La ville du futur est en train de se créer sous nos yeux. Objets connectés, des moyens de transport innovant, nouvelles sources d'énergie et dispositifs anti-pollution, l'essor du concept de Smart City suscite de multiples innovations auprès des industriels et des startups. Dans quelques années, leurs inventions feront parties de notre quotidien.

Smart City : entre réelles inventions et gadgets performants...

La ville de demain ressemblera-t-elle à la mégapole cyberpunk de Blade Runner ou à la cité merveilleuse de "A la poursuite de demain" ? Avec la création d'éco-quartiers, le réaménagement de zones délaissées de leurs habitants et une replanification des déplacements urbains, les urbanistes travaillent à ce que la ville du futur offrent des conditions de vie meilleures que celle que nous connaissons aujourd'hui et ne se transforme pas en cauchemar pour ses habitants. Mais outre ces grands chantiers qui transforment la ville, de multiples innovations vont améliorer le quotidien des citadins. Tour d'horizon de ces innovations parfois modestes parfois grandioses !

Une ville connectée partout et tout le temps

Le souci numéro 1 pour de nombreux touristes comme pour bon nombre des habitants des grandes villes est de disposer d’un accès Internet à tout instant. Métro, bus, parcs et rues, de multiples villes installent des bornes Wifi, l’objectif étant de fournir un accès Internet mais aussi susciter l’émergence de services à valeurs ajoutées. Thierry Do Espirito, Président de City Smart Way souligne : "Le téléphone portable est nu outil indispensable pour les habitant comme pour les touristes d'une ville et pas uniquement pour payer. C'est une clé pas seulement pour payer mais aussi pour obtenir les services personnalisés que les gens attendent aujourd'hui. Beaucoup de villes à l’étranger ont fait des efforts pour offrir des accès wifi partout dans les rues, dans les transports en commun. Paris a pris du retard et l'une des grosses améliorations que Paris doit apporter, c'est un accès Wifi continu, sans couture et pas uniquement dans les parcs !"

La RATP commence à déployer des points de connexion et des accès Wifi dans ses gares. L’accès Internet Wifi sans couture ente gare, trains et bus restent encore à venir.

Si la Mairie de Paris offre depuis plusieurs années des accès Wifi dans ses parcs et jardin, l’opérateur du réseau de transport parisien commence à installer des arrêts de bus dotés de prises USB et, cet été, la RATP a commencé à déployer des Point Connect dans les gares du RER A avec des prises où chacun peut venir recharger son smartphone et accéder gratuitement à Internet pendant 20 minutes.

Récemment, l'islandais IceWind est allé plus loin en proposant un arrêt de bus doté d'éoliennes ou d'une alimentation hybride éolienne / panneau solaire capable de fournir à la fois un accès Wifi, des prises de recharge pour smartphone ainsi que l'éclairage. Le projet a été financé avec le concours de JCDecaux, la ville de Reykjavik et WOW air.

L’arrêt de bus du XXIe siècle se doit d’offrir un accès Internet à ses usagers ainsi que des prises pour recharger leurs terminaux numériques le tout alimenté via des énergies renouvelables.

Un éclairage intelligent montre la voie

Poste de dépense important pour certaines municipalités, de l'ordre de 9,3 € par habitant pour une commune de plus de 500 habitants, l'éclairage public va connaître une véritable révolution avec l’arrivée de l’éclairage LED. Outre la faible consommation de cet éclairage, celui-ci peut être finement modulé en fonction de la luminosité ambiante mais aussi de la présence de piétons et de véhicules. C'est notamment ce que propose la startup Kawantech avec le KARA. Il s'agit d'un capteur à poser sur n'importe quel lampadaire LED. Celui-ci contrôle l'éclairage en fonction de la présence d'un piéton ou l'arrivée d'une voiture qu’il détecte via une caméra et l’analyse du mouvement. Cette information est transmise d’un lampadaire à l’autre de manière à ce que l'éclairage suive la personne. Les concepteurs du KARA estiment à 65% l'économie d'énergie réalisée par cette modulation fine de l'éclairage.

