Jumeaux numériques – De la navette de la NASA à la numérisation des bâtiments et des infrastructures

Par Saeed Moradi, Spécialiste R&D - Innovation

Dans les années 1960, la NASA décida de créer une réplique de son vaisseau spatial afin de simuler les systèmes de la mission Apollo 13. Cela lui a permis d'adapter les simulations des performances du vaisseau spatial au nouvel environnement de l'espace et de résoudre différents problèmes au cours de la mission.

Avec l'émergence de modèles 2D dans les années 1980 et de modèles 3D dans les années 2000, la numérisation des informations des bâtiments a commencé à prendre de l'ampleur et a permis la création d’environnements partagés basés sur le cloud. Le concept de jumeau numérique a ainsi pu être introduit pour aider l'industrie à minimiser les erreurs et à augmenter la productivité. De plus, l'émergence de l'internet des objets (IoT ou Internet of Things en anglais) et de la réalité augmentée/virtuelle a également stimulé l'adoption du concept de jumeau numérique dans le secteur de la construction. Actuellement, son marché représente 6,9 milliards d'USD et devrait atteindre 73,5 milliards d'USD d'ici 2027.

Qu'est-ce qu'un jumeau numérique ?

Un jumeau numérique est une représentation virtuelle dynamique d'une entité ou d'un système physique. Ce jumeau numérique est synchronisé à une fréquence et une fiabilité spécifiés. Dans notre secteur, un jumeau numérique agit comme un modèle virtuel qui simule les performances d'un bâtiment ou d’une infrastructure en temps réel. Il peut être utilisé pour suivre et analyser divers paramètres tels que le taux d'occupation, la consommation d'énergie, les coûts de maintenance, etc. Un jumeau numérique aide ainsi les architectes et les ingénieurs à prendre de meilleures décisions et à fournir des solutions de conception de meilleure qualité.

Quels sont les avantages ?

• Améliorer la planification et l'ordonnancement des projets : en utilisant un jumeau numérique, les concepteurs peuvent identifier les problèmes potentiels dans la phase de conception avant que le travail physique ne commence, ce qui permet une meilleure allocation des ressources et une planification efficace de l'exécution.
• La simulation peut être utilisée pour vérifier l'intégrité d'un bâtiment avant qu'il ne soit réellement construit, ce qui permet aux concepteurs d'identifier les problèmes potentiels de la structure globale, de les corriger avant le début de la construction et de réaliser des économies. De même, pendant la phase de construction, les données provenant de diverses sources, comme les capteurs de béton, informent l'équipe de la situation actuelle du projet.
• Améliorer la sécurité sur le chantier : les données en temps réel peuvent être utilisées pour informer le personnel sur le chantier de toute situation potentiellement dangereuse, comme des problèmes structurels ou des fuites de gaz. Cela peut réduire les risques d'accidents sur le chantier ainsi que les coûts liés aux blessures ou aux décès potentiels.

Comment créer des jumeaux numériques ?

Identifiez la portée du projet  

Un modélisateur peut créer une représentation numérique du bâtiment ou de l'infrastructure existante à l'aide de modèles BIM 3D et de toute donnée de capture de la réalité comme les nuages de points et les images.

Relier le modèle 3D au contexte du monde réel

Une fois qu'un modèle initial du bâtiment a été créé, le modèle doit être lié aux données BIM 4D/5D activées et à d'autres ressources de données statiques, notamment les spécifications, les dessins et la logistique du site, afin de représenter avec précision le monde réel.

Configurer les capteurs pour collecter les données 

Une fois le modèle initial créé avec un environnement 3D, divers capteurs doivent être configurés pour surveiller les conditions au sein du bâtiment. Les données IoT collectées par les capteurs peuvent ensuite être utilisées pour générer des données dynamiques qui sont réinjectées dans le modèle 3D afin d'apporter des ajustements au modèle virtuel de l'installation en temps réel, si nécessaire.

Relier les données aux systèmes existants 

Afin d'utiliser les données collectées par les capteurs et introduites dans le modèle 3D, ces données doivent être reliées à tout système déjà en place à différents niveaux de décision. Cela permettra aux données collectées d'améliorer les décisions prises par les parties prenantes impliquées dans le projet.

Quels sont les défis à relever ?

Manque de données et de modèles fiables pour les projets actuels  

La plupart des projets actuels dans l'environnement bâti ne disposent pas de données adéquates pour créer un modèle réaliste d'une installation existante, qui peut être comparé à des informations en temps réel, pour mettre à jour ses paramètres et générer les informations nécessaires.

Intégration avec les systèmes existants

Étant donné que de nombreux bâtiments en service aujourd'hui ne sont pas équipés de la technologie nécessaire à la collecte et à l'intégration des données, il peut être difficile d'intégrer ces nouvelles technologies à l'infrastructure existante.

Déverrouiller le potentiel du Big Data

La collecte de grands volumes de données dans le processus de construction présente également des limites en raison du caractère onéreux des équipements et des logiciels requis. En outre, une grande partie des données recueillies ne sont pas structurées et doivent faire l'objet d'une analyse importante avant de pouvoir être utilisées par les équipes de projet pour prendre des décisions judicieuses. Cela limite la quantité de données qui peuvent être utilisées et rend le processus lourd et long. 

Quel est l'avenir des jumeaux numériques ?

L'avenir du jumeau numérique réside dans sa capacité à contribuer à transformer le secteur de la construction en un secteur plus efficace et axé sur les données. Les progrès technologiques ont permis le développement de capteurs intelligents, de scanners et de robots qui permettent la construction de modèles plus fiables et plus précis pouvant être utilisés à des fins de simulation et d'analyse.

Avec l'émergence des nouvelles technologies, non seulement les entités physiques peuvent être modélisées, mais les travailleurs de la construction peuvent également avoir des jumeaux numériques. Ainsi, tous les actifs et toutes les personnes intervenant dans le processus auront des représentations virtuelles et leurs interactions pourront être capturées dans des environnements virtuels tels que le métavers ou la réalité augmentée, et dans le monde réel comme sur le chantier.

(1) MarketsandMarkets, Digital Twin Market Global Forecast to 2027, 2022.