Jumeau numérique : le rôle clé de l'IA

Un jumeau numérique est une réplique virtuelle d’un objet physique et de son environnement qui permet une surveillance, une analyse et une simulation en temps réel. Cette technologie permet aux organisations de créer un homologue numérique qui reflète le comportement, les performances et les caractéristiques de son homologue physique et de son environnement. Les jumeaux numériques sont principalement utilisés dans des secteurs tels que la construction, les infrastructures et l’urbanisme pour optimiser les opérations, améliorer l’efficacité et faciliter la maintenance prédictive. Grâce aux jumeaux numériques, les entreprises peuvent obtenir des informations précieuses, prendre des décisions éclairées et améliorer la productivité globale.

La principale différence entre un jumeau numérique et une simulation réside dans leurs représentations. Un jumeau numérique fournit une représentation précise et en temps réel d’un objet physique spécifique et de son environnement, tandis qu’une simulation offre une description générique basée sur un modèle d’un certain type d’objet ou de système. Un jumeau numérique peut donc être beaucoup plus détaillé et précis qu’une simulation car il est basé sur des données spécifiques de l’objet physique ou du système qu’il représente. De plus, un jumeau numérique peut collecter des données en temps réel à partir de l’objet physique et de son environnement et les traiter pour améliorer ses performances.

La technologie des jumeaux numériques fait référence à la création de répliques virtuelles d’objets physiques et de leur environnement, permettant une surveillance, une analyse et une simulation en temps réel. En exploitant des technologies de pointe telles que les capteurs IoT, le cloud computing, l’intelligence artificielle (IA) et l’analyse de données, les jumeaux numériques fournissent une représentation numérique complète de leurs homologues physiques. Ils permettent aux organisations d’avoir un aperçu des performances, du comportement et du cycle de vie des actifs, ce qui conduit à une meilleure prise de décision, une efficacité accrue et une productivité améliorée.

Les jumeaux numériques utilisent de nombreuses technologies différentes pour créer des répliques virtuelles d’actifs physiques et de leur environnement. Ces technologies de pointe comprennent :

• Internet of Things (IoT) : les capteurs IoT collectent des données en temps réel à partir d’actifs et d’environnements physiques, fournissant des informations sur leurs performances, leur état et leur comportement. Ces flux de données sont essentiels pour maintenir une représentation précise au sein du jumeau numérique.
• Cloud computing : les plateformes cloud offrent des capacités de stockage et de traitement évolutives essentielles pour gérer la quantité de données générée par les jumeaux numériques. Les solutions cloud permettent d’accéder aux jumeaux numériques de n’importe où, facilitant la collaboration et l’analyse entre les équipes et les organisations.
• Intelligence artificielle (IA) et apprentissage automatique (ML) : les algorithmes d’IA et de ML analysent les données collectées par les jumeaux numériques pour identifier les modèles, les tendances et les anomalies. Ces informations permettent l’analyse prédictive, la détection d’anomalies et l’optimisation des opérations au sein de l’environnement du jumeau numérique.
• Réalité augmentée (AR) et réalité virtuelle (VR) : les technologies AR et VR améliorent la visualisation et l’interaction avec les jumeaux numériques. Elles permettent aux utilisateurs de superposer des informations numériques sur le monde physique ou de s’immerger dans des représentations virtuelles à des fins de formation, de simulation et de maintenance.
• Analyse et visualisation des données : les techniques d’analyse de données avancées, notamment l’exploration de données, l’analyse statistique et la modélisation prédictive, permettent d’extraire des informations exploitables des données des jumeaux numériques. Les outils de visualisation présentent ces informations dans des formats intuitifs, permettant aux utilisateurs de prendre des décisions éclairées et d’optimiser leurs actions.

En exploitant ces technologies de pointe, les jumeaux numériques offrent un cadre puissant pour la surveillance, l’analyse et l’optimisation des actifs physiques.

La technologie des jumeaux numériques est adoptée dans plusieurs secteurs : les villes intelligentes (l’initiative « Ville intelligente » de Singapour utilise des jumeaux numériques pour surveiller la circulation et gérer la consommation d’énergie) ; la construction de bâtiments, pour concevoir et simuler des projets avant travaux ; la gestion des actifs, avec par exemple le jumeau numérique du pont Moerdijk aux Pays-Bas, où des capteurs surveillent en continu des points de données pour anticiper les problèmes ; les infrastructures souterraines, avec le travail de Geodan pour le conseil de gestion des eaux HHNK, permettant de prédire les zones vulnérables ; et la lutte contre le changement climatique, domaine dans lequel une solution de jumeau numérique de Sogelink a remporté le prix du public au BIM World 2024.