Le français Carré Products propose quant à lui les candélabres Solaled. Ceux-ci allient un éclairage LED avec un panneau solaire, ce qui permet de mettre en place un éclairage public dans un parking ou une rue sans devoir poser de câbles électriques. Plusieurs modèles sont proposés, avec des flux lumineux qui vont de 1 500 lumens à 3 800 lumens. Là encore, il s’agit d’un éclairage intelligent avec une détection de présence par détecteur infrarouge. De son côté Bouygues se propose de transformer les lampadaires en bornes Wifi. Avec sa solution Citybox, chaque borne installée dans un lampadaire fournit un début de 5 Mbits sur un rayon de 250 m. La connexion Internet est assurée par CPL, via le réseau électrique qui alimente les lampadaires. La solution permet d'offrir un accès Internet aux passants, mais aussi connecter les caméras de sécurité et autres capteurs qui peuvent être placés sur l'équipement. Valmont, l'un des leaders français de ce marché de l’éclairage public propose l'ajout d'une prise USB à ses candélabres. 

Les candélabres placés dans les rues se chargent peu à peu de technologies. Bornes de recharge, accès Wifi et même mesure de la vitesse des véhicules qui circulent sur la chaussée, l'éclairage intelligent va apporter de multiples services dans la ville du futur.

Son rival Technilum propose "Extimité", un équipement urbain modulaire qui permet par exemple d'éclairer une place. Cet équipement peut jouer le rôle de borne Wifi, porter des équipements de vidéosurveillance, des instruments de mesure environnementale, des détecteurs de présence et encore un système d'information trafic. Libelium, un spécialiste de l'Internet des objets, propose pour sa part d'exploiter des candélabres connectés les uns aux autres par un réseau Zigbee afin de non seulement détecter les piétons et les voitures via Wifi et Bluetooth, mais aussi mesurer la vitesse du trafic. Le fournisseur estime ainsi pouvoir détecter les embouteillages sans devoir recourir à des boucles dans la chaussée et ainsi prévenir les automobilistes.

Vers un système de transport plus efficace

Une étude de Santé publique France a montré que la pollution de l’air est responsable de 2 441 morts chaque année à Paris et de 4 166 dans sa proche banlieue or une part importante de cette pollution est produite par les transports. La voiture autonome électrique apportera certainement une solution radicale à ce problème de santé public, mais en attendant sa généralisation, les mairies vont chercher des solutions pour limiter cette pollution. Outre les restrictions de circulation sur les véhicules à essence les plus anciens, les véhicules électriques puis autonomes devraient être favorisés par les municipalités. En effet, des simulations réalisées par les chercheurs du Berkeley Lab montrent que si seulement 5% du parc automobile était composé de taxi autonomes, les émissions polluantes serait réduites de 63 à 82% par rapport aux véhicules hybrides et de 90% par rapport aux véhicules à essence à l'horizon 2030.

En attendant que de tels services soient disponibles à grande échelle, la ville de Lyon vient notamment d'inaugurer un service de navettes autonomes mettant en œuvre une petite flotte de véhicules sans conducteurs dans le nouveau quartier Confluence. Le succès de l'opération verra peut-être ce type d'initiatives se multiplier dans les villes françaises. Déjà, à Singapour, les taxis autonomes ont commencé à sillonner les rues du quartier universitaire. Une startup, nuTonomy, a robotisé 6 Renault Zoé et Mitsubishi I-Miev et à lancé ses taxis dans les rues avec un ingénieur au volant pour garantir la sécurité lors des premières semaines d'activité. L'objectif est de fiabiliser le système sur une aire géographique restreinte, avant de lancer le service à plus grande échelle. Pour Stéphane Barbier, Directeur du Développement de Transpolis, une ville laboratoire dédiée à la mobilité intelligente, ce n'est qu'une question de temps avant que de tels services ne se généralisent : "L'adoption du véhicule autonome est une question de phasage dans le temps. Il y a l'évolution de la technologie d'un côté et son acceptation par le grand public qui peut demander plus de temps. On va commencer à voir les véhicules autonomes sous forme de navettes de transport dans des lieux sécurisés, des parcours bien précis, sur des campus par exemple. On pourra voir ce type de service limité dans certaines villes avant l'apparition de voie dédiées aux véhicules autonomes sur les autoroutes, puis une véritable généralisation."

