Comprendre les jumeaux numériques

Il n’y a pas de réponse universelle à la question "Qu’est-ce qu’un jumeau numérique ?". On retrouve cependant certains critères largement dans toutes les définitions de jumeaux numériques, la différence venant de la façon dont ils sont privilégiés.

Critère 1 : une représentation virtuelle d'un double réel

Celui-ci peut être un objet, un environnement ou même un processus. Les secteurs du bâtiment, de la santé et de l’industrie utilisent très fréquemment ces représentations. 

Critère 2 : une notion de temporalité

Les jumeaux numériques suivent leur double réel tout au long de leur cycle de vie. Il y donc une notion d’évolution de leur nature au cours du temps. CE cycle correspond à la naissance, la croissance et la mort de leur double, qu’il soit vivant ou non. Au-delà de l’intérêt d’un suivi bout à bout, cette approche permet d’intégrer des notions d’impacts environnementaux et de durabilité beaucoup plus poussées. Pour chaque étape, les besoins en eau, en énergie, autres matières premières sont comptabilisés. De même pour la production des déchets non recyclables et les émissions de gaz à effet de serre.

Critère 3 : une mise à jour de façon continue

Le troisième critère établit la façon dont le jumeau numérique est mis à jour vis-à-vis de son double réel mais aussi comment aussi il peut influencer en retour ce dernier. Par exemple, les modèles numériques établissent des échanges strictement conditionnés par une intervention humaine, les ombres numériques possèdent une automatisation de la collecte des données entrantes et enfin, les jumeaux numériques ont des flux de données entièrement automatisés.  

Critère 4 : l’utilisation des simulations et du machine learning

Les approches de type machine learning sont souvent associées à des modèles et simulation fondamentales. Cependant, c’est bien l’essor de ces techniques d’intelligence artificielle qui ont promu majoritairement le déploiement des jumeaux numériques. 

1. La création du modèle 3D.
2. Ensuite intervient la collecte automatisée des données mesurées propres au double réel. Il se base sur une multitude de capteurs et des technologies IoT (Internet of Things). 
3. Le jumeau numérique va ensuite réaliser une actualisation de ses propres données et produire de nouvelles données non réelles qui seront directement adressée au double réel pour une adaptation ou prise de décision. 

Avec quelques variantes et un vocabulaire différent, on retrouve un découpage comparable en santé avec des jumeaux qui sont orientés sur la description d’organes, de tissus ou de molécules, des jumeaux qui décrivent des processus de soin et des jumeaux qui couplent les deux.

Quelques exemples

• Les jumeaux numériques des bâtiments sont étendus aux espaces urbains, ainsi qu’à tous les réseaux d’activités et de transferts associés : consommation électrique, circulation routière, trame verte et bleue. 
• Le caractère neutre des jumeaux numériques permet l’intégration de données d’origine très diverses et de façon plus souple. Ces approches territoriales, bien qu’initiées principalement par le secteur du bâtiment, permettent maintenant la génération de jumeaux dits "environnementaux" qui intègrent des composantes comme le sol, l’air et l’eau dans leur structure. Le monitoring de ressources naturelles qui sont impactées de façon multiples et transverse devient possible et permet d’établir le lien avec les activités humaines. 
• Les échelles d’observation vont en augmenter du fait notamment de l’emploi des données satellitaires, par exemple, des bassins hydro géographiques incluant les données géologiques, hydrodynamiques, météorologiques, pédologiques et biologiques sont construits. 

Au-delà du monitoring et de la gestion des ressources naturelles, ces jumeaux numériques permettent aussi de prévoir par simulation les adaptations et actions territoriales de préservation à initier. Parmi les jumeaux numériques environnementaux, les plus complexes réalisés jusqu’à présent, le projet jumeau numérique développé en Antarctique est un brillant démonstrateur couplant en parallèle les écoulements de surface, liquides et solides, le volcanisme, les flux de chaleur, la circulation océanique. 

Désormais, plusieurs programmes visent à générer des jumeaux numériques de la Terre afin de pouvoir étudier des processus de grandes échelles comme des phénomènes météorologiques ou le réchauffement climatique.

Digital Twin - Antarctica

© Earthwave