Jumeau numérique : quand l’innovation voit double

Et si demain votre jumeau numérique prenait votre place sur la table d’opération afin que le chirurgien s’assure que l’intervention qu’il va pratiquer sur vous aura bien les effets escomptés ? Science-fiction, pensez-vous… Plus tout à fait. « À l’hôpital pédiatrique de Boston, le chirurgien-ingénieur David Hoganson reçoit des enfants souffrant de malformations cardiaques congénitales. Avant de procéder à une opération, il réalise un jumeau numérique de leur cœur et teste différentes manières d’intervenir. Il peut ainsi déterminer la meilleure approche pour sauver ces enfants », nous explique Claire Biot, Vice-Présidente en charge de l’Industrie des Sciences de la Vie et de la Santé chez Dassault Systèmes, dans l’interview qu’elle nous a accordée.

La santé est un des domaines les plus prometteurs pour les jumeaux numériques, avec une très grande variété d’applications. « Un médicament sur deux est désormais conçu avec une de nos solutions de jumeaux numériques », illustre Claire Biot. Un jumeau numérique ? Ce n’est pas une simple maquette digitale d’un élément du monde physique. C’est la reproduction exacte et dynamique de son fonctionnement grâce à l’utilisation de données qui l’alimentent et lui permettent de simuler un comportement futur. Pour la mise au point de médicaments, la technologie du jumeau numérique permet, par exemple, de réaliser des essais cliniques virtuels en comparant les effets d’un nouveau traitement avec les données obtenues lors d’essais précédents. « En nous appuyant sur une bibliothèque de patients virtuels, nous pouvons diviser par deux le temps de l’essai clinique. Ce qui accélère très fortement l’accès au marché pour l’innovation thérapeutique », souligne Claire Biot.

Accélérer l’innovation. Ce n’est pas le seul avantage des jumeaux numériques. Ils contribuent aussi à une meilleure collaboration entre les différents acteurs. « Pour réussir à constituer un jumeau numérique, il faut faire travailler ensemble des disciplines parfois très éloignées autour d’une représentation commune, développe la vice-présidente de Dassault Systèmes. Ces différentes équipes vont devoir mettre des connaissances et des savoir-faire en commun, ce qui permet de casser les silos. »

L’industrie automobile ne peut plus s’en passer !

La santé est loin d’être le seul secteur bouleversé par l’émergence du jumeau numérique. « L’industrie automobile ne peut plus s’en passer, reconnaît sur son site web le groupe Renault. Il a révolutionné les méthodes de travail des acteurs de la conception, de la fabrication et de la réparation d’un véhicule. » Cette technologie permet de gagner jusqu’à une année dans la conception d’une voiture. Les ingénieurs utilisent le jumeau numérique « pour tester par exemple l’aérodynamisme de la carrosserie, les performances du moteur, la gestion de la transmission ou encore l’efficacité de la climatisation par simulation virtuelle », explique Renault.

Grâce au double numérique, le recours aux crash tests a été totalement repensé. À l’instar des essais thérapeutiques dans le domaine de la santé, ils sont aujourd’hui d’abord virtuels. Le comportement d’une future voiture est maintenant testé sur des routes digitales au travers de scénarios de conduite. « Toutes ces simulations sont réalisées bien plus rapidement et en bien plus grand nombre que ne pourraient l’être des essais physiques. » Le passage par des prototypes physiques reste incontournable, mais leur nombre est fortement diminué et ils interviennent sur des versions du véhicule déjà validées numériquement.

Une fois la voiture au point et la production lancée, le jumeau numérique ne disparaît pas. Renault note toutefois que la logique s’inverse : « Avant la fabrication du véhicule, le jumeau numérique ‘alimente’ celui qui est physique. À la sortie de l’usine, c’est l’inverse. » Les métiers de la logistique, de la vente et de l’après-vente vont en effet fournir des données au jumeau numérique en fonction des retours clients, de l’utilisation du modèle dans la « vraie vie » et des éventuelles pannes qui peuvent être constatées. Avec l’objectif d’apporter des mises à jour et de pouvoir améliorer encore les versions suivantes.

Des jumeaux numériques pour optimiser la supply chain

« Dans le futur, je pense qu’on ne prendra plus de décisions importantes sans avoir pu les tester dans un outil de ce type, afin de constater les impacts possibles sur une variété d’indicateurs : coûts, productivité, émissions de CO2, etc. », prédit pour le site Voxlog Michel Morvan, cofondateur et président exécutif de Cosmo Tech, spécialisée dans la création de logiciels de jumeau numérique pour l’industrie. Il donne l’exemple d’un de ses clients, Michelin. Le fabricant de pneus voulait repenser le fonctionnement de sa production en Chine, autour de nombreux enjeux : diminution des émissions de CO2, réduction des coûts, optimisation de la distribution, résilience face à la variété de la demande… « Le jumeau numérique a simulé leur business actuel, puis nous l’avons mis à l’épreuve avec près de 80 000 simulations de réorganisation, ce qu’ils n’avaient jamais pu faire avant, relate Michel Morvan. Cela nous a permis de trouver la manière d’optimiser leur supply chain, augmentant leurs profits de 5 % et réduisant leurs coûts de transport et de douane de 60 %. La solution trouvée était très différente de celles imaginées par les spécialistes de Michelin : il aurait donc été très difficile pour eux de la concevoir sans l’aide de l’outil. »

Le recours à un jumeau numérique pour optimiser la chaîne logistique constitue naturellement un investissement d’ampleur. « Le coût de mise en œuvre est important, et la question du ROI est au cœur des réflexions. La mise en place nécessite notamment des collectes importantes de données, ce qui coûte cher. Mais la possibilité de mieux connaître l’impact des retards d’approvisionnement, qui est un grand enjeu d’actualité, fait évoluer rapidement les intentions », constate dans Ecommercemag.fr Guillaume Lechevallier, Directeur du pôle Transport & Industrie chez le spécialiste de la transformation digitale Mc2i.

