Brevet FR3045899A1 — publié le 20170623

« Simulation d'un réseau de transport de flux physiques » Domaine de l'invention L'invention s'inscrit dans un contexte d'amélioration de la performance de services urbains que sont les services de gestion de l'eau, de l'énergie ou des déchets. Art Antérieur A cet effet, on prévoit généralement une vérification de l'adéquation d'un scénario comportant des solutions techniques avec une estimation de besoins et de capacités d'un territoire. Usuellement, cette étape est réalisée au moyen de simulations du scénario. Généralement, chaque flux d'un service urbain est modélisé indépendamment d'autres flux d'autres services urbains. Un but de l'invention est de proposer un procédé de modélisation d'un système de gestion de flux physiques pour un territoire qui permet d'obtenir une représentation homogène et cohérente de dispositifs techniques de services urbains dudit territoire. Exposé de l'invention On atteint un but de l'invention avec un procédé de modélisation d'un système de gestion de flux physiques pour un territoire, le système comprenant des dispositifs techniques et des points d'usage, d'un service urbain, chaque dispositif technique recevant sur une entrée un flux physique dit flux d'entrée et appliquant une transformation sur le flux d'entrée pour délivrer sur une sortie un flux physique dit flux de sortie, chaque point d'usage recevant un flux physique dit flux de besoin sur une entrée et délivrant un flux physique dit flux de rejet sur une sortie, les dispositifs techniques et les points d'usages étant reliés entre eux au moyen de jonctions. Selon l'invention, le procédé comprend, à partir d'une liste de flux physiques prédéterminée formant un vecteur de flux, les étapes suivantes : - une première étape de formation d'un graphe orienté comprenant des noeuds et des arêtes orientées, o chaque dispositif technique étant représenté par un noeud du graphe orienté, chacun desdits noeuds étant associé à : ^ un premier vecteur de flux, dit vecteur de flux d'entrée, représentatif de flux d'entrée dudit noeud, 3045899 -2 ^ un deuxième vecteur de flux, dit vecteur de flux de sortie, représentatif de flux de sortie dudit noeud, ^ une fonction mathématique, dite de transformation, aussi appelée matrice, représentant une relation entre le 5 vecteur de flux de sortie et le vecteur de flux d'entrée, o chaque point d'usage étant représenté par un noeud du graphe orienté, chacun desdits noeuds étant associé à : ^ un premier vecteur de flux, dit vecteur de flux de besoin représentant les quantités de flux physiques nécessaires 10 audit territoire, ^ un deuxième vecteur de flux, dit vecteur de flux de rejet représentant les quantités de flux physiques générées par ledit territoire, o chaque jonction entre la sortie d'un dispositif technique et 15 l'entrée d'un autre dispositif technique étant représentée par une arête orientée du graphe orienté, l'arête orientée reliant d'une part le noeud associé au dispositif technique ou au point d'usage et d'autre part le noeud associé à l'autre dispositif technique ou au point d'usage, 20 de manière itérative, pour chaque arête orientée reliée à un noeud dont soit le vecteur de flux d'entrée, soit le vecteur de flux de sortie est préalablement déterminé, une deuxième étape de détermination de l'autre vecteur par l'utilisation de la fonction de transformation. De préférence, le vecteur de flux de besoin et le vecteur de flux de rejet 25 sont égaux et forment un vecteur dit vecteur de diagnostic. Le vecteur de diagnostic peut être le résultat d'une étape mise en oeuvre préalablement au procédé selon l'invention, usuellement appelée étape de diagnostic. Lorsque la fonction de transformation, aussi appelée matrice, relie le vecteur de flux de sortie en fonction du vecteur de flux d'entrée, le noeud 30 associé au dispositif est appelé noeud aval. Dans le cas contraire, le noeud associé au dispositif technique est appelé noeud amont. Un dispositif de traitement physique peut présenter une ou plusieurs entrées et sorties. Un flux physique est un flux transitant par le système, par exemple, un 35 flux d'eau, un flux d'énergie, ou un flux de déchet. 3045899 -3 Les flux d'eaux, d'énergie et de déchets peuvent respectivement être exprimés en mètres cubes, en kilowattheures et en tonnes. Les dispositifs techniques peuvent avoir des fonctions de production, de stockage, de distribution, de transport, de collecte ou de traitement. 