Smart City et IoT en 2023 : état des lieux

Parmi les exemples les plus courants :

• Capteurs de luminosité sur les éclairages publics pour en réduire la consommation énergétique
• Capteurs de remplissage sur les poubelles pour optimiser le ramassage des ordures
• Capteurs sur les bus pour suivre leur trajet et informer les usagers en temps réel

Retrouvez ici les usages IoT du quotidien avec “la journée type d’Emilie en ville”.

Nous allons vous expliquer dans cet article quels sont les enjeux actuels et futurs autour de la smart city, afin de vous aider, quel que soit votre secteur, à comprendre et anticiper le positionnement à adopter pour y prendre part.  

Au menu

• Une cartographie des acteurs décisionnels de la smart city
• La cheville ouvrière du fonctionnement technique de la smart city : la connectivité 
• Les enjeux économiques de cette décennie (2020-2030)

La première partie doit vous aider à appréhender la multitude d’acteurs qui font la smart city, comment ils interagissent, qui décide et comment. 

La seconde partie dresse un tour d’horizon technique pour comprendre quelles sont les technologies à ce jour utilisées pour connecter les objets connectés qui font la ville intelligente.

Enfin, nous nous intéresserons aux futurs enjeux autour de la smart city : enjeux technologiques, institutionnels et géopolitiques. La smart city devient un étendard de l’avancée technologique des nations, comme l’a pu être l'espace durant la guerre froide.

Il est toutefois nécessaire pour les gouvernements de décider en accord avec les pouvoirs locaux. 

La Smart City à l’avant-garde des nouvelles formes de gouvernance

Jusqu’à la fin du XXème siècle, les contrats publics étaient l'apanage des grandes sociétés (BTP, énergie, eau). En effet, les services publics étaient concentrés sur un petit nombre de services de première nécessité (s’éclairer, se chauffer, se mouvoir dans la ville).

La concomitance de l’ouverture à la concurrence de l’ensemble des services publics (en Europe) et de l’arrivée d’Internet rebat les cartes. Désormais, même les plus petites startups peuvent proposer des services innovants aux plus grandes villes du monde et leurs habitants, notamment à travers l’Internet des objets.

Offrir une nouvelle offre de transport avant les années 2000 nécessitait d'acquérir une flotte de bus ou de taxis. Uber l’a fait dans le monde entier sans posséder un seul véhicule.

Les gouvernements ont été surpris par cette révolution. Parfois enthousiastes, parfois méfiants, voire obstruant, il est nécessaire de comprendre la manière dont ils prennent leurs décisions d’adopter ou de freiner le développement des smart cities.

Qui sont les acteurs décisionnels dans la ville intelligente de 2023 ?

Les élus locaux

Le niveau décisionnel de la smart city concerne naturellement l’échelon municipal. Toutefois, il faut bien distinguer les différents acteurs au sein de cet échelon :

1. La municipalité (ville ou village)
2. L’intercommunalité (métropole, communauté de communes)

Lorsqu’il s’agit du ramassage des ordures ou des transports, la gestion est souvent assurée par ce second échelon, car elle concerne plusieurs villes ou villages et serait trop lourde à gérer pour une seule commune.

Que ce soit la municipalité ou l’intercommunalité, il faut aussi distinguer les élus (qui sont amenés à changer tous les 5 ans) de leur administration (qui reste). 

Contrairement à d’autres pays d’Europe, la France n’a pas développé de politique nationale de la smart city. Chaque ville déploie ses efforts de son côté. L’approche des équipes municipales est très disparate et souvent l’apanage des grandes villes. Le point positif pour le monde économique de l’IoT français est que les jeux sont ouverts.

Le meilleur moyen pour une startup ou TPE/PME d’approcher cet univers reste les appels à projets et concours. A titre d’exemple, la ville de Montpellier et le CNES avaient sélectionné en 2019, dix projets focalisés sur de nouveaux services urbains. 