Avant un véritable essor de la voiture autonome de multiples innovations vont chercher à optimiser les déplacements des automobilistes et des services de transport urbains. Avec les technologies de communication de type V2I (Vehicule to Infrastructure), l'équipement routier devient communicant. On saura désormais à l'avance quand un feu tricolore va passer au rouge. Les constructeurs allemands tels que BMW et Audi ont commencé à équiper certains de leurs modèles de tels équipements qui leur permette d'afficher sur le tableau de bord dans combien de temps le feu va changer de couleur. Audi a testé cette fonctionnalité à Berlin et à Ingolstadt en Allemagne, ainsi qu'à Vérone en Italie. "Il va y avoir de grandes avancées au niveau des infrastructures routières communicante. Il s'agit d'une approche systématique, le véhicule lui-même n'a pas une grande valeur, ce qu'il faut c'est qu'il y ait aussi de l'intelligence dans les infrastructures pour aller plus loin. Nous travaillons avec nos clients sur la façon de faire communiquer les feux tricolores avec les véhicules, des capteurs dans la chaussée avec les feux, etc. Les protocoles de communications sont normés, mais on doit encore travailler sur les messages qui vont s'échanger entre le véhicule et le feu."

Le parking intelligent va connaitre une nouvelle révolution avec la généralisation des dispositifs basés sur l'analyse d'images. Il n'est plus nécessaire de poser un capteur sur la chaussée pour détecter la présence d'un véhicule.

Une autre corvée sera facilitée à l'avenir pour l'automobiliste, la recherche d'une place de parking. Les parkings sous-terrain sont de plus en plus fréquemment dotés de détecteurs d'occupation qui permettent d'aiguiller le conducteur vers les dernières places libres. Cette technologie évolue rapidement. Alors que les solutions de précédente génération proposées par Streetline ou Fybr nécessitaient la pose d'un capteur sur la chaussée, capteur qui était perdu à chaque fois que le revêtement était renouvelé. La nouvelle génération se passe de tout capteur. Streetline ou Park Assist proposent maintenant des systèmes qui s'appuient sur l'analyse des images de caméras placées dans la rue ou le parking. Demain, ces systèmes alimenteront la fonction "voiturier" des véhicules les plus sophistiquées. Ceux-ci iront se garer automatiquement à la place repérée par la caméra. Enfin certains parkings, notamment dans les aéroports, disposeront de robots voituriers qui prendront en charge totalement les voitures. Le français Stanley Robotics travaille activement à la mise au point d'un tel robot qui devrait être testés à l'aéroport Roissy/Charles de Gaulle, pour une mise en service espérée en 2017.

Retrouvez notre papier sur les parkings intelligents !

"Enfin, de gros progrès devraient être réalisés dans les services urbains grâce à l'internet des objets. Poser des capteurs sur les bennes à ordures va permettre d'optimiser les tournées des véhicules de la mairie afin de ne ramasser que les bennes qui ont atteint un certain niveau de remplissage" conclut Stéphane Barbier.

Vers une ville qui produit sa propre énergie

Avec le développement des réseaux électriques intelligents (Smart Grid) l'idée d'implanter des sources d'énergie propre directement au cœur des villes progresse peu à peu. Parmi les dispositifs les plus légers figureront des arbres érigés à la gloire du smartphone comme ces arbres porteurs de panneaux solaires proposés par l'israélien Sologic. Outre l'ombre qu'il va apporter aux promeneurs, son eTree est capable d'alimenter quelques prises USB, une borne tactile et la pompe de la fontaine à eau. L'arbre mesure 4,5 m de hauteur pour 1 250 kg sur la balance. Au meilleur de la journée, il offre une puissance de 1 400 W pour une production annuelle moyenne de l'ordre de 2 500 KWh. Le français NewWind a pour sa part choisi l'éolien afin de créer l’Arbre à Vent, une structure métallique qui rappelle la forme d’un arbre d'une dizaine de mètres de hauteur. Cette structure porte 63 micro-turbines, les aéroleafs, qui produisent de l'électricité même lorsque le vent est léger. Un arbre de 4 tonnes produit en moyenne 2 400 KWh par an, de quoi alimenter une quinzaine de lampadaires ou quelques smartphones.

Le eTree de Sologic attrape l'énergie solaire et alimente citoyens et mobilier urbain.

Si des éoliennes ont été montées sur la Tour Eiffel de manière quasi-invisible, l'avenir de l'éolien dans la ville reste encore à démontrer. Une des difficultés est de fondre au mieux ces imposantes structures dans la ville. Quelques architectes ont entrepris d'intégrer de grandes éoliennes dans leurs bâtiments. Le Bahrain World Trade Center fut premier à intégrer de grandes éoliennes, 3 turbines de 29 mètres de diamètres, placées entre les 2 tours du complexe. Selon les chiffres de ses concepteurs, ces éoliennes sont capables de générer de 1 100 MWh à 1 300 MWh par an, soit 11% à 15% des besoins énergétiques du bâtiment. La tour Strata de Londres, achevée en 2010, reprend ce concept à plus petite échelle. Celle-ci est équipée de 3 turbines de 9 mètres de diamètre devant délivrer 50 MWh d'électricité par an, soit seulement 8% des besoins du bâtiment.

