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Le jumeau numérique se rend utile dans le naval, l’éolien, les gares, la médecine


“Une des forces du jumeau numérique est d’introduire une nouvelle façon de travailler. Il facilite le partage d’informations et la mutualisation des compétences et des expériences.”


Répliques virtuelles, évolutives et interactives de systèmes réels, les jumeaux numériques se développent dans de nombreux secteurs d’activité. Ils permettent de réduire les coûts de conception, et d’optimiser le fonctionnement et la maintenance de leur pendant physique.

Un jumeau numérique est une réplique virtuelle d’un objet, système ou processus spécifique. Il reproduit ses constituants et son fonctionnement à l’aide d’un ensemble de modèles numériques, et permet ensuite de simuler son comportement et son évolution en interaction avec son environnement et tout au long de son cycle de vie.

Pièces et appareils ; machines industrielles et lignes de production ; bâtiments, infrastructures urbaines et systèmes énergétiques ; organes humains et organisations sociales… Rien n’échappe aujourd’hui à cette mise en miroir.

Cette technologie – mise en œuvre aux côtés d’autres innovations comme l’Internet des objets, la réalité étendue, l’analyse des données et l’apprentissage automatique – fait aujourd’hui l’objet d’un réel engouement dans de nombreux secteurs.

Industrie navale : réduire le temps de conception d’un sous-marin

Les jumeaux numériques sont utilisés dans l’industrie navale à différentes étapes de la vie des navires. Lors de la conception, ils permettent d’accélérer les différentes phases de développement et de prendre de meilleures décisions tout en diminuant les coûts (moins de tests physiques) et en améliorant la collaboration au sein de l’entreprise et entre industriels. Une des forces du jumeau numérique est qu’il introduit une nouvelle façon de travailler. Il facilite le partage d’informations et la mutualisation des compétences et des expériences.

Concevoir plus vite mais mieux, c’est ce qu’illustre le projet Twin Ship mené par Naval Group. L’entreprise spécialisée dans la construction navale de défense a développé le jumeau numérique de la chaîne de propulsion d’un sous-marin nucléaire d’attaque de la Marine nationale française, en modélisant l’ensemble de ses composants. “Le jumeau numérique permet d’optimiser des choix de conception, de passer en revue un grand nombre d’hypothèses d’architecture. Ce qui serait très difficile de faire à la main si on n’avait pas cet outil qui prédit les performances associées à chaque configuration testée”, explique à “L’Usine Nouvelle” le superviseur du programme. Grâce à cette technologie, la durée des essais sur banc a été réduite de dix-huit à trois mois.

Énergie : faciliter l’exploitation des parcs éoliens

Pour un gestionnaire de parc éolien, le grand défi est de réduire les coûts d’exploitation et de maintenance tout en garantissant que les éoliennes fonctionnent bien en toutes circonstances. C’est essentiel au maintien de la production d’électricité. Pour ce faire, il doit contrôler en permanence l’état structurel des turbines. Les inspections sont cependant coûteuses, complexes et parfois dangereuses, surtout lorsque les fermes sont situées dans des endroits périlleux comme une région reculée soumise à un climat extrême ou au milieu de l’océan…

Avec un jumeau numérique, les techniciens n’ont plus à braver les éléments pour surveiller une éolienne. Sa réplique virtuelle leur permet de suivre en temps réel ses performances ; de planifier les activités de maintenance en fonction de la situation réelle et de prédictions réalisées à l’aide d’algorithmes d’apprentissage automatique ; d’évaluer les risques de panne pour les prévenir et, le cas échéant, d’intervenir plus efficacement.

En Bretagne, Cervval, France énergies marines et l’école IMT Atlantique ont lancé le projet SubSEE 4D, pour faciliter l’exploitation des parcs d’éoliennes flottantes avec une solution de jumeau numérique couplée à des méthodes de deep learning. Cette solution s’appuie sur une modélisation en 3D des parcs, actualisée par les remontées d’images sous-marines, les simulations du comportement et de l’évolution de leurs composants sous-marins en fonction, par exemple, de l’état de la mer.

Transports : optimiser la gestion du réseau ferroviaire

En juin 2020, SNCF Gares & Connexions signait un partenariat de douze ans avec Dalkia et l’éditeur de logiciel lillois Stereograph pour mener un projet ambitieux : réaliser le jumeau numérique des 122 principales gares françaises du groupe ferroviaire dans un premier temps, puis de toutes ses gares (3 000) sur le territoire national. L’idée est de rassembler l’ensemble des données relatives à l’état et aux évolutions des gares sur une seule et même plateforme ; de créer un outil BIM GEM (lire l’encadré) qui “permettra d’avoir une vue d’ensemble sur le patrimoine ferroviaire en temps réel et à long terme”.

Dans le cadre de ce projet, les modèles 3D des gares seront couplés aux données historiques et aux données d’exploitation (issues des capteurs ou des différents corps de métier de la SNCF). L’analyse croisée de ces éléments doit permettre de fournir une aide à la décision (pour la modernisation des gares, par exemple), de faciliter la gestion des contrats d’occupation, d’optimiser les consommations d’énergie ou de développer une stratégie de maintenance prédictive.

Médecine : mieux traiter les maladies du cœur 

Le jumeau numérique s’attaque aussi à une “machine organique” : le corps humain. Par exemple, il reproduit fidèlement la structure et le fonctionnement du cœur, permettant de simuler un traitement thérapeutique ou une intervention chirurgicale pour en évaluer l’efficacité et prédire d’éventuels effets secondaires ou complications. Les objectifs poursuivis sont d’aider le chirurgien à préparer une intervention, d’être capable de prédire l’évolution d’une maladie ou d’améliorer la personnalisation des soins. Mais l’un des enjeux actuels est de pouvoir accélérer (et rendre moins coûteux) les essais cliniques et les procédures d’autorisation de médicaments.

Coordonné par l’Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique (Inria) et financé par la Commission européenne, le projet SimCardioTest “vise à accélérer l’adoption de la simulation numérique pour concevoir les médicaments et les dispositifs médicaux cardiaques”. À cet effet, le consortium réunissant dix partenaires de six pays doit démontrer la faisabilité et les avantages des essais cliniques “in silico” (c’est-à-dire effectués au moyen de calculs complexes informatisés ou de modèles informatiques).

Dans la même optique, Living Heart, élaboré par Dassault Systèmes, a pour objectif de “développer et valider des modèles numériques de cœur humain personnalisés hautement précis” qui devront servir de base pour la médecine cardiovasculaire “in silico”. L’éditeur de logiciel français a inscrit le développement d’un jumeau numérique du corps humain, conçu avec sa plateforme 3DEXPERIENCE, dans ses orientations stratégiques. Il travaille aujourd’hui avec la Food and Drug Administration (FDA, États-Unis) pour examiner la possibilité d’utiliser son modèle de cœur en 3D et pouvoir prouver la sécurité et l’efficacité de nouveaux dispositifs médicaux.

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Qu’est-ce que le BIM GEM ?

Le BIM (Building Information Modeling) est une démarche qui consiste à répertorier et modéliser toutes les informations techniques relatives à un bâtiment en vue de sa construction. Le sigle décrit à la fois un processus (de production, de gestion, d’échange, etc. de données) et le modèle numérique qui en résulte, accessible à toutes les parties prenantes du projet. Le BIM GEM (gestion de patrimoine, exploitation, maintenance) désigne quant à lui l’utilisation et la mise à jour des données du modèle, une fois le bâtiment érigé, en vue de son exploitation et de sa maintenance.