Smarthome Academy – Episode 116 : G2Elab et le projet Expe-Smarthouse : un Living Lab grandeur nature

par | Déc 4, 2020 | Podcast

Découvrez tout l’intérêt du projet Expe-Smarthouse permettant de disposer d’une base de données ouverte au monde scientifique d’une habitation complète.

Pour commencer, peux-tu décrire qui est Jérôme et quel est ton parcours professionnel ?

Actuellement, je suis ingénieur en contrôle/commande CNRS affecté au G2Elab (Grenoble Génie Electrique – Grenoble Electrical Engineering). Je suis  responsable technique de la plateforme MHI et Expe-Smarthouse.

En ce qui concerne mon parcours professionnel, j’ai commencé par une filière STI en génie électrotechnique, après avoir réussi ma prépa TSI, je suis rentré à l’ENSISA (une école d’ingénieur à Mulhouse) dans la filière automatique et systèmes. J’ai ensuite rejoint le monde de l’industrie en travaillant successivement chez PSA et Volvo Trucks en tant qu’ingénieur logiciel.

En parallèle de mes activités professionnelles, je me suis passionné pour tout ce qui touche au DIY (Do It Yourself) et à la domotique.

C’est en 2018 que j’ai rejoint le G2Elab pour travailler sur les problématiques liée à l’énergie et aux remontées d’informations au sein des Smartbuildings et SmartGrids afin d’allier mon métier et mes passions. C’est à partir de ce moment-là que j’ai commencé à côtoyer le monde de la science et plus particulièrement l’OpenScience.

Peux-tu nous décrire en quoi consiste le projet Expe-Smarthouse ?

L’une des premières expériences dont j’ai été responsable au G2Elab fut de mettre en place un système de relevé de consommation électrique dans des bureaux. Le but de cette expérience était de voir les leviers d’incitations à la flexibilité énergétique dans le domaine du tertiaire. Pour faire les relevés on a utilisé un système reposant sur des capteurs Zwave dont les données remontaient dans un Jeedom embarqué dans une Raspberry Pi.

Sur la base de cette expérience et de ses premiers retours, j’ai été motivé par l’idée de rendre une maison pilotable à distance. Par la suite, c’est en discutant avec plusieurs équipes scientifiques que nous avons décidé de pousser plus loin le concept et de rendre cette maison entièrement monitorée et contrôlable. C’est ainsi qu’Expe-Smarthouse est né.

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Le projet Expe-Smarthouse consiste aussi à créer une base de données ouverte au monde scientifique (OpenData). Cette décision a été motivée car il existe peu de base de données accessible facilement d’une habitation complète.

Une autre facette de ce projet consiste à rendre accessible au grand public les connaissances engendrées par cette plateforme (création de capteurs opensource,  écriture de tutoriels pour la mise en place de certaines technologies, ….).

Quel est l’intérêt de ce Living Lab ?

L’intérêt d’avoir un Living Lab avec de véritables utilisateurs contrairement à une salle de laboratoire, c’est de pouvoir lier les différents acteurs autour d’une thématique ou d’un sujet de recherche précis. On intègre ainsi l’acteur humain dans le processus scientifique (Human In the Loop : HIL). Nous pouvons alors étudier le comportement des utilisateurs mais aussi avoir leur retour en temps réel, cela permet de mieux les impliquer dans la démarche scientifique.

Par exemple, pour une expérience, nous avons mis en place un système de notification à double sens qui permet à l’équipe de recherche de faire des demandes (par exemple décaler sa consommation d’énergie en fonction de la météo) mais aussi permettre à l’utilisateur de déclarer s’il est ou non dans la capacité de le faire.

Ce système de Living Lab permet aussi de pouvoir modifier la plateforme avec les dernières technologies. Le but est ainsi de tester et d’expérimenter en situation réelle avec des moyens accessibles par tout le monde.

Quelles technologies de communication exploitez-vous ?

On utilise beaucoup de technologies de communication différentes au sein de cette plateforme. Cela va des protocoles Enocean jusqu’au Lora en passant par Zwave et Zigbee. Nous nous appuyons aussi sur le protocole MQTT pour la fabrication de nos capteurs « maison ».  Notre but est d’intégrer un maximum de protocoles afin de rendre hyper-flexible Expe-Smarthouse. Dans certaines expériences, Il arrive que pour des données mesurées, il y ait plusieurs capteurs avec des protocoles différents.

Par exemple, pour la consommation générale de la maison, on utilise la TIC du linky et en parallèle on a installé aussi un capteur avec un TOR qui mesure aussi le déphasage. Cela dépend vraiment du besoin de l’équipe de recherche qui se trouve derrière la demande. Nous nous laissons justement la liberté de ne pas choisir un seul protocole car nous voulons les utiliser de façon optimale en fonction de la donnée à remonter.

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Schéma issue de l’adresse suivante : http://expe-smarthouse.duckdns.org/?page_id=147

Quelle architecture utilisez-vous ?

