Jumeau numérique : définition, fonctionnement et limites

Définition : un modèle virtuel relié au réel

Un jumeau numérique est une représentation virtuelle d’un objet physique, d’un système ou d’un processus, mise à jour par l’échange d’informations entre le réel et le virtuel. Selon la revue Heliyon, il reproduit le cycle de vie de son équivalent physique pour le surveiller, le gérer et en améliorer le fonctionnement.

Ce qui se trouve dans un jumeau numérique

Un système de base comprend un objet physique et un modèle virtuel, reliés par un flux de données dans les deux sens. Les informations envoyées du physique vers le virtuel arrivent sous forme brute. Elles doivent être traitées avant de devenir exploitables.

Le jumeau anticipe les états futurs, comme les défauts, les dommages et les pannes. Il rend aussi possible la création et le test de nouvelles configurations pour la maintenance préventive.

D’où vient la notion

La notion remonte à la NASA dans les années 1960. Pour ses missions d’exploration, l’agence recréait sur Terre ses engins envoyés dans l’espace, afin de reproduire leurs systèmes. Le principe a ensuite été repris par l’industrie.

Le fonctionnement technique d’un modèle relié au réel

Le fonctionnement repose sur la collecte de données, puis sur leur mise en forme. La revue Heliyon le rattache à plusieurs technologies : les systèmes cyber-physiques côté ingénierie, l’Internet des objets côté réseaux et informatique, et la modélisation côté calcul.

1. Relever les données du système physique par des capteurs.
2. Transmettre ces données au modèle virtuel.
3. Traiter les données brutes pour les rendre exploitables.
4. Mettre à jour le modèle et simuler des scénarios.
5. Renvoyer les décisions vers le système physique.

Les usages industriels

Dans l’industrie, la revue Heliyon range les usages parmi la simulation de produits et de procédés, le contrôle qualité, le suivi des processus en temps réel et la maintenance prédictive. Les données viennent de capteurs, de machines et de lignes de production.

Des usages sur les infrastructures routières et les territoires

Le Cerema applique le principe aux routes. Son outil CereMap3D numérise les infrastructures en 3D, avec un LiDAR et des caméras, et réalise les relevés dans le flot normal de la circulation. Il sert à inventorier chaussées, signalisation et glissières, puis à programmer l’entretien de voirie. Les domaines cités sont le patrimoine routier, la prévention des risques, la sécurité routière et les ouvrages d’art.

À l’échelle des territoires, la Direction générale des Entreprises décrit le projet JUNN, porté par l’IGN, le Cerema et Inria. Il vise à modéliser et tester des scénarios d’aménagement, de mobilité ou d’adaptation au changement climatique. L’État y consacre 25 millions d’euros via le plan France 2030.

Les limites à connaître avant un projet

La revue Heliyon en relève trois. Le volume et la vitesse des données sont difficiles à gérer. L’intégration des systèmes anciens peut être complexe, car il faut relier des équipements hétérogènes qui n’ont pas été conçus pour parler entre eux. La qualité des données pèse aussi lourd : une donnée inexacte peut produire des simulations et des décisions erronées.

Le CNRS souligne qu’un modèle plus simple et mieux adapté est souvent préférable. Il faut rester prudent au changement d’échelle ou lorsqu’on agrège plusieurs modèles. Prédire n’est pas expliquer : il faut d’abord bien poser la question à laquelle le modèle doit répondre.

Par où commencer dans une entreprise

Avant de chiffrer un projet, examinez votre infrastructure informatique, car c’est elle qui conditionne l’intégration des données. Pour un calcul de coût, le calcul du coût de revient aide à situer le projet, sans présumer de son effet sur le coût unitaire. Une démarche menée par petits périmètres, comme une transformation agile, limite les risques.