km au niveau national, et de quelques centaines de mètres pour les modèles urbains. Le projet Aircity, piloté par Aria Technologies, a même montré que l’on pouvait prévoir la pollution à quelques mètres près.

De nouveaux scénarios de livraison à l’étude

Non sans lien avec la qualité de l’air, le projet Annona veut lui aussi tester des scénarios : ceux du transport de marchandises en ville (TMV). Mené par l’École des mines de Saint-Étienne, son objectif est de créer un simulateur pour tester diverses solutions innovantes de TMV. En entrée du simulateur : un modèle de la ville (réseau routier, bâtiments…) et de ses besoins en livraison, estimés à partir d’une liste des commerces et d’autres activités, géolocalisés. "Les algorithmes du simulateur s’appliqueront à ce modèle, pour tester l’impact de centres de distribution urbaine, de points d’accueil de camions répartis dans la ville, de “boîte aux lettres” pour la réception des colis…" explique Patrick Burlat, le responsable du projet. Le véritable enjeu est d’arriver à intégrer les modèles des flux qui traversent la ville, et leurs interactions. Un objectif à long terme. En attendant, on peut au moins synthétiser les données disponibles de manière visuelle. Un consortium constitué de Siradel, qui fournit des cartographies numériques en 3 D, Artélia et Veolia, et de cabinets d’architectes, va créer une maquette numérique permettant d’afficher des données factuelles (population, réseaux de transports…) et des résultats de calculs ou de mesures (qualité de l’air, consommation d’énergie, niveaux de bruit, propagation d’ondes électromagnétiques…). Une maquette qui servira de vitrine pour des offres d’entreprises françaises. Mais qui sera aussi un instrument d’aide à la décision pour Santiago du Chili, ville partenaire du projet, qui veut l’utiliser pour étudier l’impact d’un grand projet urbain : la couverture de l’autoroute panaméricaine, qui passe en plein centre-ville.

Thierry Lucas

Le biomimétisme pour peupler les villes

Les modèles numériques de la ville auraient tendance à l’oublier, mais les villes ne sont pas désertes ! Pour représenter des êtres humains et leurs comportements, les laboratoires de Thales ont mis au point un modèle biomimétique. Il permet de peupler un bâtiment, un aéroport, une gare… avec des milliers d’individus virtuels dont le comportement est inspiré de l’observation des êtres humains. Des individus dotés de caractéristiques (sexe, âge, profession, degré de civisme…) et de motivations, voire d’émotions, et dosés en proportions ajustables sont donc lancés dans un lieu, et soumis à une situation (incendie, explosion, évacuation d’urgence…). Car le simulateur biomimétique de Thales, déjà testé à la gare du Nord (Paris), au Parc des expositions de Paris (Mondial de l’automobile), et même aux postes d’accès des centrales nucléaires, est particulièrement intéressant pour concevoir et évaluer des procédures de sécurité dans des lieux fréquentés par des foules.

 

media

Les cookies assurent le bon fonctionnement de nos sites et services. En utilisant ces derniers, vous acceptez l'utilisation des cookies.OK

En savoir plus
Suivez-nous Suivre l'Usine Digitale sur twitter Suivre l'Usine Digitale sur facebook Suivre l'Usine Digitale sur Linked In RSS Usine Digitale