Les habitants

Premiers concernés à triple titre :

• En tant qu’usager des nouveaux services 
• En tant que contribuable et donc financeur des installations
• En tant qu’électeur et donc décideur indirect 

La smart city est encore peu présente des programmes politiques. Les innovations liées à la ville intelligente sont pourtant porteuses de solutions techniques aux problèmes des grandes villes d’aujourd’hui : amélioration des flux de transport, de gestion des déchets, économies d’énergie, d’eau, démocratie participative.

La smart city, bien que peu mise en avant dans le débat, ne stoppe pas pour autant le développement des villes intelligentes en France, mais celui-ci se fait sans grande participation des citoyens.

Les industriels, des TPE/PME aux grands groupes

Les grands groupes internationaux sont ceux détenant la technologie et la ressource humaine pour porter concrètement les mutations des villes.

Si l’on retrouve les acteurs historiques de l’eau, de l’énergie, de la construction (Veolia, EDF, Bouygues, Vinci), de nouveaux acteurs des TIC (Cisco, IBM, Microsoft, Google) jouent un rôle prépondérant dans la gestion de la donnée, pour interconnecter chacun des services.

En effet, même si des logiques de partenariat sont à l'oeuvre, les services développés sont encore très cloisonnés, comme nous pouvons l’illustrer par l’exemple ci-dessous.

Une canalisation casse dans un tunnel :

• L’eau est coupée automatiquement en amont de la fuite
• Les conducteurs de bus scolaires reçoivent immédiatement et automatiquement un changement d'itinéraire
• Les pompiers sont envoyés sur place
• Les flux de circulation sont redirigés en amont du tunnel pour fluidifier la zone

Et tout ceci est calculé par une intelligence artificielle en quelques secondes. Cela demande que l’ensemble de ces services soient connectés ensemble. Dans le cas où chaque service (eau, transports, électricité) est connecté en silo, sans que les services soient interconnectés entre eux, les gains sont limités.

La smart city est un enjeu local qui passe également par les TPE/PME présentes dans le territoire. C’est ce tissu qui concrètement met en place la transition des villes intelligentes, notamment au niveau des petites villes et villes moyennes.

C’est le cas de Matooma qui assure la connectivité et la sécurisation de la Régie des Eaux de Montpellier.

Les sociétés savantes, universités, think-tanks

La smart city est une thématique récente et multidisciplinaire. Il y a évidemment les aspects techniques, hardware et software, mais aussi et surtout les aspects juridiques et éthiques liés au traitement de la donnée. 

Comparée à d’autres villes du monde, la smart city en France est encore à un niveau embryonnaire (avec des disparités sur le territoire). La ville intelligente est un sujet d’étude et le rôle des sociétés savantes, laboratoires de recherche, think-tanks est prépondérant pour la compréhension des politiques de ce phénomène, et la pédagogie vis-à-vis des citoyens.

Les instituts de recherche participent régulièrement aux travaux préparatoires d’une évolution de la législation, notamment lorsqu’elle est liée à des innovations technologiques ou sociétales.

Les clusters, tiers-lieux, incubateurs et startups

De nouveaux acteurs liés à la révolution Internet prennent part à la transition des villes intelligentes. La dimension des structures n’est plus un obstacle pour participer à un appel d’offre public, ni d’ailleurs les capacités d’innovation.

Notamment à travers les concours et appels à projets, une startup peut très bien voir sa solution de gestion de stationnement déployée à grande échelle. C’est le cas de la start up Nielsen Concept, (Abris vélo sécurisés & Flottes de vélos électriques) vainqueur de plusieurs prix (SNCF, La Poste, Le Monde Cities) qui a vu sa solution déployée à Grenoble.

Les villes mettent toutes en place des politiques de développement d’incubateurs et de clusters sur leur territoire, sources d’innovation, d’emplois et aussi gages de modernité de la commune.

