Main dans la main : sécurité et technique du bâtiment ?

La numérisation est sur toutes les lèvres et est vendue comme quelque chose de nouveau et de révolutionnaire - alors que dans l'automatisation des bâtiments, on ne travaille que sur le numérique depuis plus de 30 ans. Selon Brian Arthur (https://bit.ly/2WX3Dcv), économiste spécialisé dans les économies complexes et high-tech, ce n'est pas non plus la numérisation qui change le monde, mais les capteurs omniprésents qui enregistrent l'environnement et mettent les données à disposition. D'un point de vue historique, la marche triomphale du numérique commence déjà dans les années 1970, lorsque, à côté des grands ordinateurs centraux et coûteux, apparaissent soudain des ordinateurs personnels qui mettent à disposition des milliers de fois la puissance de calcul, de manière décentralisée, économique et à petite échelle. Dans les années 1990, l'Internet - fortement marqué par Tim Berners-Lee - vient s'y ajouter, permettant à tous d'échanger des données sur de grandes distances. À partir de 2010, les ordinateurs, jusqu'alors déconnectés du monde réel, commencent à entrer en contact avec l'environnement. L'ère des capteurs se développe. Sans capteurs, les voitures autonomes et l'intelligence artificielle ne sont pas envisageables. Les deux dépendent de l'échange avec l'environnement.

Les méga-tendances de l'intelligence artificielle et de l'IoT

Jusqu'à présent, il y avait un homme derrière chaque ordinateur et, dans le bâtiment, nous nous sommes habitués à des structures hiérarchiques avec une forte division du travail : le niveau du terrain mesure et établit, le niveau de l'automatisation régule et le niveau de la gestion contrôle et évalue (EN 16484). La pensée en termes de métiers individuels (chauffage, ventilation, éclairage, protection contre l'incendie, accès, etc.) conduit, selon la figure 1, à des structures en silo, complétées par une communication vers Internet. Cette structuration est dépassée, mais elle est toujours utilisée dans la pratique. Aujourd'hui, les appareils décentralisés interagissent sans l'intervention de l'homme, prennent des décisions raisonnables et tirent les leçons du passé. La technique se rapproche un peu plus de la nature et les structures hiérarchiques sont remplacées par des structures "organiques". Pour cela, il faut de l'intelligence artificielle (Artificial Intelligence : AI) et l'Internet des objets (Internet of Things : IoT).

Impact sur le bâtiment et son exploitation

Les bâtiments sont planifiés, construits, exploités et réutilisés après quelques décennies. Le défi que représente le fait que la technique utilisée a une durée de vie beaucoup plus courte que la structure du bâtiment doit être pris en compte dès la planification. Il faut par exemple s'assurer qu'au cours du cycle de vie du bâtiment, la technique puisse être mise à jour sans problème, cela concerne le matériel, les logiciels et la communication.

Dans la pratique : développer, planifier et exploiter des solutions IoT

Lors de la construction d'un bâtiment, les planificateurs ont recours à des développements existants et éprouvés et essaient de créer un nouvel ensemble en combinant habilement des solutions partielles. Dans un monde qui évolue rapidement, ils recherchent des solutions qui peuvent être rapidement adaptées aux nouvelles circonstances. Les solutions IoT doivent se distinguer par des caractéristiques spéciales, qui concernent aussi bien le matériel et les logiciels que la communication. Voici quelques caractéristiques importantes : Les systèmes utilisés doivent inclure un système de gestion des versions et des constructions. Les aspects de sécurité ont été pris en compte dès la phase de développement et le produit doit pouvoir être maintenu à jour pendant des années grâce à des mises à jour et à l'introduction de nouvelles technologies. Alors que l'on privilégiait autrefois les solutions fermées, il convient aujourd'hui de miser sur des standards ouverts. En outre, les fabricants qui respectent des normes de sécurité minimales devraient être privilégiés. Les thèmes du monde informatique tels que la confidentialité (Confidentiality), l'intégrité des données (Integrity) et la disponibilité (Availability) doivent être clarifiés lors de la phase de planification.

La planification de solutions d'automatisation des bâtiments ne se limite pas aux aspects techniques. Il faut clarifier les rôles (qui est responsable de quoi ?), les spécifications des bâtiments et leur interaction. Dès cette phase, les tests intégraux (cahier technique SIA 2046), qui garantissent la fonctionnalité tous corps d'état confondus, sont mis en place pour la mise en service et l'exploitation des bâtiments.

Les solutions IoT requièrent de nouvelles compétences, tant de la part des collaborateurs que des clients, des fabricants et des autorités. Il faut notamment définir à l'avance comment les fabricants peuvent accéder au système, comment les futures mises à jour sont effectuées, comment les événements critiques sont enregistrés et comment les connaissances spécialisées nécessaires des collaborateurs sont conservées. Si les anciens systèmes étaient relativement sûrs contre les influences extérieures, cela représente un grand défi pour les systèmes IoT. Outre les exigences déjà mentionnées, il faut également planifier comment réactiver une version précédente du logiciel en cas de panne. Une description des processus permet de traiter systématiquement les incidents de sécurité et de clarifier les questions de responsabilité.

