Le bâtiment intelligent : quels défis pour l'informatique ? Jean Caelen

Riche d’innovations industrielles, large marché, La « domotique » a piétiné pendant des années mais… le bâtiment intelligent prend le relais… Un thème porteur depuis l’annonce du « développement durable » (notamment à travers les économies d’énergie et la protection de l’environnement), l’insertion des personnes âgées ou handicapées, Riche d’innovations industrielles, large marché, Mis en avant par les instituts Carnot et Fraunhofer, les pôles de compétitivité Minalogic et Tennerdis, etc.

Les objectifs du dispositif Carnot Ouvrir plus largement les compétences pluridisciplinaires de la recherche publique au profit du monde socio-économique.  Développer et professionnaliser la recherche partenariale, au profit des acteurs socioéconomiques (entreprises, industriels, collectivités territoriales),  Structurer une partie des acteurs de la recherche publique, visibilité et accessibilité, offre pluridisciplinaire (coopération inter-Carnot),  Favoriser le ressourcement scientifique et technologique, vision « marché », excellence scientifique pour plus d’attractivité.

Informations générales 33 instituts Carnot : Technologies de l’information et de la communication, Microélectronique, Micro et nano technologies <= LSI (Logiciels et Systèmes intelligents Matériaux, mécanique, Energie et environnement, Moteurs, propulsion et carburants, Chimie, Sciences de la terre (gestion et exploitation des ress. naturelles, défense de l’environnement), etc.

Localisation des 33 instituts Carnot ARTS (Paris) brgm (Paris) Cémagref (Antony) CSTB (Paris, Marne la Vallée) GET (Paris, Evry) IFP-Moteurs (Rueil Malmaison) Voir et Entendre (Paris) Institut d’Optique GS (Palaiseau) LIST (Saclay, Fontenay aux Roses) M.I.N.E.S. (Paris, Evry, Fontainebleau) C3S-Supelec-ECP (Chatenay Malabry, Gif sur Yvette) INRETS (Paris) Institut Pasteur (Paris) ONERA ISA (Paris) VITRES (Paris) ARTS (Lille) IEMN (Lille, Valenciennes) IFREMER-EDROME (Boulogne-sur-Mer) M.I.N.E.S. (Douai) INRETS (Lille) Cetim (Senlis) TIE (Compiègne) ARTS (Châlons-en-Champagne) TIE (Troyes) ARTS (Metz) C3S-Supelec-ECP (Metz) ICEEL (Nancy) ESP (Rouen) Cemagref (Nogent-sur-Vernisson) Cemagref (Rennes) GET (Brest) Ifremer-EDROME (Brest) C3S-Supelec-ECP (Rennes) FEMTO Innovation (Besançon) ARTS (Angers et Laval) Cetim (Nantes) CSTB (Nantes) M.I.N.E.S. (Nantes) VITRES (Nantes) ARTS (Cluny, Chalon sur Saône) ARTS (Chambéry) Cemagref (Lyon, Grenoble) Cetim (Saint-Etienne) CSTB (Grenoble) IFP-Moteurs (Lyon-Solaize) LETI (Grenoble) M.I.N.E.S. (Saint-Etienne) Ingénierie Lyon INPG-LITEN Energies du futur(Grenoble) INRETS (Lyon) Institut Pasteur (Lyon) LISA (Lyon) Logiciels et systèmes intelligents (Grenoble) brgm (Orléans) XLIM (Limoges) Cemagref (Clermont-Ferrand) ARTS (Bordeaux) Cemagref (Bordeaux) MIB (Bordeaux) LISA (Bordeaux) ARTS (Aix en Provence) Cemagref (Aix-en-Provence) CSTB (Sophia Antipolis) M.I.N.E.S. (Sophia Antipolis) Carnot Aix Marseille LISA (Marseille) CIRIMAT (Toulouse) LAAS (Toulouse) M.I.N.E.S. (Albi) ONERA ISA (Toulouse) Cemagref (Montpellier) M.I.N.E.S. (Alès) CED2-Chimie (Montpellier)