Les espaces dits tiers-lieux sont également en croissance exponentielle dans toute la France, y compris dans les territoires très ruraux. Lieu de coworking mais aussi de discussion, de rencontre, d’innovation et de partage, les tiers-lieux sont une spécificité française.

S’ils existent dans d’autres pays, ils sont en France plus teintés d’une dimension de débat et de culture. Ils peuvent jouer un rôle pédagogique et de liant dans le futur développement des smart cities en France, moins techno que les clusters, moins business que les incubateurs de startups.

L’impact du benchmark et de la coopération internationale

Coopération ou compétition, les smart cities du monde entier partagent leurs bonnes pratiques et se comparent dans des classements internationaux.

Cette dimension internationale ne doit pas être négligée car elle véhicule des solutions éprouvées dans d’autres pays. Il est néanmoins nécessaire de veiller à importer des solutions dans des villes de taille, géographie ou culture similaires.

Il y a pléthore d'organisations et conférences annuelles à tous les échelons, certaines ont un axe plus géographique (Nordic Smart Cities pour les smart cities scandinaves), d’autres plus environnementaux (Sustainable Cities Summit) et d’autres encore avec un focus sur une politique publique en particulier (mobilité, énergie).

Les grandes villes occidentales sont sujettes à des défis similaires : transports saturés, problème du recyclage des déchets, économies d’énergie des bâtiments…

Partager les bonnes pratiques entres des villes de taille et de culture similaires est un vrai accélérateur du développement de la smart city.

La connectivité, le cœur technique de la Smart City

Les capteurs et senseurs sont la base de la brique technique de la smart city. Ce sont eux qui captent la donnée et la transmettent jusqu’au centre d’analyse et de décision, chose qu’ils ne peuvent faire que s’ils sont connectés.

La connectivité est donc le fondement de toute l’architecture IoT (Internet of Things) sans laquelle rien n’est possible. Nous allons voir dans cette partie qu’il existe plusieurs types de connectivité, répondant à plusieurs usages, et qu’ils évoluent, notamment avec la 5G.

Tour d’horizon des différents modes de connectivité dans la smart city

A la différence d’un territoire rural ou péri-urbain, la connectivité en ville répond à des critères moins basés sur la portée (rayon des antennes) mais plus sur la densité (nombre de terminaux connectés en même temps) et sur la pénétration dans les bâtiments (à travers des murs épais ou des parkings souterrains).

Les quatre grandes familles de connectivité sont

Si vous n’êtes pas familiers avec la connectivité de l’Internet des objets, nous vous invitons à lire cet article.

Le réseau cellulaire (Wide Area Network)

Une smart city utilise chacun de ces quatre types de connectivité pour assurer son déploiement. Les utilisations les plus intensives en bande passante sont les exemples emblématiques de la smart city du futur (transports et véhicules autonomes).

Le cellulaire est la technologie la plus adaptée à ce type d’usage. 

A titre d’exemples, certains usages ne peuvent être viables que via une connexion cellulaire, comme les voitures autonomes ; compte-tenu que le terminal (la voiture) bouge en permanence, et que la quantité de données transmises est colossale. 

Le LPWAN (Low Power Area Network)

Même si l’accès au réseau électrique est aisé, recharger régulièrement les batteries de milliers de capteurs reste onéreux. Prenons l’exemple des poubelles connectées qui signalent au service de ramassage des ordures quand elles sont pleines. La quantité de data à communiquer est extrêmement limitée.

Il ne s’agit que de quelques octets de données, sans caractère d’urgence. Les réseaux bas débit sont donc la solution la plus adaptée pour l’ensemble de ces usages simples (télé compteurs, capteurs de luminosité, détecteurs d’humidité ou de température, baromètres). 

Ces applications peuvent également être assurées ou complétées par le réseau GSM.

La technologie LPWAN  est aussi particulièrement efficace pour pénétrer des murs épais ou sous la terre. Par exemple, savoir combien de places sont libres dans un parking souterrain.