Échange de données : structuration actuelle

Dans la pratique, il existe toujours de nombreuses possibilités d'échange de données. Si l'échange a lieu au niveau du terrain, on est rapide et indépendant des niveaux supérieurs. Si tout est traité via le réseau dans le cloud, on est certes universel, mais on est lent et vulnérable aux pannes de communication (cf. figure 3).

Échange de données : future structuration

Le client attend aujourd'hui que ses données, l'état de fonctionnement des installations et les possibilités d'intervention soient disponibles dans le monde entier et à tout moment. Cette exigence favorise les technologies basées sur Internet avec la connexion correspondante des bases de données. De plus, les coûts du matériel et des logiciels ont extrêmement baissé et une grande puissance de calcul peut être intégrée directement dans les capteurs dans un espace très réduit. Cette évolution technique permet des concepts qui étaient impensables auparavant, mais qui augmentent fortement l'utilité globale du système. Dans la pratique, certains termes se sont imposés pour décrire les caractéristiques techniques des solutions (voir figure 4) :

Cloud computing : l'intelligence est transférée dans un "centre de données" ; chacun communique avec le cloud via Internet.

1. Informatique EDGE : l'intelligence locale est renforcée, il y a idéalement exactement un point d'entrée pour l'Internet avec la connexion au nuage ; la protection par pare-feu de l'Internet est centralisée, professionnalisée et peut être entretenue à partir d'un seul endroit.
2. FOG computing : l'intelligence locale est encore renforcée ; tout ce qui peut être décidé localement reste local et ne fait pas de détour par Internet ; une hiérarchie d'automatisation est créée localement, comme pour la domotique traditionnelle, le système devient plus rapide, plus fiable et plus stable ; au-dessus des serveurs FOG suit typiquement un routeur EDGE.

L'informatique FOG est la meilleure solution aux problèmes actuels. Il permet

1. une intelligence artificielle répartie localement, capable de prendre ses propres décisions aussi bien en réseau qu'en autarcie ;
2. Communication entre les appareils intelligents sans qu'un organisme central ne le demande ;
3. Apprendre du passé pour l'avenir et reconnaître de nouveaux dispositifs sans intervention humaine.

Le cerveau central (niveau de gestion) n'est plus nécessaire dans la fonction actuelle, car l'intelligence artificielle locale assume ce rôle. La fiabilité s'en trouve accrue et les services peuvent échanger directement leurs données. De même, la coupure d'une ligne de communication n'entraîne plus l'arrêt du système.

Le bâtiment intelligent : recherche et réalité

La technique disponible aujourd'hui permet d'équiper et d'exploiter entièrement un bâtiment avec l'Internet des objets. Pour cela, il faut un câblage basé sur Ethernet, des capteurs qui mettent leurs données à la disposition de tous les autres via leur propre service et des algorithmes qui évaluent les données des capteurs pour une automatisation intelligente. Aucune distinction n'est faite entre le chauffage, la climatisation, l'éclairage, l'accès, la protection contre l'incendie ou la localisation des personnes dans le bâtiment. Nous en revenons donc à la thèse initiale : la convergence des techniques de construction et de sécurité est déjà une réalité. Ce n'est donc pas la technique qui nous gêne, mais les vieux schémas de pensée qui consistent à séparer les différents corps de métier indépendants. Il s'agit de surmonter cela. Alors qu'en Europe, on ne construit encore que des prototypes, des maîtres d'ouvrage progressistes en Californie réalisent déjà les premiers petits immeubles (exemple d'immeuble sur https://bit.ly/2HIIKv8).

L'introduction de l'Internet des objets se fait presque imperceptiblement. Outre les métiers traditionnels, de nouveaux domaines vont s'ajouter, comme l'intégration de "capteurs passifs" qui peuvent fournir des informations sur l'état des éléments de construction (par exemple, des capteurs coulés dans le béton qui peuvent être lus en fonction de la situation). Cela permet une mise en réseau plus poussée dans le domaine de la construction, de la planification, de l'exploitation et de la déconstruction. Nous en arrivons ainsi au thème du Building Information Modeling (BIM) avec un jumeau numérique.

En fin de compte, il ne s'agit pas de créer une nouvelle technique sans valeur ajoutée pour le client. Cette valeur ajoutée peut être des interactions clients ressenties et vécues (user experiences), des services personnalisés (personalized service), l'analyse de données (data analytics) et de nouveaux modèles commerciaux et applications basés sur l'intelligence artificielle (artificial intelligence). Les solutions qui s'imposeront seront donc celles qui offrent à la fois une valeur ajoutée aux clients et des possibilités de revenus aux entreprises. La pensée en silo sera dépassée par des solutions de coopération.

JÜRG BICHSEL
Ingénieur électricien diplômé EPF, directeur de l'Institut Energie dans la construction, Haute école d'architecture, de construction et de géomatique, Haute école spécialisée du Nord-Ouest de la Suisse