Etre Institut Carnot, c’est … Un nouvel état d’esprit, Un engagement sur des objectifs de progrès moyen et long termes, . Activité partenariale, . Ressourcement scientifique et technologique, . Professionnalisation, (Respect de la Charte, critères de sélection, objectifs de progrès, cycle de vie des projets, P.I., disponibilité, …), . Gouvernance et organisation interne, . Intégration et fonctionnement en réseau.  L’appartenance à une communauté s’engageant sur les mêmes objectifs/valeurs et organisée autour d’une structure fédérative commune : AICarnot,  Un soutien financier spécifique.

Missions de l’AICarnot  favoriser le professionnalisme des laboratoires de recherche impliqués dans la Recherche Partenariale, favoriser la visibilité et l’accès à la Recherche Partenariale française à l’échelon régional, national, européen et mondial par le monde socio-économique,  soutenir la conduite d’actions collectives entre les établissements membres de l’Association en vue de répondre à son objet,  assurer les liaisons avec les pouvoirs publics et les instances européennes. Tout en respectant le principe de subsidiarité des I.C.

Équipes du Carnot LSI Thèmes liés au bâtiment intelligent Aménagement de bureau du futur (au domicile, dans l’entreprise, en mobilité), continuité des SI Murs d’image (vidéo, information, décor changeant), télésurveillance, éclairage Économie et suivi de consommation d’énergie, pilotage intelligent de la maison (systèmes multi-agents), automatismes embarqués Systèmes d’exploitation, interopérabilité Interfaces tangibles (les objets usuels deviennent interactifs) et interfaces multimodales Conception participative centrée utilisateurs

Équipes Carnot LSI Laboratoires VERIMAG et TIMA Équipes de TIMC et GIPSA Équipes du LIG : ADELE Jacky Estublier Ingénierie des logiciels industriels DRAKKAR Andrzej Duda Réseaux et services actifs IIHM Joëlle Coutaz Ingénierie de l’interaction homme-machine MESCAL Bruno Gaujal Intergiciels multi-échelle MOAIS Jean-Louis Roch Multiprogrammation et ordonnancement sur ressources distribuées MULTICOM Jean Caelen Plate-forme de conception/évaluation des systèmes interactifs SARDES Jean-Bernard Stefani Architecture et construction d’infrastructures logicielles réparties VASCO Yves Ledru Spécification, validation et tests de logiciels

Le milieu du BI Les métiers : Les secteurs du bâtiment : Maîtres d’œuvre, architectes, maîtres d’ouvrage, constructeurs, installateurs, métiers du bâtiment, services, etc. Les secteurs du bâtiment : Industriel, Hospitalier, Tertiaire (grand, moyen, petit), Habitat, résidentiel.

Les spécialités (cloisonnées) L’énergie : eau, gaz, électricité, Consommation, gestion, Contrôle, sécurité, Le chauffage, la climatisation, L’éclairage et le confort (qualité de vie), La surveillance, la sécurité, la santé, Le multimédia (Internet, vidéo, TV, etc.).

La presse « Dans la cuisine, les rayons des placards en hauteur sont montés sur des pantographes permettant aux personnes de petite taille de sortir la vaisselle et les victuailles sans avoir à grimper sur un tabouret à leurs risques et périls. Des marches amovibles automatiques sont installées devant les éviers, plans de travail et lavabos pour hisser les enfants à bonne hauteur et leur permettre d'aider maman à éplucher les légumes en étant à bon niveau. Le lave-vaisselle dégraisse sans ingurgiter des litres d'eau ou de détergeant. Le réfrigérateur devrait lire les étiquettes radiofréquences (RFID) qui remplaceront les codes barres sur les produits du commerce, pour réguler le froid en fonction du nombre et du type de produits emmagasinés, et signaler automatiquement le dépassement des dates de péremption. Ces mêmes étiquettes servent à programmer le four à courant de vapeur pour les néophytes en cuisine pas très doués pour les temps de cuisson. L'autocuiseur à riz donne les instructions en parlant, pour faciliter l'emploi par les enfants. (…) »