5 Un dispositif technique peut, par exemple, être : un panneau solaire photovoltaïque recevant un flux physique d'énergie solaire reçu sur une entrée et délivrant un flux physique d'énergie électrique sur une sortie, une cuve de récupération des eaux pluviales recevant un flux 10 physique d'eau reçu sur une entrée et délivrant un flux physique d'eau sur une sortie, un méthaniseur recevant un flux physique de déchets et un flux physique d'énergie électrique reçu sur deux entrées et délivrant un flux physique de déchets et un flux physique d'énergie sur deux 15 sorties, un réseau de distribution d'eau potable recevant un flux physique d'eau potable sur une entrée et délivrant un flux physique d'eau potable sur une sortie. Même si un dispositif technique ne reçoit pas de flux physique d'un 20 certain type, les vecteurs de flux d'entrée et de sortie du noeud associés au dispositif technique présentent toutes les composantes de la liste de flux. En associant une même liste de flux physiques prédéterminée à chacun des noeuds associés à un dispositif technique, le procédé selon l'invention a pour avantage de permettre une représentation homogène et cohérente de 25 dispositifs techniques pouvant appartenir à des services urbains différents. Le procédé selon l'invention permet de connaître les flux physiques générés par chacun des dispositifs techniques. Le procédé selon l'invention permet de réaliser un bilan de flux physiques au niveau du territoire. 30 Selon une particularité, le dispositif technique est associé à des caractéristiques intrinsèques et/ou à des caractéristiques extrinsèques au dispositif dans le système. Une conformité de capacités extrinsèque ou intrinsèque de chaque dispositif physique aux vecteurs de flux d'entrée et de flux de sortie 35 associés au noeud représentant ledit dispositif technique peut être vérifiée. 3045899 -4 Les capacités de traitement d'une unité d'incinération, le diamètre d'une canalisation et le rendement énergétique d'une unité de production sont des exemples de capacités intrinsèques d'un dispositif technique. Le débit d'un cours d'eau, la pluviométrie et l'ensoleillement sont des exemples de 5 caractéristiques techniques extrinsèques d'un dispositif technique. Avantageusement, on peut prévoir une vérification de l'adéquation du système de gestion de flux physique du territoire au service urbain. Cette étape de vérification permet d'assurer une robustesse du procédé selon l'invention. 10 Le procédé selon l'invention peut comporter, pour chaque dispositif technique : une quatrième étape de détermination d'une valeur de test à partir de composantes du vecteur de flux d'entrée et/ou du vecteur de flux de sortie, 15 une cinquième étape de comparaison de la valeur de test à une plage de valeurs admissible pour ledit dispositif technique. Le procédé selon l'invention peut comprendre une sixième étape d'agrégation de noeuds pour former un sous-ensemble représentant un sous-territoire comprenant un vecteur de flux dit d'entrée et un vecteur de 20 flux dit de sortie, dans laquelle : le vecteur de flux d'entrée est déterminé par addition des vecteurs de sortie des noeuds externes au sous-ensemble et reliés par une arête vers un noeud interne au sous-ensemble, le vecteur de flux de sortie est déterminé par addition des vecteurs 25 d'entrée des noeuds externes au sous-ensemble et reliés par une arête depuis un noeud interne au sous-ensemble. Cette caractéristique a pour avantage de permettre de réaliser des bilans de flux physiques pour des sous-territoires et d'analyser ainsi les différents bilans selon plusieurs critères. Les flux transitant par des dispositifs 30 techniques à l'intérieur ou à l'extérieur d'un sous-territoire peuvent ainsi être distingués. De préférence, la liste de flux physiques comprend deux catégories différentes de flux. Un flux d'eau, un flux d'énergie et un flux de déchet constituent différentes catégories de flux. 3045899 -5 De préférence, la liste de flux physiques comprend deux flux élémentaires différents. Un flux élémentaire est défini par des propriétés considérées comme identiques pour un service urbain. Un flux élémentaire peut être un flux associé à un besoin ou un usage : 5 - les eaux grises, les eaux noires, l'eau pluviale, l'eau potable et l'eau brute sont différents flux élémentaires de flux d'eau, - le gaz, l'électricité, le carburant et la chaleur sont différents flux élémentaires de flux d'énergie, - le verre et le papier sont différents flux élémentaires de flux de 10 déchet. De préférence, pour chaque dispositif technique, le procédé selon l'invention comprend une étape de détermination des impacts environnementaux, économiques et sociaux à partir de composantes du vecteur de flux d'entrée et/ou du vecteur flux de sortie. 