Réduire la consommation énergétique des villes grâce aux objets connectés

Aujourd’hui, réduire la consommation énergétique est devenu un enjeu majeur pour toutes les villes. Grâce au développement des objets connectés, il est désormais possible de proposer des solutions innovantes pour répondre à cette problématique et offrir des services complémentaires aux utilisateurs. La ville de demain est en plein développement et, grâce aux systèmes connectés, devient aujourd’hui une réalité.

Le Groupe IT Link, présent à Montréal et chef de file européen spécialisé dans le digital industriel et les systèmes connectés, a accompagné EDF (Électricité de France) dans le développement d’une solution complète de télégestion de l’éclairage public. Cette solution permet, d’une part, une réduction importante de la consommation d’éclairage de la ville (environ 40 % des dépenses globales d’énergies de la ville) et, d’autre part, d’utiliser le réseau d’éclairage public comme réseau de communication grâce à la technologie des Courants porteurs en ligne (CPL), le tout en proposant une nouvelle façon de gérer l’éclairage.

Cette solution permet au réseau d’éclairage de se transformer en réseau de communication smart-grid en couvrant l’intégralité de la ville, ce qui facilite l’ajout de tout type d’objet communicant (capteur, compteur, etc.) permettant d’acheminer de l’information vers le patrimoine urbain (panneaux d’informations, panneaux publicitaires, etc.). Les objets bénéficient ainsi de la connectivité bidirectionnelle du réseau qui permet un véritable développement d’une « smart-city » avec des objets du paysage urbain qui communiquent ensemble en permanence.

Parmi les nouvelles fonctions offertes à l’éclairage, on peut mentionner :

• La supervision en temps réel de tous les équipements ; 

• La détection de pannes en temps réel, au niveau d’un point lumineux ou d’une armoire électrique ; 

• La capacité d’analyse prédictive, permettant d’anticiper les pannes et d’effectuer des campagnes de changement de lampe plus efficaces et plus ciblées ; 

• Une meilleure information du fonctionnement du réseau pour la ville et les administrés ; 

• L’optimisation de la durée d’éclairage en adaptant les heures d’allumage et d’extinction aux conditions climatiques et aux conditions de luminosité ; 

• La capacité à réduire la puissance d’éclairage au point lumineux ;
• La capacité à créer des scénarios de fonctionnement indépendants des infrastructures matérielles, par exemple : pleine puissance au centre-ville et aux carrefours, moins de puissance dans les zones moins denses, extinction sélective dans des stationnements et des lieux publics au-delà d’une certaine heure. 

• L’interconnexion avec des systèmes d’effacement énergétique où des scénarios de réduction plus forts peuvent être mis en place en temps réel sur demande du fournisseur d’énergie. 


Sous tension permanente, le système propose également d’autres services aux utilisateurs autour des infrastructures d’éclairage et de la puissance disponible du réseau non utilisée en journée. Parmi ces services, un système de bornes de recharges pour scooters électriques et vélo à assistance électrique (VAE) offre la possibilité de transformer chaque lampadaire en borne de recharge le jour. Si les puissances disponibles sont suffisantes, le système peut même recharger un véhicule électrique (en charge lente). Le lampadaire ne sert donc plus uniquement à éclairer la ville, mais propose une multitude de services aux habitants.

Le principal intérêt d’utiliser le réseau d’éclairage le jour est qu’il offre la puissance énergétique non utilisée et disponible d’un réseau existant et permet d’éviter des travaux de voirie conséquents pour la mise en place d’un nouveau réseau de fourniture d’énergie.

Comment fonctionne le système ?

La solution intègre une architecture de communication hiérarchique afin de maximiser la capacité de service, l’interopérabilité, la robustesse par le maillage des réseaux et plusieurs niveaux de tolérance de panne.

La couche de communication est basée sur un protocole CPL (Courant porteurs en ligne) exclusif et propriétaire conforme à la norme EN50065-1, couplée à des solutions radiofréquences ouvertes de type ZigBee pour le maillage du réseau. Le protocole CPL permet l’encapsulation et la transmission de données de protocoles tiers (tels que Modbus ou DMX) par injection directe grâce à des convertisseurs CPL.

La solution est déployée en plusieurs étapes. Tout d’abord, des dispositifs sont mis en place dans tous les équipements d’éclairage public. Ces dispositifs sont ensuite connectés à des unités de gestion afin qu’ils puissent communiquer entre eux. Les unités pourront stocker les données de plusieurs dispositifs et communiquer également avec le serveur du centre de contrôle. Enfin, un logiciel de supervision est installé afin de contrôler en temps réel les équipements quels que soient leurs constructeurs.

Par défaut, sans information particulière du centre de contrôle, l’éclairage reste autonome dans son fonctionnement, c’est-à-dire que l’éclairage s’allume et s’éteint par son horloge astronomique et les scénarios de fonctionnement qui ont été programmés dans les périphériques.

