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Démonstrateur à grande échelle de « Smart Water »

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Cette conférence a été présentée aux journées de l’Office Internationale de l’Eau (OIEAU) sur le thème « Intelligence numérique : nouveaux outils pour la gestion des réseaux d’eau » qui a eu lieu à Paris le 15 mars, 2017. Elle présente le démonstrateur à grande échelle des réseaux d’eau intelligents réalisé sur la Cité Scientifique. Il décrit les réseaux d’eau potable et d’assainissement, l’instrumentation de ces réseaux, l’analyse des données et le retour d’expérience.

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Démonstrateur à grande échelle de « Smart Water »

  1. 1. Réseaux d’eau intelligents Démonstrateur à Grande échelle - Retour d’expérience Professeur Isam SHAHROUR, http://ishahrour.com Journée de l’OIEau Intelligence Numérique : nouveaux outils pour la gestion des réseaux d’eau Mercredi 15 mars 2017 - Paris
  2. 2. • Historique du projet « SunRise Smart City » • Concept Smart City – Smart water • Présentation du démonstrateur « SunRise Smart City » • Résultats et retour d’expérience Plan
  3. 3. Démarrage en 2010 Mette en place un projet structurant sur la ville, qui combine: - Infrastructures urbaines - Développement durable - Technologie numérique Projet SunRise Smart City
  4. 4. Collectivités : AMGVF LMCU, Région, ArtoisComm International: W-Smart New York University Pays Bas (Vitens) Grande Bretagne (Thames) Espagne (Acciona) Opérateurs : • Eaux du Nord/Suez • Eaux de Paris • Dalkia • ERDF • Eiffage Energie • Lille Métropole Habitat Laboratoires de recherche : Ingénierie, STIC, Sciences sociales Formation : Master (…), Mastère CréaCity Licence, Master Centres d’innovation, pole,… Pole Ubiquitaire, Euratechnologie CITC –EURARFID PRN Starts-ups : Stereograph, Noolittic, Inodesign, Calmwater, Planete oui, IXsane Concertation et partenariat
  5. 5. Conclusions (2011): - Le concept « Smart Grid» (réseaux intelligents) présente un grand intérêt. - Appliquer ce concept sur l’ensemble des réseaux urbains et sur leurs interactions - Passer des réseaux aux services (Smart City)
  6. 6. • Historique du projet • Concept Smart City – Smart water • Présentation du démonstrateur • Résultats et retour d’expériences Plan
  7. 7. Infrastructures Usagers défis de la ville Sécurité, performances Satisfaction, interaction implication
  8. 8. Infrastructures Usagers Technologie (Numérique,…) Innovations sociales Enjeux et défis Solutions Sécurité, performances Satisfaction, interaction implication
  9. 9. Défis pour le service de l’eau: • Gestion de patrimoine • Détection et réparation des fuites • Contrôle de la qualité de l’eau – détection précoce de la contamination • Réduire la consommation d’énergie • Information, sensibilisation et interaction avec les usagers
  10. 10. Difficultés: - Service de base (Nécessité d’assurer la continuité du service) - Patrimoine complexe, très étendu - Généralement âgé, mal (pas assez) identifié - Enterré (pas visible…) - En interaction avec les autres réseaux - Difficultés d’accès à l’énergie et aux réseaux de communication - Coût élevé d’investissement et de fonctionnement
  11. 11. Défis pour le service d’eau Comment faire pour : • Améliorer la sécurité • Améliorer les performances (réduire les fuites,…) • Optimiser les investissements et les dépenses de fonctionnement Comment le numérique peut aider à atteindre ces objectifs ?
  12. 12. Technologie Numérique Internet Réseaux Sociaux
  13. 13. • Mesurer • Analyser • Faire des actions Internet des objets Chaque objet peut : • Être identifié • Géo-localisé • Communiquer
  14. 14. Capteurs et actionneurs intelligents
  15. 15. BigData & data analysis, expert system,..
