Vers des jumeaux numériques?

Grâce à l’Internet des objets et à l’intelligence artificielle, il est possible aujourd’hui de répliquer numériquement des territoires afin de mieux les comprendre, mais aussi d’y simuler ou d’y anticiper certains scénarios.

En 1970, la Nasa sauvait l’équipage de la mission Apollo 13 grâce à l’utilisation d’une réplique physique de la navette sur laquelle elle avait testé les solutions à appliquer dans l’espace. Des décennies plus tard, ce concept de « système miroir » est toujours utilisé par l’agence spatiale américaine mais, grâce aux progrès en matière d’intelligence artificielle et d’Internet des objets, le digital a pris le relais. Le concept de digital twin (ou jumeau numérique) a par ailleurs conquis une multitude d’autres domaines, allant de l’industrie à la médecine en passant par l’énergie, l’aménagement du territoire ou encore l’aérospatiale.

S’il existe donc une grande variété de jumeaux numériques, trois caractéristiques sont indispensables à cette technologie: un élément physique réel (un territoire, une machine…), la réplique virtuelle de celui-ci (souvent en 3D) et une connexion en temps réel, ou presque, entre les deux. « Un jumeau numérique s’appuie sur des informations que l’on peut notamment obtenir via des bases de données, le traitement d’images aériennes ou satellitaires ou encore des capteurs connectés », explique Christophe Adriaensen, Sales & Marketing Director de GIM, une société spécialisée dans la géomatique (NDLR: le traitement informatique des données géographiques) et qui développe des jumeaux géonumériques. « La superposition de ces différentes couches d’informations ainsi que l’usage de l’intelligence artificielle permettent d‘identifier et de mieux comprendre les interactions entre les éléments, mais aussi de réaliser des simulations et des projections qui peuvent ensuite guider des décisions ou aider à faire de la prévention. »

Prévisualiser et anticiper

En recourant au digital twin, on pourra prévisualiser les effets de mesures de mobilité sur la circulation, anticiper l’usure et les besoins en maintenance d’un appareil en fonction de son utilisation et son environnement, ou encore, comme le prévoit le projet européen Digipredict, suivre en temps réel et prédire l’évolution d’une infection virale – dont la Covid-19 – sur la base de la physiologie de chaque patient.

Les potentialités des jumeaux numériques sont donc très larges et vont de la réplique d’un objet ou un bâtiment à celle d’un territoire incluant plusieurs pays. « On peut par exemple anticiper comment un nouvel immeuble interagira avec son environnement, ou encore localiser les éventuels îlots de chaleur d’une ville sur la base de la verdure, la circulation, la hauteur des bâtiments, etc. », illustre Christophe Adriaensen. Et ce via des tests ou des simulations de processus qu’il serait compliqué, trop long ou encore trop coûteux de mettre en oeuvre dans la réalité. « Les progrès en matière de puissance de calcul et algorithmes de traitement des données contribuent aujourd’hui à la précision et l’expansion des jumeaux numériques », souligne Steven Smolders, Technology Director chez GIM. « La disponibilité et la qualité des données de base restent cependant primordiales pour garantir de bonnes prédictions. Il y a encore une marge de progression d’une part en matière de résolution et précision des images satellitaires, et d’autre part dans l’exploitation des données IoT – l’Internet des objets. »

Une réplique parfaite de la Terre

L’Europe s’est lancée il y a peu dans l’élaboration d’un jumeau numérique très précis de la Terre. Baptisé Destination Earth (DestinE), ce projet permettra de répliquer et observer des activités humaines et naturelles comme le changement climatique, la sécurité alimentaire, la biogéochimie des océans, etc. L’outil servira aussi et surtout à effectuer des simulations, ainsi qu’à mesurer l’impact et l’efficacité de mesures existantes ou futures. Il pourra donc être utilisé pour guider les politiques – notamment au niveau environnemental.

Des ateliers ont été programmés en 2020 et 2021, mais la mise en oeuvre progressive de DestinE s’étendra sur sept à dix ans. Une plateforme avec deux jumeaux numériques devrait être opérationnelle en 2023, et les modélisations devraient se développer de sorte à ce qu’entre 2025 et 2030, on dispose d’une représentation numérique complète de la planète. Dans un premier temps, l’outil sera accessible aux pouvoirs publics, avant de s’étendre progressivement aux scientifiques et aux industriels. Les utilisateurs de DestinE pourront intégrer leurs propres données dans la plateforme, mais également accéder à des informations thématiques, des logiciels et outils de calculs performants avec lesquels ils pourront réaliser des simulations.