Jumeau numérique: la révolution est en marche

Qu’est-ce qu’un jumeau numérique ? A quoi cela sert-il ? Explications et exemples d’applications chez Thales.

Un  jumeau numérique est une réplique virtuelle d’un objet, d’un process, voire d’un système tout entier. Connecté /synchronisé à sa contrepartie physique, le jumeau numérique est « nourri » en temps réel de nouvelles données dont l’analyse permet de recueillir des informations précieuses pour, par exemple, aider à la décision -optimiser des fonctionnements, réduire les coûts, améliorer la qualité- ou anticiper des scénarios à risques.  

Conçus au départ pour représenter un produit, un moteur d’avion par exemple, les jumeaux numériques peuvent aujourd’hui modéliser des systèmes entiers : un avion dans son ensemble ,un bâtiment, une usine, une chaîne de production, et même…  notre planète, comme nous le verrons plus loin.

Houston, on a un problème

Le concept est né dans les années 1960 au sein de la NASA, pour la programmation spatiale. Et c’est en 1970 que le jumeau numérique connût ce qui restera sans doute l’un de ses plus hauts faits d’armes : le sauvetage de l’équipage de la mission Apollo 13.  

Les ingénieurs de la Nasa possédaient des « simulateurs » du fonctionnement des composants principaux du module spatial. Ces simulateurs étaient contrôlés par un réseau d’ordinateurs et pouvaient être synchronisés avec les données qui venaient de l’engin spatial. Et c’est en grande partie grâce à ces simulateurs connectés - ces doubles numériques- que les équipes au sol et dans l’espace ont pu établir, ensemble, un diagnostic et sauver la mission.  

Une performance d’autant plus remarquable qu’il s’agissait non pas d’un jumeau numérique, mais déjà d’un réseau de jumeaux numériques en interaction les uns avec autres, chacun modélisé par un système de simulation indépendant.

Une révolution pour l’industrie

Aujourd’hui, cette technologie de jumeau numérique s’est considérablement enrichie grâce aux avancées en matière de connectivité, d’intelligence artificielle et de traitement des données.  

Son intérêt pour le monde industriel est évident puisqu’au lieu de créer physiquement un produit et de lui faire passer toute une série de tests, il devient possible de créer, en amont, son jumeau numérique pour analyser et améliorer ses performances, anticiper d’éventuels dysfonctionnements, le manipuler par plusieurs personnes travaillant à distance grâce à des casques holographiques, etc.  Et ce qui est vrai pour un produit l’est aussi pour un système, un réseau, une usine ou encore une chaîne logistique. 

D’où l’intérêt de nombreux secteurs industriels : énergie, transport, automobile, urbanisme dans le cadre de projets de villes intelligentes, ou encore santé pour tester des traitements sur un patient virtuel, simuler des opérations complexes ou améliorer la qualité des prothèses.

Du prototypage à la gestion du trafic de drones

Thales est aujourd'hui en première ligne pour exploiter les possibilités de cette technologie et même en repousser les limites. Cela fait des années que ses équipes d’ingénieurs affinent le concept en développant des environnements synthétiques de haute-fidélité, combinés à de puissantes capacités d'ingénierie des systèmes basés sur des modèles. Aujourd’hui, l’utilisation de jumeaux numériques se multiplie dans les différentes activités du Groupe, comme en témoignent quelques exemples.  

Commençons par l’ingénierie avec le projet DigitalTwin Multiphysique destiné à améliorer l'efficacité des équipes d’ingénierie. Grâce au prototypage virtuel, il est désormais possible - avant la fabrication du prototype physique- d’optimiser les sous-ensembles hardware, de la conception à la validation.   

Les jumeaux numériques ont évidemment un énorme potentiel dans le domaine de la formation, aussi bien militaire que civile (aviation civile ou drones). Thales a ainsi fait appel à un jumeau numérique pour développer la vétronique (l’électronique embarquée) des nouveaux engins blindés multirôles de l’armée de terre française dans le cadre du programme Scorpion. 

Au-delà de la formation, Thales travaille avec le ministère de la Défense britannique pour accompagner la transformation numérique des activités de test et d'évaluation grâce à l’utilisation de jumeaux numériques. 

Par exemple, Thales fait partie du consortium Airspace of the Future, qui travaille au développement du jumeau numérique d’un futur espace aérien, sûr et séparé, dans lequel pourront opérer divers drones commerciaux et véhicules de mobilité (le National Beyond Visual Line of Sight Experimentation Corridor). Lire l’encadré ci-dessous. 

Une terre jumelle

Mais l’exemple le plus spectaculaire est sans doute Destination Terre, l’initiative pour le moins ambitieuse lancée par l'Union européenne pour créer un jumeau numérique de la Terre. Un avatar qui permettra de surveiller les effets de l'activité naturelle et humaine sur notre planète, d’anticiper les événements extrêmes et d’adapter les politiques aux défis liés au climat.  

Thales Alenia Space est associé à SERCO, le chef de file du consortium, chargé par l'Agence spatiale européenne de mettre en œuvre la plateforme de services DestinE, un élément clé du projet.

À l'aide de modèles novateurs du système terrestre, d'outils informatiques de pointe, de données satellitaires et de l'apprentissage automatique, DestinE permettra à ses utilisateurs d'explorer les effets du changement climatique sur les différentes composantes du système terrestre, ainsi que les stratégies d'adaptation et d'atténuation possibles. 

Les jumeaux numériques de Destination Terre sont des répliques numériques du système terrestre complexe de notre planète. Ils seront construits selon des catégories thématiques issues des différents domaines des sciences de la Terre, tels que les catastrophes naturelles extrêmes, l'adaptation au changement climatique, les océans et la biodiversité. L'objectif est d'intégrer ces répliques numériques pour créer un jumeau numérique complet de l'ensemble du système terrestre.