L’anatomie d’un jumeau numérique

D’ici 2020, plus de la moitié des fabricants dont le chiffre d’affaires annuel est supérieur à cinq milliards de dollars auront lancé au moins une initiative de jumeau numérique. Quelles sont les capacités offertes par ces « jumeaux » et pourquoi sont-ils de plus en plus employés ?

Un jumeau numérique est une copie numérique d’un actif physique, d’une personne ou d’un système. Il reçoit des informations en temps réel de la part de sa contrepartie physique afin de pouvoir reproduire ses performances et explorer ainsi les façons de les améliorer. Ces informations relatives aux améliorations peuvent être transmises à l’actif directement aux fins d’autogestion, ou bien aux décideurs ou aux utilisateurs. Compte tenu de cette capacité d’apprentissage et d’amélioration continue, il est clair que les jumeaux numériques peuvent jouer un rôle déterminant pour rendre nos infrastructures plus intelligentes.

Les jumeaux numériques existent en fait depuis plusieurs décennies : chaque fois que nous nous servons de la technologie numérique pour modéliser des éléments du monde réel, nous créons des jumeaux numériques. Sous forme numérique, la puissance de calcul peut être appliquée pour accroître l’intelligence. Dans les années 1950, au moment où la course à l’espace battait son plein, des jumeaux numériques étaient employés pour former les astronautes, prédire les performances des engins spatiaux et des matériaux dans l’espace, analyser le fonctionnement de l’ensemble des systèmes à l’appui des missions et tester un éventail d’autres scénarios, et ce, en faisant appel à la technologie numérique de l’époque. De nos jours, les jumeaux numériques sont de plus en plus répandus; d’ici 2020, plus de la moitié des fabricants dont le chiffre d’affaires annuel est supérieur à cinq milliards de dollars auront lancé au moins une initiative de jumeau numérique.

Voici les composantes de base d’un jumeau numérique :

  1. L’actif « répliqué »
  2. Données d’inventaire de base
  3. Informations existantes (p. ex. nuage, production participative, données spatiales, bases de données, données structurées et non structurées et systèmes d’entreprise)
  4. Capteurs d’informations en temps réel (situés sur les actifs réels pour communiquer les informations mises à jour concernant l’état et les performances)
  5. Communications/Internet des objets (IdO) (pour récupérer et partager les informations. Plus la communication est rapide, plus les informations sont transmises en temps réel, plus vite des ajustements peuvent être apportés et les performances peuvent être améliorées)
  6. Gestion des données et capacités d’analyse (nuage, mégadonnées, MDB, apprentissage automatique et intelligence artificielle)
  7. Représentation visuelle pour une meilleure compréhension de l’actif, de la situation, des prédictions et de la solution recommandée (réalité virtuelle, augmentée et mixte, et modèles 3D à 6D, où les éléments au-delà du 3D couvrent de façon incrémentielle les dimensions suivantes : ordonnancement et planification, coût et opérations)

À un niveau élevé, le jumeau numérique est créé en balayant un actif existant ou en en concevant un nouveau. L’actif est ensuite converti en image 3D et connecté aux sources d’information statiques et dynamiques pertinentes.

Capacités améliorées

Grâce aux nouvelles technologies, les jumeaux numériques d’aujourd’hui peuvent rendre nos systèmes d’infrastructures plus intelligents que jamais. Pour devenir plus intelligentes, les infrastructures doivent évoluer : il ne s’agit plus de créer de simples répliques de celles-ci, mais de leur donner des capacités d’autogestion proactive. Elles doivent également reconnaître leurs performances dans le cadre d’un écosystème entier d’actifs, d’utilisateurs et de facteurs environnementaux. L’image ci-dessous montre comment l’Internet des objets, les mégadonnées, l’intelligence artificielle, les réseaux spatiaux et d’autres technologies ont contribué à la création d’un jumeau numérique moderne et très intelligent, qui offre davantage de contexte pour approfondir les analyses situationnelles et améliorer les capacités de diagnostic situationnel, et qui a la capacité d’effecteur des prédictions plus précises et de présenter des autocorrections plus rapides à l’actif réel afin d’en améliorer les performances.

La popularité des jumeaux numériques décolle seulement aujourd’hui, car certaines macro-tendances au sein de la société contribuent à simplifier considérablement le processus et à réduire les coûts connexes. Les coûts autrefois associés à la création et à la consultation des informations nécessaires à la réalisation de jumeaux numériques élaborés et détaillés pouvaient en effet être prohibitifs. Mais avec l’avènement de la 5G et d’autres avancées technologiques, nous avons aujourd’hui la capacité de générer, de stocker et de transférer les données plus rapidement et meilleur marché que jamais. Ces technologies plus intelligentes permettent de prédire les changements qui affectent la société, le climat, la nature et l’environnement bâti et de prendre ainsi de meilleures décisions qui aideront à préparer et à protéger les Canadiens.

Les jumeaux numériques d’aujourd’hui peuvent être utilisés pour prédire et améliorer les flux de personnes et de biens, pour gérer l’alimentation et la demande en eau, pour prédire la durée de vie d’un pont, pour évaluer la vitalité des quartiers, et même pour analyser la santé des humains et de la planète, comme décrit dans l’illustration ci-dessous.

Que peuvent apporter les jumeaux numériques à notre monde

Les jumeaux numériques ne sont pas une boule de cristal magique que l’on consulte pour décrypter l’avenir, mais constituent un moyen de modéliser et de prédire une variété de scénarios futurs potentiels. Ils peuvent nous aider à nous assurer que ce que nous concevons et construisons aujourd’hui sera suffisamment résilient dans un certain nombre de scénarios différents susceptibles de se réaliser à l’avenir. Par exemple, une série de prédictions différentes sur la montée du niveau des mers offre des enseignements considérables concernant les impacts possibles sur les communautés côtières actuelles, ainsi que des données précieuses en vue de la planification et de la conception de l’utilisation des terres côtières.

Les jumeaux numériques peuvent nous aider à mieux envisager, concevoir, construire, exploiter, entretenir et gérer quasiment tous les éléments du milieu bâti. En accroissant les capacités de renseignement, ils nous offrent des possibilités de plus en plus grandes d’élargir notre contribution à un futur durable et résilient pour les environnements bâtis que nous concevons.

WSP utilise aujourd’hui de nouveaux outils logiciels pour envisager la création de jumeaux numériques de campus, de villes, d’infrastructures et d’aéroports. Cela vient renforcer nos capacités et compétences mondiales en matière de modélisation et de visualisation en 3D. Il est désormais possible de réaliser des jumeaux numériques à l’aide de ces modèles et de les relier aux données, à la CAO, aux drones et aux nuages de points lidar, ainsi qu’aux capteurs en temps réel. Tom Coleman, directeur de la planification numérique générale aux services consultatifs de WSP États-Unis, a développé un modèle de la ville de Chicago couvrant plus de 1 295 km2. Ce modèle a récemment été utilisé avec la ville de Chicago pour visualiser une nouvelle promenade le long de la rivière Chicago, ainsi qu’avec la société d’autoroutes à péage de l’Illinois pour visualiser le projet Elgin O’Hare Western Access (EOWA), qui pourrait bien changer le visage des banlieues du nord-ouest de l’Illinois, de la région du Midwest des États-Unis et au-delà.

Authors

Anna Robak, Research Manager, Innovation and Future Ready (WSP Canada)
Kelsey Davis, Geospatial

Reviewers

Thomas Coleman, Manager, Technology Integration (WSP USA)
Riad Matar, Chief BIM Officer, Rail Systems (WSP Canada)

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