A noter que les avancées technologiques du cellulaire, en particulier certaines fréquences de la 5G, permettent une bien meilleure pénétration des ondes dans les bâtiments et sous terre. Plusieurs mines déploient des solutions 5G pour obtenir une communication en temps réel entre les opérations souterraines et la surface.

Le LAN (Local Area Network)

Les réseaux privés câblés ou Wifi restent le moyen le plus utilisé dans les foyers ou les entreprises. Sécurisés, fiables et rapides, ils sont néanmoins cantonnés à des usages de proximité : un appartement, un bâtiment.

Les Wifi hotspots ont encore de beaux jours devant eux car ils sont souvent un moyen privilégié. Par exemple pour les touristes,  la ville de New York a reconverti l’ensemble de ses cabines téléphoniques en points d’accès Internet gratuits.

Les smart city sont souvent aussi des villes touristiques, et la connectivité gratuite et facile est un enjeu d’attractivité.

Le PAN (Personal Area Network)

Souvent vu comme un moyen de connexion purement individuel, le Bluetooth est également essentiel dans une smart city, notamment dans les transports. Dans les péages urbains qui se développent à l’entrée des villes, les pass utilisent cette technologie, comme pour les cartes d’accès aux transports en commun.

Le Bluetooth et le RFID (radio frequency identification) sont des moyens fiables et peu coûteux pour des usages définis, généralement liés aux accès et au paiement sans contact.

Que change l'arrivée de la 5G

La 5G monte progressivement en puissance dans les grandes villes et vient résoudre les principales limitations du cellulaire 4G d’aujourd’hui.

La smart city est intimement liée au développement de la 5G pour plusieurs raisons : 

• Eviter la saturation des réseaux, avec une bande passante 10 fois plus large et un nombre de terminaux pris en charge par antenne multipliée par 100 (avec la technologie du Massive MIMO). (voir détail ici)
  
  
• Gérer des débits de data extrêmement lourds (comme le streaming vidéo 4K d’un drone de surveillance).
  
  
• Obtenir une latence très faible, moins d’une milliseconde, indispensable pour un développement sur des véhicules autonomes.

La connectivité cellulaire est la seule permettant à des objets connectés mobiles un usage continu, stable et intensif de données. Les évolutions technologiques de robotisation et d’autonomie, notamment pour les transports, rencontraient des limitations (au-delà de celles légales) liées à la connectivité qui vont disparaître avec la généralisation du réseau 5G.

L'essor considérable du télétravail et des visio-conférences durant la crise sanitaire vont également intensifier les besoins en data, besoins auxquels répond la 5G.

Les quatre bandes de fréquences utilisées ont aussi l’avantage de pouvoir maintenir une connexion plus facilement à travers des murs épais ou en sous-sol.

Synergies des modes de connectivité et gestion de la data

Dans la smart city, chaque mode de connectivité sert un usage différent, comme nous l’avons vu plus haut. Tous fonctionnent en synergie avec la même architecture réseau.

Les capteurs, qu’ils soient connectés en cellulaire, Bluetooth, Wifi ou câblés, envoient leurs données brutes à un agrégateur situé dans un rayon proche. C’est cet agrégateur qui se charge de remonter ensuite les données au centre d’analyse.

Lors d’une connectivité Bluetooth, Wifi ou via un câble, l’objet connecté ne peut être physiquement éloigné de cet agrégateur que de quelques mètres. Si cela correspond à de nombreux usages de la smart city (des capteurs statiques comme ceux dédiés à la pollution ou à très faible rayon de mobilité comme une poubelle), il est impossible pour d’autres usages où l’objet connecté se déplace sur plusieurs kilomètres, comme des automobiles.

Dans ce cas, seul le cellulaire peut répondre à des critères de connexion stable, dense et mobile.

Le choix de la connectivité n’est qu’une étape dans la construction de l’architecture d’un réseau IoT utilisé dans une ville intelligente. La remontée des données de manière sécurisée (sans risques de hacking), économe (en ne choisissant de ne stocker que les données utiles) est toute aussi importante.