15 Le procédé selon l'invention permet de réaliser une évaluation des impacts environnementaux, économiques et sociaux sur la base du bilan de flux physique. Avantageusement, on peut notamment calculer les couts, les emplois ou les émissions de gaz à effet de serre associés aux dispositifs techniques et 20 aux flux physiques. Avantageusement, chaque noeud est associé à un acteur de l'aménagement, compétent pour exploiter le dispositif associé au noeud. L'association de chaque noeud à un acteur responsable du dispositif associé au noeud permet de suivre les flux physiques selon les 25 gouvernances du ou des services urbains. Avantageusement, chaque noeud est associé à une position géographique. L'association de chaque noeud à une position géographique permet de suivre les flux physiques selon des caractéristiques géographiques du 30 territoire. La mise en oeuvre conjointe d'associations de positions géographiques aux noeuds et d'étape d'agrégation présente un intérêt notable dans l'étude des flux d'un territoire géographique. 3045899 -6 La mise en oeuvre conjointe d'association d'acteur de l'aménagement aux noeuds et d'étape d'agrégation présente un intérêt notable dans l'étude des flux par acteur. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un produit 5 programme d'ordinateur chargeable directement dans la mémoire interne d'un ordinateur, comprenant des portions de code de logiciel pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une des revendications précédentes, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. Description des figures 10 D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en oeuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, au regard de figures annexées sur lesquelles : la figure 1 illustre quatre dispositifs techniques mis en oeuvre dans un 15 service urbain ; la figure 2 illustre une modélisation des dispositifs techniques de la figure 1 ; la figure 3 illustre un procédé selon l'invention ; la figure 4 illustre un mode de réalisation du procédé de la figure 3. 20 Description de l'invention Ces modes de réalisation n'étant nullement limitatifs, on pourra notamment réaliser des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite, telles que décrites ou généralisées, isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection 25 de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique. Un territoire comprend plusieurs services urbains, tels que celui de la collecte des déchets, des eaux pluviales, des eaux usées, de la distribution d'électricité ou d'eau potable, de la production de chaleur ou d'électricité. 30 L'ensemble de ces services urbains est modélisé par un procédé 100 selon l'invention de modélisation desdits services pour un système 200 de gestion de flux physiques pour le territoire. Le système 200 comprend des dispositifs techniques ainsi qu'un point d'usage. 3045899 -7 Sur l'exemple représenté sur la figure 1, le système comprend deux dispositifs de traitement 202, 210, respectivement sous la forme d'une station de potabilisation et d'un système de réutilisation des eaux pluviales. Le système comprend en outre deux dispositifs de transport 204, 206, 5 respectivement un réseau de transport 204 et un réseau de distribution 206. Le système comprend en outre un point d'usage 208. La station de potabilisation 202 alimente directement le réseau de transport 204. A cet effet, il existe une jonction 2024 entre la station de potabilisation 202 et le réseau de transport 204. 10 Le réseau de distribution 204 alimente le réseau de distribution 206 au moyen d'une jonction 2046. Le point d'usage 208 présente un flux de besoin, alimenté par le réseau de distribution 206 au moyen d'une jonction 2068 ainsi que par le système de réutilisation des eaux pluviales 210 au moyen d'une jonction 2108. 15 Comme l'illustre la figure 3, le procédé 100 selon l'invention comprend : la formation 10 d'un graphe orienté illustré sur la figure 2 ; la validation 11 de l'attribution des flux ; la détermination 12 des vecteurs de flux du graphe ; la vérification 13 de l'adéquation de valeurs de test à des plages de 20 valeurs. Lors de l'étape 10, chacun des dispositifs 202, 204, 206 et 210 est représenté par un noeud, respectivement 302, 304, 306 et 310. Les noeuds 302, 304, 306 et 308 sont dotés de vecteurs de flux d'entrée et de sortie v2e et v2s, v4e et v4s, v6e et v6s ainsi que v10e et v10s et sont 25 caractérisés par des paramètres représentatifs de leur fonctionnement tels que la pluviométrie, le rendement du réseau, leur localisation. Le point d'usage 208 est représenté par un noeud 208. Le point d'usage 208 est doté d'un premier vecteur de flux v8e, dit vecteur de flux de besoin, représentant les quantités de flux physiques nécessaires au territoire ainsi 30 que d'un deuxième vecteur de flux v8s, dit vecteur de flux de rejet, représentant les quantités de flux physiques générés par ledit territoire. Des arêtes orientées, respectivement, 3042, 3064, 3086, et 3108 sont disposées respectivement depuis le noeud 304 vers le noeud 302, depuis le noeud 306 vers le noeud 304, depuis le noeud 308 vers le noeud 306 et 35 depuis le noeud 310 vers le noeud 308. 