Nous utilisons au maximum une architecture OpenSource. Le noyau informatique de la plateforme utilise plusieurs Raspberry Pi. Nous avons fait le choix de séparer dans 3 Raspberry Pis distinctes les 3 grands étapes de la mesure (Captation, Stockage et Visualisation). C’est ainsi que nous avons une première RPI contenant l’agrégateur de données Jeedom avec les différents scripts de mise en forme des données ainsi que les moyens de communication Scientifiques <-> Utilisateurs. La deuxième RPI héberge la base de données InfluxDB où sont transférées et stockées toutes les mesures issues des différents capteurs. La dernière Raspberry Pi sert de moyen de visualisation des données au travers de Grafana.

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Pourquoi adoptez-vous du matériel et logiciel Open Source ?

Cela fait longtemps que je m’adonne au DIY et au retro-engineering et c’est naturellement que nous avons choisi de partir sur un modèle OpenSource car contrairement aux solutions fermées, l’OpenSource permet de réparer et de modifier facilement un système en fonction des besoins. Expé-Smarthouse est une plateforme ayant pour vocation de durer dans le temps et il est important que les blocs logiciels et matériels la composant soient facilement interchangeables ou réparables. J’aimerais ajouter que cela ne nous empêche cependant pas d’utiliser des solutions issues de fabricants industriels car de plus en plus d’acteurs de ce secteur commencent à « ouvrir » leur solution ou d’adopter des bases matériels OpenSources (par exemple : création d’APIs, utilisation de µcontrôleurs reprogrammables, …)

Quelles sont les données mesurées ?

Actuellement, Expé-SmartHouse fournit environ 340 points de mesure répartis de la façon suivante :

  • Consommation d’électricité, de gaz et d’eau de chaque appareil
  • Température, humidité et luminosité de chaque pièce
  • Position d’ouverture de chaque porte et fenêtre
  • Détecteurs de mouvement
  • État de l’éclairage
  • Analyse de l’air de chaque pièce
  • Conditions météorologiques extérieures
g2elab et le projet expe smarthouse un living lab grandeur nature capteurs

Schéma issus de l’adresse suivante :

Nous travaillons en parallèle à la création de nouveaux capteurs afin de permettre de rendre de plus en plus précis les modèles qui peuvent être issus de cette plateforme.

Par exemple, le dernier capteur fabriqué en date permet la mesure de plusieurs paramètres de l’air ambiant (température, humidité, pression CO2, COV) afin d’aider une équipe sur le comptage des personnes dans une pièce et de pouvoir réajuster très rapidement le confort.

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Quelle est la finalité de ce projet ?

Ce projet a trois objectifs. Le premier est de créer une plateforme ultra-flexible pour les équipes scientifiques et les aider dans les thèmes suivants :

  • Conception, optimisation et modélisation de systèmes énergétiques complexes
  • Management énergétique (traitement de données, modélisation, optimisation)
  • Etude des usagers dans leur système (indicateurs de confort/énergie, sensibilisation/pédagogie énergétique, adéquation usager/bâtiment).

Au final en fonction de la demande, l’équipe scientifique peut avoir directement accès à la base de données ou à un dashboard Grafana personnalisé.

g2elab et le projet expe smarthouse un living lab grandeur nature grafana

 Image issue de http://expe-smarthouse.duckdns.org/?page_id=32

Le deuxième obejctif est pédagogique, elle permet d’aider le grand public pour se lancer dans le monde de la domotique grâce aux tutoriels. C’est une chose qui nous tiens vraiment à cœur car le but est d’apprendre aux personnes qu’est-ce qui peux ce cacher derrière la technologie.

Le dernier objectif est éducatif. Nous utilisons les données de cette plateforme comme support à l’enseignement dans module ICT for Smart Grids and Smart Cities de l’école Ense3 (École Nationale Supérieure de l’Énergie, l’Eau et l’Environnement). Nous apprenons aux étudiants à gérer  des Smart Buildings en s’appuyant sur la domotique afin de réduire leur consommation et augmenter leurs prestations. (https://ense3.grenoble-inp.fr/fr/formation/ict-for-smart-grids-and-smart-cities-iee-sem-gse-gee-m2-sgb-5eu5ict6)

Quelles sont vos prochaines actions prévues ?

Actuellement, cette maison est au niveau IEMS3 (Intelligent Energy Management System).

Maintenant que la base de données comporte 2 ans de relevés, la prochaine action prévue à court terme est l’ajout d’un module de supervision basé sur une IA. Celle-ci aura pour objectif d’identifier automatiquement les actions des utilisateurs afin de proposer une gestion de l’énergie de la maison en fonction du comportement de ceux-ci sans qu’ils n’aient besoin de dire ou faire quoi que ce soit.

Nous travaillons aussi en parallèle à la fabrication d’un kit de capteur OpenSource afin de permettre à tout à chacun de pouvoir monitorer et d’apprendre à mieux gérer l’énergie de son habitation.

Pour finir, comment pouvons-nous suivre vos projets ?

Pour suivre les avancés de ce projet, il existe plusieurs façons :

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