Toutefois, le système peut également être asservi. Dans ce cas, le logiciel de supervision transmet une information aux équipements indiquant qu’il « prend le contrôle » des scénarios et transmet lui-même les instructions à un périphérique, un groupe de périphériques ou l’ensemble du réseau. L’asservissement permet de créer des scénarios de fonctionnement complexes et variables d’un jour à l’autre.

Cette solution de télégestion développée par IT Link permet le contrôle d’éclairages à LED (par des interfaces DALI, 0-10 volts ou 1-10 volts), mais également des éclairages basés sur des lampes à décharge (SHP, iodures métalliques, tubes fluorescents) sur ballasts électroniques ou ferromagnétiques. Les puissances supportées vont de quelques watts (pour les LED) à 400 watts pour les lampes à décharge.

Des implantations déjà réussies

Cette solution innovante a déjà été mise en place dans plusieurs villes françaises telles que Dijon
(15 000 foyers lumineux dans toute la ville) ou Sète (5 000 foyers lumineux). Elle a également été implantée en Chine dans les villes de Kunming avec 40 000 foyers lumineux et de Jing Jiang avec 5 000 foyers lumineux, à Hô Chi Minh ville au Vietnam avec 20 000 foyers lumineux, à Santiago du Chili avec 5 000 foyers lumineux et dans plusieurs autres villes d’Europe comme Prague, Helsinki et Venise.

Plus précisément, un tel système a été mis en place pour Notre-Dame-de-Paris. Quelque 438 dispositifs ont été installés sur différents équipements, deux unités de gestion ont été déployées ainsi qu’une ligne ADSL. Grâce à cela, le temps et le coût de maintenance ont été réduits et le niveau de service amélioré. La solution installée permet à la municipalité de mettre davantage en valeur son patrimoine pour un coût énergétique maitrisé.

Un autre exemple est le réseau routier périphérique d’Helsinki. Les 3 400 dispositifs implémentés auront permis d’économiser 37 % d’énergie comparativement à la même période l’année précédente sans modifier le système d’éclairage, quatre mois après leur mise en service. En effet, la solution proposée peut être installée sur des équipements déjà existants, permettant ainsi de limiter les coûts, mais également les désagréments liés à de lourds travaux, notamment dans des grandes villes.

Une solution aux nombreux avantages

La solution développée présente des avantages multiples pour les villes dans lesquelles elle a été mise en place. Tout d’abord, dans le cadre du développement des « smart-cities », elle permet une meilleure optimisation des performances fonctionnelles et environnementales et favorise le développement d’une ville durable et communicante grâce à un véritable contrôle en temps réel du fonctionnement des systèmes d’éclairage. Désormais, il ne s’agit plus d’éclairer convenablement tous les espaces de la ville, mais de les éclairer mieux en adaptant chaque poste d’éclairage à son environnement sans engendrer des contraintes supplémentaires pour les municipalités.

Les villes peuvent donc mettre en place un éclairage plus juste. Les scénarios d’éclairage peuvent aussi être utilisés pour une meilleure adaptation contextuelle des heures de fonctionnement. Ainsi, l’utilisation d’un flux constant d’énergie pour l’éclairage permet une meilleure régulation de la tension des infrastructures et, de ce fait, un meilleur ressenti pour l’usager.

Un autre attrait dans un objectif de réduction de la consommation énergétique : les durées d’éclairage peuvent être adaptées avec une gradation de la puissance et la mesure de la consommation. Dans ce cas, les scénarios d’éclairage peuvent être indépendants de l’infrastructure pour gérer les éclairages par zone urbaine et chaque point d’éclairage peut être programmé séparément afin d’optimiser la consommation énergétique.

Une telle solution apporte également des avantages en matière de maintenance prédictive. Elle permet d’optimiser l’exploitation des équipements grâce à une régulation de la tension et la détection automatique de pannes. Il n’est donc plus nécessaire de mettre en place des tournées de nuit pour vérifier le bon fonctionnement des éclairages car, grâce à cette solution, les pannes sont anticipées et les déplacements de réparation sont optimisés.

Ce réseau de communication « smart-city »/CPL pourra par la suite être utilisé pour tous les objets communicants de la ville afin de mieux valoriser le patrimoine urbain. Ainsi, en plus de l’éclairage public, de tels systèmes pourront être mis en place sur les abribus, les panneaux à affichage variable, les bornes de rechargement, les horodateurs, etc.

La « smart-city » se développe aujourd’hui partout dans le monde et elle permet de mieux contrôler la consommation énergétique tout en offrant des services innovants aux usagers. En effet, au-delà d’une solution qui permet uniquement une optimisation énergétique, la solution co-développée par le Groupe IT Link et EDF permet un véritable développement de nouveaux services à la communauté. Dans les villes de demain, tous les équipements seront interconnectés et pourront communiquer entre eux afin de tirer profit de tous les équipements déjà présents et les autorités bénéficieront de l’intégralité des données collectées afin d’optimiser la maintenance de tous les équipements aux bénéfices des habitants.