A noter également que plus les technologies sont complexes et interconnectées, plus les algorithmes créés pour comprendre ces données et les transformer en insights valorisables pour la ville sont élaborés. 

Tableau récapitulatif : cas d’usages utilisant les réseaux IoT dans une smart city

Enjeux économiques de la smart city pour la décennie 2020-2030

La smart city est déjà là. Dans la plupart des grandes villes du monde, vous pouvez commander un taxi avec votre smartphone, utiliser un vélo ou une trottinette connectée, suivre en temps réel votre consommation électrique. 

Il y a des capteurs de pollution disséminés un peu partout, et aussi la vidéosurveillance.

Les évolutions à venir vont se faire sur plusieurs plans : technique, institutionnelle et géopolitique.

La dimension technique et juridique

Les progrès de la robotique et de l’intelligence artificielle vont autonomiser les objets connectés. Lorsque vous commandez une paire de chaussures sur Internet, un livreur vient vous l’apporter chez vous.

Il est équipé d’un véhicule connecté qui vous prévient de son arrivée et d’une tablette connectée sur laquelle vous signez le bon de livraison.

L’essentiel de la séquence de livraison entre l'entrepôt et le domicile du client est effectué par des humains. 

Dans un futur proche, ce sont de petits robots comme ceux de Starship qui vous apporteront votre colis en mains propres. Ils se chargeront de la livraison du dernier kilomètre. Les colis auront eux été acheminés de l’entrepôt par des camions autonomes eux-mêmes chargés par des robots.

Les objets connectés, aujourd'hui essentiellement dédiés à capter des informations, vont devenir des acteurs de la chaîne de production. Dans la smart city, une place devra leur être faite pour qu’ils puissent se déplacer, peut-être sur des voies de circulation dédiées. Cela changera considérablement le paysage urbain que nous connaissons.

Cela n’arrivera pas partout au même moment. Seules les villes ayant modernisé leur appareil législatif pourront intégrer ces nouveaux “acteurs”. Il est en effet essentiel de clarifier le statut juridique des objets connectés autonomes, à savoir qui est responsable en cas d’accident.

La dimension institutionnelle : des approches multiples

Les villes et les Etats ont des approches très différentes à travers le monde selon l’histoire (villes à patrimoine historique comme Paris), le mode de gouvernance et le régime politique et bien entendu les moyens financiers alloués aux politiques de Smart cities.

Plusieurs approches sont aujourd’hui à l’œuvre :

• la création de villes nouvelles, ex-nihilo. C’est le cas en Arabie saoudite avec le projet d’une ville rectiligne de 170 km de long. Ou en Chine avec une ville-forêt, où la végétation est omniprésente. Ce sont des décisions de l'exécutif qui choisit un emplacement et construit une ville nouvelle, comme ce fut le cas en France dans les années 70 avec des villes comme Cergy.
  
  
• La conversion lente des villes anciennes (surtout en Europe), principalement menée par les pouvoirs locaux, qui vont au-delà des recommandations du pouvoir national. La motivation principale est environnementale, mais l’IoT joue un rôle prépondérant dans la mise en place technique de cette conversion : péages urbains, consommation énergétique des bâtiments, transports en libre service (vélos, trottinettes).
  
  
• Une troisième approche plus américaine qui consiste à convertir des quartiers plutôt que des villes entières. C’était le projet SideWalk de Google à Toronto, finalement abandonné. Même si ce projet ne se fera pas, il est très probable d’en voir d’autres à l’avenir du même type.

Ces trois acteurs (national, local et privé) ont des agendas et des intérêts divergents voire contradictoires. Ils sont aussi dépendants les uns des autres. Les municipalités ne peuvent aller au-delà du cadre de la loi décidé par les parlements nationaux, leurs prérogatives sont limitées, c’est aussi le cas inverse, surtout dans les démocraties fédérales.