  16. 16. Réalité augmentée et réalité virtuelle
  17. 17. Les drones
  18. 18. Temps réel Technologie numérique dans la ville Voir Analyser Comprendre Améliore
  19. 19. Technologie Intelligence Collective
  20. 20. Health, Education Art, Culture BIG DATA digital, images, movies, audios More data
  21. 21. Des données pertinentes On dispose des données historiques et en temps réel sur les composantes de la ville (infrastructures, services, usages,…) et sur son environnement. Pour résumer la «Smart City »
  22. 22. L’invisible devient visible Quand on voit les choses on fait du progrès Pour résumer la «Smart City »
  23. 23. Créer de la valeur Donner de la valeur aux données à travers : • Leur mise dans un contexte spatial et temporel • Croisement avec d’autres données Pour résumer la «Smart City »
  24. 24. Développer des modèles prévisionnels: Des techniques d’analyse, d’apprentissage et de BigData permettent de développer des modèles prévisions el pour les systèmes urbains complexes Pour résumer la «Smart City »
  25. 25. Sécurité et résilience Les données en temps réel + les modèles prévisionnels permettent de détecter rapidement les anomalies. Les techniques de commande permettent de : • Confiner les anomalies • Assurer un fonctionnement en mode dégradé • Rétablir rapidement le fonctionnement Pour résumer la «Smart City »
  26. 26. Optimisation Les données sur la ville permettent de: • Optimiser son fonctionnement, • Réduire les consommations • Réduire la pollution Pour résumer la «Smart City »
  27. 27. Usagers, acteurs de la ville • Les données et les analyses sont mises à la disposition des usagers. • Les usagers remontent des données d’observation et d’évaluation. • Participent d’une manière plus éclairée et active Pour résumer la «Smart City »
  28. 28. De nouveaux services: • Santé, éducation, • Mobilité • Tourisme • Administration • Personnes âgées ou à mobilité réduite Pour résumer la «Smart City »
  29. 29. Améliorer l’attractivité - Politique de développement durable - Services améliorés - Sécurité renforcée - Cadre de vie - Image moderne - Activité tourné e vers l’économie de la connaissance Pour résumer la «Smart City »
  30. 30. • Historique du projet • Concept Smart City – Smart water • Présentation du démonstrateur « SunRise Smart City » • Résultats et retour d’expériences Plan
  31. 31. Expérimentation (Démonstrateur) Déployer dans la ville ?
  32. 32. Petite ville (110 Hectares) • 25 000 usagers • 140 bâtiments Site du projet «Cité Scientifique»
  33. 33. Site du projet «Cité Scientifique» 100 km de réseaux • Eau potable • Assainissement • Chauffage, Gaz • Électricité (HT, BT) • Eclairage public
  34. 34. Architecture du système Plateforme de pilotage Système d’information • Données de patrimoine (SIG, BIM) Outils d’analyse Communication Serveur web • Equipes Techniques • Equipes de gestions • Usagers • Equipes Académiques Communication : • Réseaux filaires • Réseaux sans fils • Bâtiments • Réseaux urbains Mesure et contrôle des infrastructures • Mesures capteurs Autres Données • Environnement • Transport • Secours • Autres données
  35. 35. Travail réalisé 1. Système d’information (SIG) pour tous les réseaux 3. Analyse des données 4. Recommandations • Eau potable • Assainissement • Chauffage Urbain • Electricité • Voiries 2. Instrumentation: Plateforme de pilotage - Développement propre (ArcGIS) - OsiSoft - OpenDataSoft
  36. 36. SIG : Intégrer les données sur les réseaux, bâtiments,… et sur leur fonctionnement dans le même système d’information Sécurité publique Réseau d'assainissement Réseau d'électricité Réseau de chauffage Réseau d'eau Caractéristiques du site Bâtiments
  37. 37. SunRise Site pilote de la ville intelligente et durable Réseau d'eauRéseau de chauffageRéseau d'assainissement
  38. 38. Réseau d'électricité Chauffage
  39. 39. Eau potable Thèses de doctorat • Elias Farah « Détection des fuites » - thèse soutenue en Nov 2016 • Amani Abdallah « Contrôle en temps réel de la qualité de l’eau - Qualification des capteurs intelligents», décembre 2015 • Christine Saab « Contrôle en temps réel de la qualité de l’eau - Contrôle in situ», thèse en cours
