Le contexte : la construction 4.0

La notion de jumeaux numériques est plus connue dans l’industrie manufacturière, et connait un succès grandissant dans le contexte de la quatrième révolution industrielle (industrie 4.0), caractérisée par une utilisation accrue de technologies permettant une connectivité ubiquitaire pour une prise de décision décentralisée et en temps réel. Ainsi, la construction 4.0 utilise une telle connectivité pour établir une connexion décentralisée entre le cyberespace et le monde physique. Cette possibilité, associée au succès d’autres approches technologiques telles que le BIM, crée les conditions favorables pour une utilisation de jumeaux numériques dans la construction.

Qu’est-ce que c’est ?

Un jumeau numérique peut se définir comme étant une réplique numérique d'un objet, d'un processus ou d'un système, avec qui elle maintient un lien vivant en vue de fournir les éléments et la dynamique de son fonctionnement tout au long de son cycle de vie. Le lien se base sur une connexion permettant de générer des données en temps réel à l'aide de capteurs. Ces données sont transmises de manière transparente, permettant à l'entité virtuelle (le jumeau numérique) d'exister simultanément avec l'entité réelle (le jumeau physique). Plusieurs technologies sont associées au jumelage numérique, incluant l’internet des objets (IoT), l’apprentissage machine et l’intelligence artificielle (AI), l’analyse de données et la simulation par ordinateur, les systèmes cyber physiques (CPS), etc.

3 natures pour 5 niveaux de complexité

De manière générale, on distingue 3 natures de jumeaux numériques :

• Le prototype : un jumeau numérique contenant toutes les informations et tous les détails pour produire une version physique d’un produit;
• L’instance: un jumeau numérique qui décrit un produit physique spécifique auquel il reste lié tout au long de son cycle de vie;
• L’agrégat: Un jumeau numérique consistant en une agrégation de toutes les instances de jumeaux numériques d’un produit.

5 niveaux de complexité ont été identifiés dans le modèle de maturité proposé par l’IDC :

• Le niveau de la visualisation numérique, permettant de visualiser et d’évaluer de nouvelles idées;
• Le niveau du développement numérique, permettant le service et la maintenance à l’échelle d’un groupe de travail à l'interne;
• Le niveau de l’entreprise jumelle numérique, permettant une collaboration et une visibilité à l'échelle de l'entreprise;
• Le niveau de l’écosystème double numérique, utilisé pour la gestion collaborative des produits et des actifs en temps réel;
• Le niveau de l’orchestration double numérique, utilisé comme outil d’aide à la décision en temps réel à travers un réseau de jumeaux numériques.

Vers un agenda international

Après l’obligation d’utiliser le BIM niveau 2 dans tous les projets de construction publics, la Commission Nationale des Infrastructures britannique a recommandé en 2017 le développement d’un « Digital Twin National ». L’objectif visé est de gérer tout le système d’infrastructure du Royaume-Uni. L’approche adoptée consiste à créer un jumeau numérique sécurisé et fédéré, basé sur un écosystème de plusieurs jumeaux numériques développés et gérés par différents donneurs d’ouvrages (agences gouvernementales, municipalités, etc.). Ces jumeaux numériques seront connectés par des données échangées de manière sécurisante et présentés à différents niveaux de granularité. 9 principes directeurs ont été définis (connus sous le nom de Principes des Gémeaux ou Gemini principles) par le Centre for Digital Built Britain. Ces principes se déclinent en termes d’objectif (bien public, création de valeur, vision), de confiance (sécurité, ouverture, qualité) et de fonction (fédération, conservation, évolution). Le bâtiment de l’Institute for Manufacturing (IfM) est utilisé comme projet pilote.

La Commission Européenne a récemment lancé un appel à projets d’envergure intitulé Digital Building Twins, à travers son programme cadre Horizon 2020, sur l’utilisation de jumeaux numériques en phase construction.

Par ailleurs, un consortium important a vu le jour au mois de mai 2020, appelé Digital Twin Consortium, composé d’une soixantaine d’entreprises incluant notamment Ansys, Dell, Microsoft, Lendlease, l’Université de Melbourne, l’US Air Force Research Lab. Le but du consortium est d’accélérer la diffusion et le développement des jumeaux numériques en général, à travers une meilleure standardisation.

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