The seminar was organized by the American University of Science and Technology in Beirut (AUST) for the Master Degree Students, faculty members and socio-economic partners. It aimed at giving an international overview of the challenges of the sustainable city, the role of the Smart City in raising these challenges and the methodology of implementation of the concept of Smart City through the presentation of the SunRise full-scale demonstrator of the “Smart and Sustainable City” conducted by the University Lille 1 in France.

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

2. Smart
City
Interna3onal
overview

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

4. 2014

5. Analysis
of
468
Smart
City
project

6. United
Kingdom

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

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

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

11. Smart
Grid
–
NEMA
Report
(2011)

13. Novembre
2013

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

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

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

17. Smart
City
JAPAN

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

19. Smart
City
in
Africa
2014

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

21. Why
the
smart
City
?

22. High
expansion
of
the
urban
popula3on

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

33. Source:
USGCRP
(2009)
Greenhouse
emission

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

35. • 1
billion
do
not
have
access
to
drinking
water
service
• 2.4
billion
do
not
have
access
to
sewage
water
service
• Leakage
:
50%
water
lost
in
some
ci3es
Water
Chalenges

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

37. Flood
Risk
(380
millions
inhabitants)

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

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

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

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

42.
Improve
the
buildings
and
infrastructure
quality
Large
investment,
takes
Lme..
In
Europe
new
buildings
represent
about
1%
of
the
buildings
stock
annually
Two
strategies
Improve
the
infrastructure
management
(Digital
technology)
Low
investment,
rapid
implementaLon

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

44. Smart
Sensors
and
actuators

45. Smart
Technology
Smart
governance
SMART
CITY

46. Health,
Educa3on
Art,
Culture
More
data

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

48. Smart
City
Implementa3on

50. Different
scales
of
implementa3on
City
Campus

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

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

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

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

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

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

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

58. Pilot
project
:
large
scale
experimenta3on

59. Demonstrator
Large
scale

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

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

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

63.
Living
and
social
ac3vity

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

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

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

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

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

69. Project
Implementa3on
(Water
Example)
Smart
Water
Network

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

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

72. 3)
Research
and
innova3on
ins3tu3ons
• Lille1
University
• CEA-­‐LIST
(French
Atomic
Agency)
• KWR
(Netherland)
1) W-­‐Smart
(Interna3onal
associa3on
of
ci3es
and
water
operators
for
water
security)
2)
Water
companies
:
• Eaux
du
Nord
(Suez
Environment)
• Eaux
de
Paris
• Vitens
(Netherland)
• Thames
(GB)
• Acciona
(Spain)
Partners
of
the
smart
water
network
4)
SMEs
:
• Calmwater
• CITC-­‐Innova3on
Center
• Stereograph

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

74. Water
Consump3on
by
sector
!

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

76. EPANET
Numerical
Modeling

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

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

79. Smart Grid – District heating (20 km)

80. District
Hea3ng
network

81. Building
P1
Real
Time
monitoring
:
Energy
heat
consump3on

82. 43
%
61
%
EUDIL
G
C1,
C3
,C4
IUT
M1
SN1,2,3
P5
P1
+
cul
EUDIL
G
IUT
M1
P
1
P5
C
1
SN

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

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

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

86. Le
point
septembre
2013

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

88. !
Alliance
Janvier
2014

89. Libéra3on
Mai
2013

90. SunRise
Sur
BFM
Business
28
avril
2013

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

92. World
Bank,
Washington
MEDEF
Interna3onal
delega3on