Le contexte actuel très incertain, avec des pénuries de composants ou des délais d’approvisionnement qui s’allongent, joue en effet en faveur du développement des jumeaux numériques dans l’industrie. « En période de crise, on voit que les directions souffrent de ne pas avoir assez de visibilité sur les décisions prises pour leur supply chain. Elles manquent aussi d’agilité afin de réagir au plus vite sans passer par des longs cycles de calculs, de consolidation de données et d’échanges », estime Fabienne Cetre, Directrice des ventes chez Kinaxis, qui propose des logiciels de gestion de la chaîne d’approvisionnement. Le jumeau numérique leur permet de tester plusieurs scénarios et d’en mesurer en temps réel les incidences.

Lowe’s crée des doubles virtuels de ses magasins

Aux États-Unis, la chaîne de bricolage Lowe’s (que l’on peut comparer à Leroy Merlin) expérimente un autre usage de cette technologie. Elle a créé un jumeau numérique de deux de ses magasins, explique le site Chainstoreage. En portant un casque de réalité augmentée, les employés visualisent cette réplique virtuelle qui se superpose sur le magasin physique. Ils peuvent ainsi repérer les écarts entre ce que devrait être le point de vente et la réalité. Les produits sont-ils bien rangés au bon endroit ? Ils peuvent aussi communiquer avec le management en apposant des Post-It virtuels sur le jumeau numérique, pour proposer une amélioration ou signaler un dysfonctionnement. Ils n’ont plus besoin par ailleurs de monter sur une échelle pour vérifier quel produit se cache tout en haut d’une étagère : équipés de leur casque de réalité augmentée, ils ont une vision à rayons X du magasin et peuvent recueillir des informations sur tous les articles qui y sont stockés. Lowe’s utilise la technologie du jumeau numérique pour améliorer la conception de ses points de vente en amont de leur ouverture.

Un outil d’aide à la décision pour la smart city  

Un organe humain, un objet, une usine, un magasin, une chaîne complète d’approvisionnement… Les jumeaux numériques peuvent s’appliquer à une échelle encore plus grande : une ville entière. Shanghai et Singapour ont toutes deux des jumeaux numériques pour aider à améliorer la conception et le fonctionnement des bâtiments et des systèmes de transport. Mais nul besoin d’aller si loin pour voir des répliques digitales de ville. En France, Angers, Rennes ou encore Aulnay-sous-Bois les utilisent comme outil d’aide à la décision.

« Cet outil permet d’améliorer l’aménagement du territoire et de gérer les risques d’inondation, par exemple, fait valoir un intervenant du groupement d’entreprises (Ineo, Engie, La Poste, Vyv et Suez) chargé du Territoire intelligent d’Angers Loire Métropole. Pour dire les choses simplement, le jumeau numérique sait simuler des situations qui n’arriveront pas avant 2030, 2040, 2050… Quels impacts aura ce nouvel aménagement, immeuble ou école par exemple, sur son environnement ? Y a-t-il un risque de nouvel îlot de chaleur ? Si une inondation intervient, quels quartiers et quels établissements accueillant du public seront-ils impactés et à quelle hauteur ? »

À Aulnay-sous-Bois, le jumeau numérique est dédié à la mobilité. Il a pour objectif d’analyser le comportement des usagers, leurs choix et la quantification des émissions de CO2 pour orienter les stratégies de la collectivité, explique Insight Signals qui le développe : « Des scénarios et projets très divers peuvent être testés, tels que la mise en place d’une Zone à Faible Émission ou l’impact de mesures de télétravail différenciées par secteur. L’impact d’une nouvelle ligne de transport en commun sur les flux de transport et les émissions de CO2 sur une zone pourra être également modélisé. »

Une initiative originale vient de démarrer à Mulhouse. La ville y développe avec EDF un jumeau numérique pour accompagner la transformation d’un site industriel en un quartier à part entière. La ville l’envisage comme une plateforme collaborative permettant de mettre en commun les données des acteurs du quartier afin d’apporter de nouveaux services aux habitants. « Un des objectifs est d’éviter la multiplication d’équipements utilisés très peu de temps, mais qui ont un impact environnemental à plein temps. Cela peut être l’instauration de salles de réunions partagées entre les entreprises. Même principe pour les particuliers, avec des objets que nous pourrions posséder collectivement. Le jumeau numérique pourrait localiser des équipements et des objets partagés et en faciliter l’utilisation collective », projette Jean-Philippe Bouillé, Adjoint au Maire de Mulhouse chargé de l’urbanisme, dans l’interview qu’il nous a accordée.

Demain, une réplique de la Terre

Prochaine étape, la création d’un jumeau numérique de la Terre ? Ici encore, ce n’est plus de la science-fiction. Deux projets ont été lancés pour concevoir un double virtuel de notre planète. L’un est américain, porté la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). L’autre est européen, financé par la Commission européenne sous le nom de DestinE, pour Destination Earth. L’objectif est le même : mieux comprendre les impacts du changement climatique. « Grâce aux capacités d’observation et de simulation sans précédent de DestinE, nous serons mieux préparés à réagir aux catastrophes naturelles majeures, à nous adapter au changement climatique et à prévoir l’impact socio-économique », indique la Commission européenne. Dès la fin 2024, DestinE disposera de suffisamment de données pour créer un premier jumeau numérique qui se concentrera sur les risques naturelles, comme les inondations, les sécheresses, ainsi que les tremblements de terre, les éruptions volcaniques et les tsunamis. La réplique numérique complète de la Terre est prévue pour 2030. C’est déjà demain.