Les usages « Les chambres de la maison Matsushita sont aussi pleines d'électronique et de capteurs : outre un téléviseur plasma et un ensemble hi-fi, celle des parents est dotée d'un système "dormez bien", avec lit articulé télécommandable, luminaire spécifique, ambiance sonore et olfactive au moment de s'endormir et de se réveiller et système d'analyse de la qualité du sommeil. Le matin en ouvrant les yeux on peut lire le diagnostic révélé sur l'écran plasma. En cas d'inquiétude, il est possible de pousser plus loin les examens… »

Définitions Système interactif dans le bâtiment L’interface Un système interactif est un système complexe dont le fonctionnement dépend d'informations fournies par un environnement externe (capteurs) et par des utilisateurs L’interface L'interface est l'ensemble des dispositifs matériels et logiciels qui permettent à un utilisateur de commander, contrôler, superviser un système interactif (en local ou à distance) Les utilisateurs Sont non seulement les utilisateurs « finaux » mais également les prestataires de service, les installateurs, etc.

Méthode participative centrée utilisateur Conception Evaluation Analyse Sociologues Designers Concepteurs Equipe Marketing Economistes Ergonomes

Les modus operandi Prendre en compte toute la chaîne des acteurs (très hétérogène) Tenir compte des normes et standards (un bâtiment a une durée de vie importante) Adresser les secteurs les plus porteurs du marché (le tertiaire) Ne pas oublier que le bâtiment est lié à l’urbanisme, aux transports, etc. Et qu’il est multidisciplinaire…

Une norme réseau : KNX L’interopérabilité : 4 niveaux Compatibilité (même support) Inter fonctionnement (même protocole) Interopérabilité des données (format de données commun) Interopérabilité des équipements (même sémantique) Comment ça marche? Effecteur 0,1 Inter+ diode Automaticien conseillé S-Mode E-Mode Installateur compétent Lien fonctionnel OO IOO Couche « sémantique

Exemple d’architecture KNX Un bus très basse tension relie tous les points de commande en topologie libre Chaque circuit commandé rejoint directement le tableau électrique (comme pour un circuit / télérupteur) Le fonctionnement de l’installation est déterminé par programmation de lien entre chaque bouton poussoir d’entrée et une/des sortie(s) GT

Une norme middleware : OSGI OSGi est une association (IBM, Sun, Nokia, NTT, …) de standardisation Open Service Gateway initiative OSGi spécifie un middleware pour gérer de services dans l’embarqué Initialement destiné au bâtiment (home automation) puis dans l’automobile, la téléphonie mobile, l’IT Une passerelle entre l’intérieur et l’extérieur du bâtiment Pilotage des bus de terrain Utilisation des standards Internet Administration des applications Organisation des liens entre applications Gestion du cycle de vie des applications Pilotage via plateforme centralisée Des services (téléchargement d’applis) Des fournisseurs de services et utilisateurs Séparation des métiers => OSGi organise les services du bâtiment

Une norme middleware : OSGI

4 défis pour l’informatique Les économies d’énergie par une gestion intelligente, La santé par la télésurveillance et la mise en communication des personnes, Le confort avec une consommation d’énergie moindre par une intelligence du contexte, Les interfaces entre le système (complexe) et les utilisateurs (les métiers, les usagers).