3045899 -8 La validation de l'attribution des flux 11 permet de valider que les arêtes orientées adressent les flux vers des noeuds adaptés à les recevoir. Il est par exemple vérifié qu'un flux de déchets n'est pas adressé à une technique de distribution d'eau. Il est également vérifié que chaque noeud dispose des 5 flux nécessaires à son fonctionnement. La détermination 12 des vecteurs de flux du graphe débute par la détermination des vecteurs de flux v8e et v8s. Les vecteurs de flux v8e et v8s sont initialisés avec des valeurs représentant les quantités, mesurées ou prédites, de flux de besoin et de flux de rejet du point d'usage. 10 Des fonctions mathématiques f2, f4, f6 et f10 de transformation, représentant une relation entre le vecteur de flux de sortie et le vecteur de flux d'entrée, sont associées, respectivement, aux noeuds 302, 304, 306 et 310. Plus précisément, les relations sont v2e=f2(v2s), v4e=f4(v4s), v6e=f6(v6s), pour des noeuds amont et v10s=f10(v10s) pour un noeud 15 aval. La détermination 12 se poursuite par une étape 121 de l'ensemble des noeuds présentant un seul vecteur connu. Dans l'exemple illustré à la figure 2, on connaît le vecteur d'entrée du système de réutilisation des eaux pluviales v10e (dépendant de la pluviométrie) ainsi que le vecteur de flux 20 de besoins v8e. La détermination 12 se poursuit par une étape 122 de détermination de l'autre vecteur, pour chacun des noeuds déterminés à l'étape 121. Dans l'exemple illustré à la figure 2, on détermine alors v10s=f10(v10e) et on en déduit en outre le flux f3108 porté par l'arête 3108. Le vecteur v8e étant 25 connu, on en déduit v6s = v8e-v10s. La détermination 12 se poursuit par une étape de test 123, vérifiant si tous les vecteurs de tous les noeuds du graphe sont connus. Lorsque le résultat de l'étape de test 123 est oui, l'étape de test permet de terminer l'étape de détermination des flux 12 et le procédé se poursuit 30 par l'étape 13. Lorsque le résultat de l'étape de test 123 est non, le procédé se poursuit par une nouvelle étape 121. Dans l'exemple illustré à la figure 2, on connaît alors le vecteur de sortie v6s du noeud de distribution 306. L'étape 123 est donc poursuivie par une 3045899 -9 nouvelle étape 121 au cours de la nouvelle étape 121 le noeud 306 est identifié. Au cours d'une nouvelle étape 122, le vecteur de flux v6e est déterminé, par application de la relation v6e=f6(v6s). On en déduit en outre le flux 5 f3064 porté par l'arête 3064 qui est égal à v4s. Dans l'exemple illustré à la figure 2, on connaît alors le vecteur de sortie v4s du noeud de transport 304. L'étape 123 est donc poursuivie par une nouvelle étape 121 au cours de laquelle le noeud 304 est identifié. Au cours d'une nouvelle étape 122, le vecteur de flux v4e est déterminé, 10 par application de la relation v4e=f4(v4s). On en déduit en outre le flux f3042 porté par l'arête 3042 qui est égal à v2s. Dans l'exemple illustré à la figure 2, on connaît alors le vecteur de sortie v2s du noeud de potabilisation 302. L'étape 123 est donc poursuivie par une nouvelle étape 121 au cours de laquelle le noeud 302 est identifié. 15 Au cours d'une nouvelle étape 122, le vecteur de flux v2e est déterminé, par application de la relation v2e=f2(v2s). L'étape 122 se poursuit avec le test 123 qui conduit le procédé à l'étape 13. La vérification 13 de l'adéquation de valeurs de test à des plages de 20 valeurs comprend une détermination d'une valeur de test à partir de composantes du vecteur de flux d'entrée et/ou du vecteur flux de sortie, et une comparaison de la valeur de test à une plage de valeurs admissible pour le dispositif technique. Selon un mode de réalisation de l'invention, il est proposé un produit 25 programme d'ordinateur chargeable directement dans la mémoire interne d'un ordinateur, comprenant des portions de code de logiciel pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une des revendications précédentes, lorsque le programme est exécuté sur un ordinateur. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être 30 décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des 35 autres. REVENDICATIONS1. Procédé (100) de modélisation d'un système de gestion de flux physiques pour un territoire, le système comprenant des dispositifs techniques (202, 204, 206, 210) et des points d'usage (208), d'un service urbain, chaque dispositif technique recevant sur une entrée un flux physique dit flux d'entrée et appliquant une transformation sur le flux d'entrée pour délivrer sur une sortie un flux physique dit flux de sortie, chaque point d'usage recevant un flux physique dit flux de besoin sur une entrée et délivrant un flux physique dit flux de rejet sur une sortie, les dispositifs techniques et les points d'usages étant reliés entre eux au moyen de jonctions (2024, 2046, 2068, 2108), ledit procédé comprenant, à partir d'une liste de flux physiques prédéterminée formant un vecteur de flux, les étapes suivantes : - une première étape de formation (10) d'un graphe orienté comprenant des noeuds et des arêtes orientées, o chaque dispositif technique étant représenté par un noeud (302, 304, 306, 310) du graphe orienté, chacun desdits noeuds étant associé à : ^ un premier vecteur de flux (v2e, v4e, v6e, v10e), dit vecteur de flux d'entrée, représentatif de flux d'entrée dudit noeud, ^ un deuxième vecteur de flux (v2s, v4s, v6s, v10s), dit vecteur de flux de sortie, représentatif de flux de sortie dudit noeud, ^ une fonction mathématique (f2, f4, f6, f10), dite de transformation, représentant une relation entre le vecteur de flux de sortie et le vecteur de flux d'entrée, o chaque point d'usage étant représenté par un noeud (308) du graphe orienté, chacun desdits noeuds étant associé à : 3045899 ^ un premier vecteur de flux (v8e), dit vecteur de flux de besoin représentant les quantités de flux physiques nécessaires audit territoire, ^ un deuxième vecteur de flux (v8s), dit vecteur de 5 flux de rejet représentant les quantités de flux physiques générées par ledit territoire, o chaque jonction entre la sortie d'un dispositif technique et l'entrée d'un autre dispositif technique étant représentée par une arête orientée (3042, 3064, 3086, 3108) du graphe 10 orienté, l'arête orientée reliant d'une part le noeud associé au dispositif technique ou au point d'usage ; et d'autre part le noeud associé à l'autre dispositif technique ou au point d'usage, - de manière itérative, pour chaque arête orientée reliée à un noeud 15 dont soit le vecteur de flux d'entrée, soit le vecteur de flux de sortie est préalablement déterminé, une deuxième étape de détermination (122) de l'autre vecteur par l'utilisation de la fonction de transformation. 20 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel un dispositif technique est associé à des caractéristiques intrinsèques et/ou à des caractéristiques extrinsèques au dispositif dans le système. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant une troisième 25 étape de vérification de l'affectation de chaque flux à un dispositif technique adapté. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comportant, pour chaque dispositif technique : 30 - une quatrième étape de détermination d'une valeur de test à partir de composantes du vecteur de flux d'entrée et/ou du vecteur flux de sortie, - une cinquième étape de comparaison de la valeur de test à une plage de valeurs admissible pour ledit dispositif technique. 3045899 - 12 - 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant une sixième étape d'agrégation de noeuds pour former un agrégat d'un sous-ensemble de noeuds comprenant un vecteur de flux dit vecteur de flux d'entrée et un vecteur de flux dit vecteur de flux de 5 sortie, dans laquelle : - le vecteur de flux d'entrée est déterminé par addition des vecteurs de sortie des noeuds externes au sous-ensemble et reliés par une arête vers un noeud interne au sous-ensemble, - le vecteur de flux sortie est déterminé par addition des vecteurs 10 d'entrée des noeuds externes au sous-ensemble et reliés par une arête depuis un noeud interne au sous-ensemble. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la liste de flux physiques comprend deux catégories différentes de 15 flux. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la liste de flux physiques comprend deux flux élémentaires différents. 20 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comportant, pour chaque dispositif technique, une étape de détermination des impacts environnementaux, économiques et sociaux à partir de composantes du vecteur de flux d'entrée et/ou du vecteur flux de sortie. 25 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel chaque noeud est associé à un acteur gestionnaire du dispositif associé au noeud. 30 10.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel chaque noeud est associé à une position géographique. 11.Produit programme d'ordinateur chargeable directement dans la mémoire interne d'un ordinateur, comprenant des portions de code 35 de logiciel pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une des 3045899 - 13 - revendications précédentes, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.