  40. 40. Partenariat 1) Laboratoire commun (CEA-LIST, W-Smart, KWR) 2) Chaire Internationale (Région) 3) Chaire industrielle (Eaux du Nord /Suez) 4) Projets INCOM et BIOSMART (Eau du Nord, Eaux de Paris, Vitens, KWR, CEA-LIST)
  41. 41. TWUL Demo site London- UK Smart Burgos Burgos -Spain VIP Leeuwarden- Netherlands Sunrise Lille- France Projet Européen SmartWater4Europe
  42. 42. SmartWater4Europe
  43. 43. • Historique du projet • Concept Smart City – Smart water • Présentation du démonstrateur « SunRise Smart City » • Résultats et retour d’expériences Plan
  44. 44. • 15 km de conduites • Complexe et maillé • Près de 60 ans Réseau Eau potable
  45. 45. 2013 2014 2015 0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 400000 Totalconsumption(m3 ) Consommation annuelle
  46. 46. Détection des fuites
  47. 47. Instrumentation • 90 compteurs d’eau télé-relevés
  48. 48. Instrumentation Eau potable
  49. 49. VHF 169 MHz Portail de restitution des données GPRS
  50. 50. Consommation bâtiment P2 - Mai 2014
  51. 51. Instrumentation 5 capteurs de pression
  52. 52. 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 4/20/2015 12:00:00 AM 4/21/2015 12:00:00 AM 4/22/2015 12:00:00 AM 4/23/2015 12:00:00 AM 4/24/2015 12:00:00 AM 4/25/2015 12:00:00 AM 4/26/2015 12:00:00 AM 4/27/2015 12:00:00 AM Pressure (bars) Consumption(m3) Flow and pressure profile during a working week in the Chemistry sector Exemple de mesure 54
  53. 53. Détection des fuites DMA – Bilan de volume MNF – Ecoulement de nuit Profile de consommation (traitement de données, proba, stat, RNA)
  54. 54. Détection des fuites : bilan de volume Volume perdu/jour (m3) Détection des fuites : bilan de volume Volume perdu Depuis 01/01/2015
  55. 55. Détection des fuites : bilan de volume
  56. 56. 58 Fuites détectées
  57. 57. Contrôle en temps réel de la qualité
  58. 58. S::can micro station UV Turbidité TOC Température pH Chlore libre Conductivité Couleur
  59. 59. Vue latérale 60 mm Vue en plan 1 mm 4mm Indice de réfraction à Puce optique MZI à Electronique dédiée à Logiciels et algorithmes à Communication de données (GPRS) Optiqua Event Lab system
  60. 60. Eau de robinet S::can Vidange Injections de contaminant 41m 61m Optiqua Pilote en laboratoire Réservoir
  61. 61. Injection Point de mesure 64 • Longueur totale = 61 m • Tuyaux opaques double couches (Aluminuim– Plastique) • Diamètre = 16mm • Vannes • Clapets antiretours • Réservoir d’alimentation • Vidange • Ventouse • Compresseur d’air comprimé Pilote pour l’étude de la contamination accidentelle
  62. 62. -0,04 -0,02 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0 20 40 60 80 100 120 140 Changement de phase Temps (minutes) y = 0,0015x + 0,0191 R² = 0,86853 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Changement de phase Concentration ajoutée (mg/L) Injection du Cadmium Contaminants chimiques/ Optiqua
  63. 63. 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)
  64. 64. 67 Installation sur le réseau du campus Valve anti-retour Evacuation d’eau
  65. 65. Mesure sur un bâtiment d’enseignement
  66. 66. Réseaux d’assainissement
  67. 67. L : 31 km D: 150 à 1200 mm Réseau d’eaux pluviales
  68. 68. Réseau principal Réseau secondaire Réseau principal Réseau secondaire Réseau principal Réseau secondaire 4 km 12 km D=100-250 mm 930 regards Réseau des eaux usées
  69. 69. Instrumentation
  70. 70. Sonde débitmètre Transmetteur Pack Batterie
  71. 71. Débit journalier
  72. 72. Détection d’Anomalies 80 m3/h10 m3/h
  73. 73. Conclusion Retour d’expérience très positif Eau potable: – Un système opérationnel pour les fuites – En développement/test pour la qualité
  74. 74. Conclusion Assainissement – Opérationnel pour le suivi des paramètres hydrauliques pour l’eau pluviale ..nécessité de maintenance – En test/développement pour les eaux usées

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