Les défis : (a) économie d’énergie En 2002 l’Union Européen (UE) a décidé avec les pays membres de promouvoir une consommation plus efficace de l'énergie Les conséquences pour les bâtiments tertiaires : 10% de réduction sur la totalité de la consommation énergétique Réduction annuelle de € 15 Milliard sur le budget UE Réduction annuelle de 460 Millions de tonnes CO2 Les conséquences pour les pays membres : Préparation de programmes pour la réduction de la consommation et de programmes de subventions pour les mesures consécutives En France c’est l’ADEME qui pilote l’action Les collectivités et les régions jouent un rôle important en montrant l’exemple Le Passeport énergétique: Un programme a implémenter, avant 2009,par des pays membres pour tous les bâtiments de 1000m2 et plus Cette certification sera basée sur le norme EN-15232 du CEN

Les défis : (a) économie d’énergie L’ADEME lance une programme ambitieux pour réduire la consommation d'énergie pour le Tertiaire : « Factor 4 » Objectif : réduction par 4 de la totalité du CO2 entre 2005 et 2050 Le secteur du bâtiment est déjà reconnu comme acteur clef pour la réussite de cet objectif Consommation d’énergie: 43% de la totalité de la consommation française 1/3 dans les bâtiments non résidentiels En totalité 860 Mm2 sont chauffés Objectifs pour 2050 Réduction totale en France de la consommation du combustible fossile de 70 Mtoe vers 17,5 Mtoe Réduction totale en France des émissions CO2 du 120 Mt vers 30Mt Classes de bâtiments

Les défis : (a) économie d’énergie Systèmes en trois couches : Équipements, automatismes, gestion Conséquences pour les régulations et les GTB dans les techniques du bâtiments Division de la GTB en 3 niveaux : Produits certifiés : eu.bacCERT selon des critères de performance énergétiques (EN 15500) KNX; selon des critères de compatibilités et de communication Systèmes : Utilisation des réseaux de communication ouverts et standardisés (ex. KNX) Services : (Applications d’optimisation d'énergie et leurs conséquences) Méthodes de calcul pour l’impact de la Régulation et GTB pour l'Amélioration de l'Efficacité énergétique de bâtiments (EN 15232) Gestion technique Automatisme Equipements

Les défis : (a) économie d’énergie Auto diagnostic Système expert intégré Tableaux de bord énergétiques Gestion des sources L’intelligence énergétique répartie La GTB, un dispositif global d ’optimisation de la demande et des sources d ’énergie BUS Climatisation Chauffage Traitement d ’Air Ventilation ECS Sécurité technique Éclairage Divers Intrusion Contrôle d ’accès Occultation Comptage L ’intelligence des équipements au service des performances énergétiques

Les défis : (b) santé Surveillance des personnes à distance, Intervention en cas d’urgence, Mise en relation à travers des services (soins, aide pratique, informations, cercle social), Suivi à distance des problèmes de santé (capteurs physiologiques, capteurs d’environnement), Accompagnement d’activités (promenade, sport, etc.), Guidage sensoriel des handicapés, Aménagement des locaux de vie et de travail.

Les défis : (c) confort La sensation de confort : quelques paramètres GRADIENT VERTICAL DE TEMPERATURE LA TEMPERATURE DU SOL L’activité ASYMETRIE SENSATION DE RAYONNEMENT DE COURANT D’AIR La tenue vestimentaire, etc. => Modèles thermiques du confort

Les défis : (d) interfaces Besoin : Paramétrage par l’utilisateur ; Simplification du paramétrage avec un maximum de fonctionnalités; adaptation dynamique Réponse : Outils de mise en service de l’installation utilisable par tous sans avoir besoin de compétences informatiques particulières Besoin : Ajout de nouvelles fonctionnalités, intégration dans un système existant, ajout de nouveaux appareils, etc. Réponse : Interopérabilité, mobilité, souplesse (pas de pile, fixation par collage, etc.), interface tangible Affichage et modification des paramètres de nos régulateurs

Conclusion Faire le point sur les technologies disponibles et les normes dans le bâtiment du tertiaire pour la gestion de l’environnement et de l’énergie et se projeter à travers les usages et l’ergonomie sur les problèmes immédiats liés aux services, aux matériels et à leur distribution, installation, etc. chez les constructeurs Recherche : définir des priorités et des partenariats, Innovation : oui mais reposant sur des standards, des normes, des outils et des matériels pérennes, Diffusion : usage et utilisabilité (pour tous les acteurs),