Les acteurs privés doivent remporter des appels d'offres dont ils ne sont pas à l’origine et faire face au scepticisme des habitants, comme ce fut le cas à Toronto où des associations se sont créées immédiatement en opposition au projet de Google.

Les prochaines années vont être décisives pour voir émerger les projets concrets qui serviront ensuite de modèles pour les décennies suivantes.

La dimension stratégique : la smart city au cœur des enjeux géopolitiques

Comme nous l’avons vu, la connectivité est au cœur du développement technique de la smart city et de la remontée de la data. La course à la 5G est un exemple frappant de la manière dont les tensions internationales peuvent impacter le développement des smart cities. 

Les antennes 5G du chinois Huawei, très avancé sur cette technologie, font l’objet d’une extrême prudence en Europe mais surtout aux Etats-Unis, par crainte d’une mainmise sur les télécommunications du pouvoir chinois.

La souveraineté des données devient un enjeu majeur au 21è siècle. D’abord d’un point de vue commercial, avec le poids économique colossal pris par les GAFA (Google, Apple, Facebook, Amazon). Ensuite, il devient aussi politique, avec les menaces d’ingérences extérieures dans les élections en Europe et aux Etats-Unis.

A cela s'ajoutent les risques de hacking des installations connectées. Les ransomware (un virus paralysant les installations d’une entreprise ou d’un hôpital jusqu’au paiement d’une rançon) se sont multipliés.

Pour faire face à ces menaces, la confiance et l’identification claire de la citoyenneté juridique de toute la chaîne d’acteurs intervenant dans la gestion de la donnée sont indispensables.

Prenons l’exemple d’un service de gestion des eaux :

• Une entreprise réalise la pose et l’entretien des capteurs de fuite sur les centaines de kilomètres de canalisation
• Une autre s’occupe de remonter les données localement sur plusieurs locaux techniques
• Une autre gère le Cloud
• Une autre analyse les données du Cloud 

Chaque acteur doit assurer une connexion sécurisée pour éviter les failles informatiques et d'éventuels hacking.

Smart city et IoT : récapitulatif

Voici ce qu’il faut retenir :

Un écosystème complexe

La smart city constitue un enjeu à l’intersection de tous les acteurs économiques, politiques et sociaux. Chacun de ces acteurs possède son propre agenda et défend ses propres intérêts. Si l’on songe en premier lieu aux élus locaux comme moteur principal de la modernisation des villes, il ne faut pas négliger l’influence de l'ensemble des autres acteurs, publics et privés.

La connectivité au cœur de la Smart City

La connectivité est la pierre angulaire de l’Internet des objets et par conséquent de la smart city. A chaque usage correspond un type de connectivité optimal, pour privilégier tour à tour l’autonomie, la portée, le débit ou encore la pénétration dans les bâtiments.

Les technologies de connectivité sont en perpétuelle évolution, la 5G étant l’une des innovations les plus impactantes par les nouveaux usages qu’elle permet, comme les véhicules autonomes.

Les trois enjeux de la Smart City

Les enjeux économiques autour de la smart city sont protéiformes : techniques, juridiques, diplomatiques, stratégiques, institutionnels. La smart city est à la fois un objectif de politique intérieur et une vitrine à l’international. La constante urbanisation à travers le monde place la smart city au cœur des sujets pour les prochaines décennies.

La Smart City en 2030

Le développement exponentiel du nombre d'objets IoT (jusqu’à 500 milliards d'objets connectés en 2030 dans le monde) va rendre indispensable le développement d’intelligence artificielle pour comprendre et analyser ces données, et surtout les interconnecter.

Si chaque service public (eau, électricité, transports) se modernise de son côté, l’objectif est d’interconnecter tous ces services pour tirer le meilleur de la smart city, par exemple une fuite d’eau détectée dans un tunnel coupe automatiquement le réseau électrique proche et détourne la circulation.