Le jumeau numérique, une nouvelle technologie au service des entreprises

La numérisation à tous les niveaux, de la conception à la fabrication, inaugure une nouvelle ère pour l'industrie. L'adoption massive de technologies plus intelligentes et connectées permet d'envisager des usines plus agiles, flexibles et productives capables de maîtriser leur impact environnemental. Depuis quelques années, une technologie s'impose dans les industries et pourraient révolutionner notre manière de produire : il s'agit du jumeau numérique. Découvrez comment la modélisation numérique ajoute de la valeur au processus de production d'un entreprise.

Qu’est-ce que le jumeau numérique ?

Le jumeau numérique est la réplique virtuelle d’un objet physique, d’un processus, d’un système (et même d’une ville) souvent sous la forme d’une modélisation 3D réaliste, connectée en temps réel au système répliqué. Cette modélisation permet de valider les besoins et la faisabilité d’un projet, mais également par la suite, de suivre son évolution, depuis la phase de conception jusqu’à sa production. D’après la définition de Gartner, les jumeaux numériques des personnes, des processus, des organisations et des environnements sont utilisés pour la prise de décision stratégique et opérationnelle et la simulation avancée. Le recours au jumeau numérique a lieu dans de nombreux secteurs : automobile, aéronautique, urbanisme, énergie, santé, etc. Il est utilisé à plusieurs échelles pour améliorer les procédés de fabrication, l’ingénierie, ou encore le service.

Brève histoire du jumeau numérique

L'idée du jumeau numérique a été introduite pour la première fois en 1991 dans la publication de Mirror Worlds de David Gelernter, bien que le concept était utilisé par la NASA depuis les années 60. L'agence responsable du programme spatial aux Etats-Unis a développé un jumeau numérique pour évaluer et simuler les conditions à bord précédent la mission Apollo 13. C'est des années plus tard, en 2002, que le docteur Michael Grieves, alors professeur à l'université du Michigan, a appliqué le concept de jumeau numérique à la fabrication grâce à un logiciel adapté. La terminologie ayant évolué au fil du temps, c'est en 2010 que l'expression « Digital Twin » (jumeau numérique) de John Vickers, de la NASA qui sera retenue.

A quoi servent les jumeaux numériques ?

Ils permettent notamment de réaliser de nombreux tests numériques avant de passer à la production. L’éventail des possibles en termes de tests effectués permettent de gagner en efficacité et en rapidité, puisqu’ils permettent une prise de décision éclairée au sein des industries qui l’exploitent. La modélisation des processus de bout-en-bout permet de concevoir, d’alimenter et de mettre à jour les données numériques de l’objet avant, pendant, ou après sa production. C’est pourquoi le jumeau numérique doit être le plus fidèle possible à l’objet physique qu’il représente et à son environnement réel. Ainsi programmés, ils réagissent et évoluent comme les objets dont ils sont la réplique. Si le recours à ce type de technologie permet de mieux comprendre la complexité du réel, ils permettent également d’enrichir les objets et d’y apporter les évolutions nécessaires. Grâce au jumeau numérique, on peut donc améliorer les objets du réel grâce au virtuel. De plus, à l’aide de ces outils, entreprises et organismes peuvent effectuer toute une batterie d’examens et de tests basés sur des domaines scientifiques variés (biologie, chimie, analyse des sols…). 

Comment fonctionnent ces modélisations ?

Même s’il est dans un espace virtuel, sous la forme d’une modélisation 3D sophistiquée, le jumeau numérique reste étroitement lié à sa version physique. Pour concevoir un jumeau numérique, l’objet physique est équipé de capteurs qui transmettent une quantité massives de données, du réel vers la version numérique. Des algorithmes complexes, associés au Big Data permettent de simuler le fonctionnement de l’objet modélisé mais aussi ses réactions face à des situations en condition réelles. Cette représentation numérique en 3D va donner un contexte à ces données pour en améliorer leur compréhension. Son côté visuel et synthétique permet au plus grand nombre de s’approprier toutes les simulations, calculs, et ensemble de données plus facilement. 

Jumeaux numériques : quels avantages pour les entreprises ?

Ils permettent une réduction des coûts de l’entreprise, puisque pendant la phase de conception, les jumeaux numériques peuvent faciliter la conception du produit, le test de nouvelles fonctionnalités et apporter une optimisation des processus de production, ce qui réduit les coûts et les délais de commercialisation. Les tests sur des modélisations restent complétés par des tests réels, mais ils ont lieu moins fréquemment, surtout pour vérifier les hypothèses principales. Les jumeaux numériques permettent d’allonger la durée de vie d’un objet en simulant les comportements de l’objet et ses interactions avec l’environnement. En effet, ils évoluent en permanence en fonction de la data, des retours d’expérience utilisateur et des nouvelles entrées. Ce suivi rigoureux facilite le diagnostic précoce de pannes potentielles, ou bien de réaliser des opérations de maintenance prédictive grâce à une connaissance des pannes en amont de la production. Ainsi, ils permettent de mieux planifier et gérer les interventions techniques de sécurité ou de maintenance.La conception de l’objet répliqué est optimisée en fonction des objectifs fixés, en termes de durabilité, de performance, de sécurité ou de rentabilité. Le jumeau numérique permet donc à la fois une consolidation des données du réel, une amélioration en continu du produit, et donc une meilleure adaptation aux exigences du marché, particulièrement concurrentiel.