La tour Strata de Londres reste l'une des rares au monde à avoir intégré des éoliennes dans son design.

L'efficacité réelle de ces turbines, souvent observées à l'arrêt, reste sujette à caution mais avec le solaire et l'éolien entrent peu à peu dans la palette d'outils des architectes. L'exemple le plus parlant est le bâtiment récemment conçu pour la ville de San Francisco par le cabinet d'architectes KMD. Le bâtiment situé en pleine ville, à deux pas de la mairie est considéré comme le plus "vert" appartenant à la ville. De manière particulièrement bien intégrée, il combine sur sa façade des panneaux solaires et des éoliennes verticales tous les deux étages. L'ensemble produit 7% de la consommation énergétique du bâtiment.

Des dispositifs pour piéger la pollution

Brûler moins d'énergie est indispensable pour dépolluer les villes, mais il est aussi possible de lutter activement contre les polluants qui se concentrent dans les centres villes. Les façades et murs végétalisés, en vogue depuis quelques années, apportent un peu de chlorophylle dans les zones urbaines, mais Green City Solutions a décidé d'aller plus loin avec un dispositif baptisé CityTree. L'idée des fondateurs de cette startup berlinoise a été de créer un mur végétal de 4 m de hauteur transportable, prêt à l'emploi, un simple module à poser sur une place où à un endroit particulièrement pollué par la circulation automobile. Ses concepteurs estiment qu'un tel mur, composé de mousses végétales sélectionnées pour leur efficacité dans l'absorption des polluants, offre une l'efficacité équivalente à celle de 275 arbres. Un CityTree absorberait 15% de NOx et 25% des particules fines dans un rayon de quelques dizaines de mètres. Le système d'arrosage automatique est alimenté par panneaux solaires et son ordinateur Raspberry Pi envoie en continu des données de mesures. Le dispositif est testé dans diverses villes allemandes ainsi qu'à Paris et Hongkong.

Un mur végétal autonome anti-pollution à disposer sur les places, c'est ce que propose la startup Green City Solutions. Selon ses concepteurs, un seul CityTree aurait l'effet de 275 arbres en termes d'absorption des polluants.

D'autres dispositifs sont en lice afin de purifier l'air urbain. Plusieurs s'appuient sur le principe de la photocatalyse. Les rayons du soleil et leurs ultra-violets déclenchent une réaction chimique afin de capturer les éléments polluants. L'allemand Elegant Embellishments exploite ainsi les vertus du dioxyde de titane (TiO2) afin de proposer des éléments de façade qui "digèrent" la pollution. La façade de l'un des pavillons de l'hôpital Manuel Gea Gonzáles de Mexico bénéficie de 2 500 m2 de composants réalisés avec ce matériau. Cette façade permettrait de transformer en Co2 et eau les émissions en oxydes d’azote et les composés organiques volatils (COV) d'un millier de véhicules. Reste encore à évaluer la durée de vie effective de ce revêtement pour véritablement savoir s'il s'agit d'une solution viable pour les centres villes.

Le Palaazzo Italia par Nemesi Studio.

Outre ces éléments de façade modulaires, d'autres solutions, plus souples d'emploi pour les architectes, sont apparues en reprenant le même principe de photocatalyse. Des peintures et des ciments biodynamiques intègrent désormais du le dioxyde de titane dans leur composition. Le Palazzo Italia, construit à l'occasion de l'exposition universelle de Milan en 2015, a été construit en ciment biodynamique. Italcementi a fourni 700 panneaux de béton biodynamique pour les 9 000 m2 de façades de l'édifice. Véritable vitrine du savoir faire italien en matière de construction à faible empreinte environnementale, ce bâtiment de 22 000 mètres carrés a représenté un coût de l'ordre de 40 millions d’euros.

Par petites touches la ville du futur est en train de s'imposer dans notre quotidien et plus que jamais l'innovation a sont rôle à jouer afin d'améliorer le quotidien des citadins dans des villes toujours plus grandes.

Rédigé par Alain Clapaud
Journaliste indépendant, spécialisé dans les nouvelles technologies