Qu'est-ce qu'un jumeau numérique ?

Les jumeaux numériques sont créés en important des modèles conceptuels (via bâti immobilier modélisé, conception assistée par ordinateur ou système d'information géographique) ou en numérisant des entités physiques du monde réel, afin de les visualiser et de les analyser en lien avec les données entrepreneuriales et de l'Internet des objets (IdO). Un jumeau numérique, optimisé par la 3D en temps réel – une technologie d'infographie qui crée du contenu interactif plus rapidement que la perception humaine – peut conserver, organiser et présenter diverses sources de données, y compris des informations et des modèles, sous forme de visualisations interactives d'un réalisme saisissant.

Les jumeaux numériques représentent virtuellement les mouvements, forces et interactions que leur modèle peut subir dans le monde réel. Cela permet aux utilisateurs d'exploiter un contenu dynamique en trois dimensions répondant à leurs actions en temps réel. Dans cet environnement virtuel, ils peuvent simuler efficacement les conditions du monde réel, tester des scénario alternatifs et toute circonstance imaginable, ainsi que visualiser instantanément les conséquences sur toute plateforme, y compris les appareils mobiles, les ordinateurs et les appareils de réalité augmentée, de réalité mixte ou de réalité virtuelle (RA, RM, RV).

Chaque déploiement de jumeaux numériques est unique. Le déploiement se déroule souvent par étapes, chaque phase gagnant en complexité et en impact. Un jumeau numérique peut varier d'un simple configurateur de produit en 3D à une représentation détaillée d'un réseau ou d'un système aussi grand qu'une ville. Chaque composant est dynamiquement connecté à l'ingénierie, à la construction, aux données opérationnelles et à la conception virtuelle.

À chaque étape du cycle de vie du projet, les jumeaux numériques fournissent les clés permettant aux équipes transdisciplinaires de concevoir, penser, bâtir, vendre, faire fonctionner et entretenir des constructions complexes.

L'idée d'utiliser des jumeaux numériques afin d'étudier les réactions d'objets physiques fut introduite pour la première fois par la NASA dans les années 1960. La NASA fit construire des répliques au sol de ses fusées, de sorte qu'elles correspondent parfaitement aux systèmes déployés dans l'espace lors des missions d'exploration. L'intérêt de ce procédé fut magistralement illustré durant la célèbre mission Apollo 13. Grâce au jumeau ainsi créé, Houston put rapidement s'adapter et modifier les simulations afin de coller aux avaries subies par la navette. Cela lui permit de mettre en œuvre des solutions d'urgence et d'ainsi ramener les astronautes sains et saufs sur Terre.

Au début des années 1970, les ordinateurs centraux commencèrent à être utilisés comme des similis jumeaux numériques afin de surveiller de vastes complexes, tels que des centrales électriques. Dans les années 1980, des systèmes 2D de conception assistée par ordinateur comme AutoCAD firent leur apparition. Ils permettaient de produire des épures, autrement dit de quoi concevoir une infinité d'objets à l'aide d'un ordinateur. Ils furent rapidement adoptés par des millions de concepteurs et d'ingénieurs.

Au cours des années 2000, les outils 3D de conception assistée par ordinateur intégrant la modélisation paramétrique et la simulation ont rendu possible la conception intelligente d'assemblages complexes, semblables à une base de données d'objets interconnectés. Une dizaine d'années plus tard, les leaders du marché des outils 3D de conception assistée par ordinateur lancèrent des solutions infonuagiques. Dans un premier temps, à des fins de collaboration et de gestion de projets, puis petit à petit, à destination du design génératif, bien que les outils de conception assistée par ordinateur aient demeuré principalement sur postes fixes.

Aujourd'hui, nous entrons dans l'âge des jumeaux numériques motorisés par la 3D en temps réel. Cette technologie permet de s'affranchir des tableaux de bord et autres modèles 3D pour accéder aux données depuis des sources multiples sur tout appareil ou plateforme, pour une collaboration, une visualisation et un processus de décision inégalé.

Grâce aux jumeaux numériques, les clients constatent immédiatement une amélioration de l'accès aux données. Quand les jumeaux numériques arrivent à maturité, ils offrent de nouveaux avantages, tels que la diminution des coûts de maintenance, des décisions plus éclairées pour les changements de processus, ce qui entraîne d'importantes économies potentielles, et une amélioration de l'efficacité de la maintenance et de l'exploitation. 80 à 90 % des coûts d'un local en termes de réalisation, d'utilisation et d'entretien, sont déterminés à l'étape de conception. Améliorer la conception en amont permet donc de réaliser des économies substantielles sur la durée de vie d'un projet.

