De l’industrie aux objets du quotidien : l’essor des jumeaux numériques

Apparu au début des années 2000, le jumeau numérique est une réplique numérique d’un objet physique. Les jumeaux numériques sont aujourd’hui massivement utilisés lors du design d’un nouveau produit. Plutôt que de créer des prototypes physiques, les équipes de R&D utilisent le numérique pour modéliser et tester leurs futurs produits, réduisant ainsi largement les difficultés et les coûts de conception. Lors de cette phase de prototypage, il n’est toutefois pas encore question de jumeau numérique complet, dans le sens où la contrepartie physique de l’objet numérique n’existe pas encore. Lorsque l’objet sera mis en production, il ne sera pas non plus possible de parler de jumeaux numériques parfaits, car si les deux objets sont identiques lors de leur mise en fonctionnement, ils ne le seront plus par la suite, l’objet physique se détériorant à mesure qu’il est utilisé. C’est ici qu’entrent en jeu les capteurs et l’Internet des objets. En bardant l’objet physique de capteurs connectés, il sera possible de faire remonter les données d’utilisation au jumeau numérique, qui sera ainsi la copie exacte à l’instant T de son jumeau physique. De même, chaque opération de maintenance, comme le changement d’une pièce, sera répercutée sur le jumeau numérique, afin qu’il reste une copie fidèle de son alter ego physique.

Mieux utiliser et gérer ses équipements

La mise en place d’un jumeau numérique permet d’effectuer des simulations complexes visant à optimiser l’usage d’un objet physique. Dans le cadre d’un bâtiment intelligent, il sera ainsi possible de réguler le trafic des ascenseurs suivant les arrivées des employés dans le parking, ou de programmer au petit matin les températures de chaque bureau, suivant l’occupation attendue de l’immeuble. Le jumeau numérique permet ainsi d’étendre le processus de modélisation tout au long du cycle de vie d’un objet, et non plus uniquement lors de sa phase de conception. L’autre usage type est la maintenance prédictive. Le jumeau numérique est ici employé pour mesurer le niveau d’utilisation d’un équipement, mais aussi des paramètres plus subtils, comme une température interne qui pourrait être le signe avant-coureur d’un dysfonctionnement. Il peut alors programmer les opérations de maintenance… avant la panne. Les avantages de cette approche sont multiples : une réduction des périodes d’indisponibilité non programmées ; une maintenance réalisée uniquement lorsque nécessaire ; un cycle de vie optimisé pour les équipements.

Un jumeau pour votre voiture ?

Le jumeau numérique tend à sortir du monde industriel pour conquérir d’autres secteurs, comme celui de l’automobile, où il aidera à adapter la maintenance en fonction de l’usage réel d’un véhicule. Moteur, freins, pneus et amortisseurs ne s’useront, en effet, pas de la même façon selon que l’utilisateur parcourt 5 000 ou 50 000 km par an, plutôt en ville ou plutôt sur autoroute, avec une conduite modérée ou sportive. En utilisant les données venant de véhicules similaires, les constructeurs pourront, par ailleurs, créer des modèles d’apprentissage machine, capables de prédire certains types de pannes que des capteurs isolés n’auraient pu déceler, comme un défaut de conception sur une pièce. Ils pourront également utiliser ces données pour optimiser la sécurité de leurs véhicules, par exemple en reprogrammant à distance le niveau du signal sonore d’un modèle de voiture électrique ayant causé un nombre anormal d’accidents avec des piétons.

David FEUGEY