Les jumeaux numériques, de quoi parlons nous ?

Le concept de jumeaux numériques est apparu au début des années 2000 par John Vickers, ingénieur de la NASA ayant introduit ce terme, bien que le concept ait été utilisé et créé bien avant. L’objectif de cette technologie est de créer une représentation numérique d’un objet physique de manière la plus fidèle possible et dans les moindres détails, allant jusqu’à la moindre pièce le composant. Le but est de pouvoir faire des tests sur l’objet et sur son environnement avant sa construction, au lieu d’en créer une maquette physique. Ainsi, bien que couteuse , nous pouvons grâce aux jumeaux numériques anticiper bon nombre de problématique appliquées aux objets bénéficiant de cette technologie .

Il faut en effet savoir que la création d’un jumeau numérique n’est pas réservée à toutes les constructions : d’abord réservé à des objets ou des pièces assez complexes mais faisant parti d’une construction (comme par exemple un moteur d’avion), ils sont aujourd’hui utilisés pour représenter le système entier (l’intégralité de l’avion). Ils sont donc très utilisés dans le bâtiment (pour des gros œuvres tel que des ponts), des objets très techniques ou devant faire face à des contraintes physiques importantes (un avion), des chaînes de production pour les optimiser ou encore pour des réseaux, afin d’étudier leur environnement pouvant impacter l’objet lui-même.

Les jumeaux numériques se distinguent de la simple modélisation numérique, ou BIM (Building Information Modeling) , par l’utilisation de capteurs, accompagnant l’objet, et qui renvoie continuellement et en temps réel l’état de l’objet : c’est ce qu’on appelle l’Internet de objets. C’est ainsi que le jumeau numérique offre une possibilité de prévision d’incidents, grâce aux capteurs qui renvoient continuellement des informations sur l’environnement de l’objet et sa réaction face aux différents aléas.

Les deux approches principales pour l’utilisation de cette technologie sont, comme vous l’aurez compris, une première basée sur l’apprentissage à partir de modèle existant, afin de construire des modèles de prédiction pour les futurs objets du même type ; ou une approche servant à corriger des problèmes sur l’objet actuel étudié. Ainsi, les modèles peuvent aussi bien servir avant qu’après la construction de l’objet.

Mais les jumeaux numériques ne sont pas utilisés seulement pour étudier l’objet en lui-même, ils sont très utiles pour l’étude de son environnement lorsque celui-ci peut grandement être influencé par l’objet, et c’est notamment le cas des réseaux. En effet, si on prend l’exemple d’un réseau souterrain de gaz en ville, il peut être important de connaître les aménagements qui sont fait au-dessus de ce réseau et si les objets construits peuvent influencer l’intégrité des tuyaux et de fait provoquer une fuite ou une explosion. Auquel cas, un jumeau numérique pourrait permettre d’éviter un quelconque accident en renforçant les tuyaux ou alors, en amont de l’aménagement grâce aux simulations, en effectuant celui-ci de manière à ne rien endommager.

Application aux SIG

Lorsque l’on parle d’application de jumeau numérique dans les SIG, nous devons évoquer les jumeaux numériques géospatiaux. L’application pourrait se faire donc sur un réseau, où l’environnement autour de ce réseau est relativement important et où les objets composants l’environnement pourraient avoir un impact sur ce réseau et ceux-ci seraient donc les éléments géospatiaux.

Dans une autre mesure, les jumeaux numériques sont très utilisés en urbanisme afin de modéliser les bâtiments avec les contraintes de constructions et d’environnements actuelles, mais plus largement car des données spatiales sont utilisées, et donc des données faisant appels aux SIG. Dans le cadre de l’urbanisme, si une ville entière devient un jumeau numérique, cela peut se rapprocher des smart cities, où chaque bâtiment collecte des données, non seulement sur lui-même mais aussi sur les habitants et son utilisation qui en est faite. En effet, le bâtiment serait continuellement connecté aux informations externes tel que la météo, les flux, les couts de l’électricité… qui lui permettrai de s’adapter en temps réel à la bonne température nécessaire dans une pièce précise, en couplant toutes ces informations à l’utilisation possible de la pièce. Ceci permettrait d’atteindre éventuellement des bâtiments « zéro carbones », ou de s’en rapprocher. Mais dans ce cas précis, il faut bien entendu se poser la question du stockage de la donnée, qui est non seulement polluante mais aussi très sensible à ce niveau là, et du traitement qui en est fait (qui va traiter ces données ?).

Source : https://aaafasso.fr/nature-environnement/faire-plus-de-jumeaux-numeriques/

Pour conclure, nous pouvons donc voir les nombreux avantages qui peuvent être tirés des jumeaux numériques, permettant de palier à des problèmes techniques potentiellement grave pour l’objet numérisé ou son utilisateur. Dans une autre mesure, ils permettent une amélioration de l’utilisation de l’objet et des futures constructions similaires. Cependant, cette technologie reste très couteuse et très complexe dans sa mise en place, ne permettant pas de l’appliquer à tous les objets. De plus, les jumeaux numériques ajoutent des transferts de données dans un présent déjà surchargé de ces échanges. Le stockage et la diffusion de ces données sont très polluantes et parfois très sensible , des problématiques qu’il est nécessaire de saisir et de traiter afin d’utiliser cette technologie à bon escient.

Sources :

The importance of Geospatial Data in Digital Twins | 1Spatial. (s. d.). https://1spatial.com/fr/news-evenements/2022/l-importance-des-donnees-geospatiales-pour-les-jumeaux-numeriques/
Qu’est-ce qu’un jumeau numérique ? | IBM. (s. d.). https://www.ibm.com/fr-fr/topics/what-is-a-digital-twin
Olivier, E. (s. d.). Les « jumeaux numériques » au service des bâtiments « Zéro Carbone » . https://www.linkedin.com/pulse/les-jumeaux-num%C3%A9riques-au-service-des-b%C3%A2timents-z%C3%A9ro-carbone-olivier/?originalSubdomain=fr
Technologie de jumeau numérique et SIG | Qu’est-ce qu’un jumeau numérique ? (s. d.). https://www.esri.com/fr-fr/digital-twin/overview

— Etienne Rousseau M1 GéoNum, 2022-2023