L'utilisation des jumeaux numériques dans le domaine de la conception a amélioré la collaboration et la communication interéquipes. Les clients œuvrant dans la préconstruction bénéficient d'une agrégation de données et d'une coordination des échanges naturelles.

Formation de sécurité, assurance qualité, contrôle qualité... L'utilisation des jumeaux numériques a considérablement réduit les risques d'accidents et d'erreurs dans le domaine du bâtiment. Lorsque les jumeaux numériques sont mis à contribution dans le cadre de l'entretien et du fonctionnement, ils permettent notamment d'optimiser les opérations, ainsi que de réduire les temps morts, l'entretien requis et les coûts en personnel.

La capacité d'interagir avec les données en temps réel change la façon dont le personnel prend des décisions de conception, de fonctionnement et d'entretien. La faculté de visualiser et simuler des opérations complexes en 3D en temps réel permet d'améliorer la façon dont le personnel interagit avec les ressources : chaque espace ou ressource physique au monde est conçu, construit puis mis en œuvre.

Les jumeaux numériques sont des visualisations élaborées à partir de modèles conceptuels (bâti immobilier modélisé, conception assistée par ordinateur ou système d'information géographique) ou de numérisations d'entités physiques (produits manufacturés ou locaux). L'Internet des objets (IoT) est un réseau d'objets physiques équipés d'identifiants uniques (UID) et intégrant des technologies spécifiques. Ces objets peuvent ainsi communiquer et interagir avec d'autres objets via Internet, tout en collectant des données en temps réel. Lorsque les jumeaux numériques intègrent les données IdO, ils sont capables de prédire les performances d'une ressource à un moment donné. Les utilisateurs peuvent ainsi mieux évaluer les issues possibles et de résoudre d'éventuels problèmes.

En accédant aux capteurs et aux données IdO, les jumeaux numériques obtiennent une vue complète du modèle virtuel et fournissent ainsi des informations opérationnelles plus détaillées. Par exemple, le jumeau numérique d'un moteur, renfermant des informations sur ses performances, permet aux ingénieurs de simuler de nouvelles conceptions ou d'évaluer l'impact de changements futurs.

Bien que les jumeaux numériques se déclinent en de nombreux types, ils partagent tous plusieurs caractéristiques communes. Ils créent des représentations numériques d'objets et de systèmes physiques, possèdent des identifiants uniques (UID) pour une identification aisée sur Internet, et facilitent une communication bidirectionnelle avec les appareils IdO physiques pour échanger des informations et coordonner des actions.

C'est une chose que de glaner d'importantes quantités de données, c'en est une autre de les exploiter intelligemment. Les meilleures décisions sont prises lorsqu'elles s'appuient sur des données. Toutefois, vos données ne seront utiles que si vous parvenez à les animer afin de créer des scénarios prédictifs et des simulations.

Les entreprises en mutation vers le modèle numérique courent le risque d'être submergées de données brutes avant d'avoir trouvé un moyen de les analyser et de les exploiter. Aujourd'hui, la captation de données brutes est plus aisée que l'exploitation même de ces données. Il convient de trier les informations utiles, de combiner les données et de les transformer en informations digestes pour l'utilisateur dans le contexte de l'application.

Le principal défi s'avère donc être de maîtriser le pouvoir de l'information. Les données des entreprises et de l'IdO sont enfouies dans des bases de données, des feuilles de calcul et des modèles (bâti immobilier modélisé, conception assistée par ordinateur et système d'information géographique). Les jumeaux numériques en 3D en temps réel permettent de donner vie à ces données.

Un nombre croissant de produits, équipements, usines, bâtiment et villes s'affranchissent des barrières du monde physique et possèdent désormais un alter ego virtuel. Les gens eux-mêmes ont des jumeaux numériques. Nous allons vivre la prochaine mutation d'Internet : le tout connecté (systèmes, appareils et personnes) dans le métavers via la 3D en temps réel.

Le métavers ouvre la voie à une toute nouvelle économie, riche en opportunités telles que le marketing 3D ; et propose des expériences immersives dans des espaces transnumériques et hybrides. Il permet, entre autres, de gérer la mise à jour d'un local ou de personnaliser l'achat d'un véhicule.