Différents types de logiciels sont utilisés selon les secteurs et applications : des solutions comme Autodesk sont couramment utilisées pour la création de jumeaux numériques de bâtiments, tandis que des plateformes IoT comme Microsoft Azure IoT Hub s’intègrent à la technologie pour le traitement des données en temps réel. Les utilisateurs de Covadis et de Mensura peuvent également tirer parti des jumeaux numériques.

En fournissant des informations en temps réel et des analyses prédictives, la technologie des jumeaux numériques permet aux parties prenantes de simuler différents scénarios de conception et d’évaluer leur impact sur les performances du bâtiment. L’intégration des données de capteurs et d’appareils IoT permet de surveiller la consommation d’énergie et les modèles d’occupation, et la modélisation prédictive aide à anticiper les besoins de maintenance. Les jumeaux numériques facilitent également la collaboration entre architectes, ingénieurs et entrepreneurs, réduisant les erreurs et améliorant la durabilité et le confort des occupants.

La technologie 3D apporte une visualisation permettant de comprendre les relations spatiales complexes, un contexte spatial essentiel pour l’urbanisme et la gestion d’actifs, une simulation réaliste des conditions physiques (géométrie, texture, éclairage, matériaux), ainsi qu’une meilleure communication et collaboration entre parties prenantes grâce à des visualisations partagées.

Les jumeaux numériques améliorent la gestion des infrastructures via la surveillance et l’analyse en temps réel des données de capteurs intégrés aux ponts, routes, bâtiments et réseaux ; la maintenance prédictive, rendue possible par l’analyse de données historiques et les algorithmes d’apprentissage automatique ; et l’optimisation des performances des actifs grâce à des simulations et analyses de scénarios, permettant de tester des hypothèses sans perturber les opérations réelles. Un exemple concret est le jumeau numérique du pont Moerdijk aux Pays-Bas, développé par Geodan.

Un jumeau numérique reçoit des mises à jour continues grâce aux données de capteurs, que des algorithmes d’IA analysent ensuite pour simuler le comportement et les performances de son homologue physique. Les applications de l’IA au sein des jumeaux numériques incluent les simulations et analyses de scénarios, qui permettent de tester de nouvelles configurations, et les systèmes d’auto-apprentissage, où l’IA affine ses algorithmes au fil du temps à partir des données historiques et du feedback.

Le BIM fournit des modèles numériques détaillés pendant la conception et la construction, tandis que le jumeau numérique connecte les données en temps réel des structures physiques. Ensemble, ils permettent la maintenance prédictive, l’optimisation énergétique et une analyse précise des performances, avec un effet positif sur la collaboration, la prise de décision et la gestion du cycle de vie des bâtiments.

Les dispositifs IoT intégrés aux infrastructures collectent des données en temps réel sur les performances, les conditions environnementales et les interactions des utilisateurs. Ces données sont transmises au jumeau numérique, enrichissant son modèle avec des informations à jour, ce qui permet aux parties prenantes d’obtenir un meilleur aperçu du comportement des actifs et de visualiser les relations complexes entre les différents composants.

En créant des répliques virtuelles des actifs et systèmes de la ville, les jumeaux numériques permettent une surveillance en temps réel, une analyse prédictive et une prise de décision fondée sur les données, facilitant la gestion des ressources, l’optimisation énergétique et l’amélioration des services publics. Mensura, logiciel dédié à l’urbanisme et aux villes intelligentes, peut être intégré au sein d’un jumeau numérique.

Les jumeaux numériques offrent des informations en temps réel, une meilleure collaboration et des flux de travail optimisés grâce à des répliques virtuelles détaillées des structures physiques. Ils facilitent une planification précise, minimisant retards et dépassements de coûts, et rationalisent la communication entre architectes, ingénieurs et entrepreneurs. En intégrant les données BIM et les informations de capteurs en temps réel, ils permettent une prise de décision proactive et une surveillance continue après la construction.