Les jumeaux numériques sont des représentations numériques d’objets physiques, de processus ou de systèmes. Cette approche permet aux entreprises d’affiner leurs opérations, de mieux contrôler les coûts et d’accroître leur capacité de production en recourant à des simulations dynamiques. Pour les acteurs économiques, ils représentent une perspective stratégique intéressante, bien qu’ils comportent également certaines contraintes, notamment sur le plan de la cybersécurité et des investissements nécessaires.
Comprendre le concept des jumeaux numériques
Définition et origines
Un jumeau numérique correspond à une représentation numérique, interactive et évolutive d’un élément du monde réel, qu’il s’agisse d’un produit, d’un processus ou d’un système. Ce modèle virtuel suit les changements et ajustements de son équivalent réel, offrant une vision plus complète de son fonctionnement.
Le terme a été formalisé dans les années 2000, mais son principe est bien plus ancien. Dès les années 1960, la NASA utilisait des systèmes similaires pour simuler ses missions spatiales. Depuis, la technique a été progressivement adoptée dans divers secteurs industriels, profitant des avancées informatiques et de la connectivité moderne.
Fonctionnement et technologies mobilisées
Les jumeaux numériques reposent sur une combinaison de technologies. Des capteurs IoT, installés sur les dispositifs physiques, collectent des données en continu. Ces informations sont ensuite traitées par des logiciels analytiques et intégrées dans un modèle en 3D pour refléter le comportement réel de l’objet ou du système concerné.
Le cloud computing facilite le traitement et le stockage de cette masse de données, tandis que l’intelligence artificielle, notamment via l’apprentissage automatique, aide à intégrer ces éléments dans des simulations prédictives. La dynamique offerte par ces outils permet un suivi en temps quasi réel des performances ou dysfonctionnements potentiels.
Exemples d’utilisation en environnement industriel
Dans le cadre de la transformation digitale des industries, les jumeaux numériques sont mobilisés pour différents usages, parmi eux :
- La simulation dynamique des chaînes de production
- L’identification des points de blocage dans les processus industriels
- L’expérimentation sur maquette numérique avant toute mise en œuvre réelle
- La planification de la maintenance des équipements
- L’analyse qualité basée sur les données collectées
Chez Airbus, cette technologie est utilisée pour surveiller, en temps réel, les performances de pièces critiques comme les moteurs, ce qui permet d’intervenir plus rapidement lors de détection d’anomalies.
Effets des jumeaux numériques dans les environnements industriels
Optimisation et maîtrise des coûts
Grâce aux jumeaux numériques, les processus industriels peuvent être affinés de manière continue. En étudiant plusieurs configurations en mode simulation, les entreprises peuvent ajuster leurs procédures de fabrication ou logistiques sans impact immédiat sur la production réelle.
Ce levier peut permettre de limiter les arrêts non planifiés, de réduire les taux de rebut, ou encore d’améliorer le rendement énergétique. Cette approche progressive d’optimisation opérationnelle favorise une gestion plus économe des ressources techniques et humaines.
Approche prédictive de la maintenance
Une des avancées marquantes mise en avant par cette technologie concerne la maintenance. En observant les comportements de l’infrastructure via les données transmises, il devient envisageable d’anticiper certains dysfonctionnements ou usures.
Ainsi, les responsables techniques peuvent planifier les interventions de manière raisonnée, sans attendre la panne et sans surcharger les équipes. Cette anticipation renforce la continuité de production tout en limitant les interventions superflues.
Christophe G., Directeur Innovation
« Depuis l’introduction des jumeaux numériques, notre production a connu un nouvel élan. Nous avons réduit nos interruptions d’activité, ce qui a eu un effet rapide sur les volumes et la qualité. Pouvoir explorer divers scénarios de fonctionnement nous a offert un réel espace d’expérimentation. L’investissement de départ est notable, mais l’évolution observée a été significative pour notre performance globale. »
Enjeux techniques et organisationnels pour les entreprises
Protection des données numériques
La mise en place de jumeaux numériques exige une vigilance particulière face aux risques numériques. Les systèmes collectant une grande variété de données parfois sensibles, il devient indispensable d’en maîtriser la sécurité.
Les entreprises doivent se pencher sur :
- Le chiffrement des données critiques
- Le contrôle des accès aux plateformes numériques
- La sécurité des communications entre les machines connectées
- La conformité avec les cadres réglementaires (RGPD, etc.)
L’interconnexion entre divers outils, pour synchroniser les données, peut également introduire des failles potentielles. Un dispositif de gestion des menaces doit accompagner tout projet numérique de cette nature.
Respect des budgets et rentabilité
La transition vers l’usage de jumeaux virtuels mobilise des ressources importantes au départ. Le coût comprend l’installation technologique, la formation interne mais aussi la reconfiguration des processus métier.
| Postes de dépense | Effets attendus |
|---|---|
| Infrastructure (capteurs, logiciels, etc.) | Baisse des interruptions (jusqu’à 30%) |
| Formation et montée en compétences | Gains de productivité (jusqu’à 20%) |
| Adaptation aux outils existants | Qualité de production en hausse |
| Suivi et actualisation des modèles | Diminution progressive des coûts de maintenance |
| Appui externe / consultants | Réduction du temps de mise en place de solutions |
Une structure appropriée du budget permet de tirer bénéfice de manière progressive, même si certains effets s’étendent dans la durée.
L’intelligence artificielle comme facteur d’évolution
Favoriser la précision des analyses
L’IA intégrée dans les solutions numériques permet d’avoir un système adaptatif. Grâce à elle, les jumeaux numériques peuvent ajuster leur comportement en fonction des données observées, ce qui augmente la fiabilité des prévisions.
Elle permet :
- De détecter plus tôt les anomalies
- D’améliorer les choix stratégiques en production
- D’apporter des réponses en fonction du contexte client
Avec l’analyse de données avancée, les entreprises disposent d’une lecture bien plus fine de leur activité ainsi que des attentes de leur clientèle, ce qui renforce leur compétitivité.
Pratiques concrètes dans l’industrie
Des acteurs dans les énergies renouvelables ont mis en place des jumeaux numériques intégrant l’IA dans la gestion des parcs éoliens. Les données météorologiques, techniques et mécaniques sont rassemblées pour orienter les décisions de pilotage. L’automatisation de certains réglages a aussi permis de stabiliser la production électrique et de limiter les besoins d’intervention humaine.
Dans l’automobile, certains constructeurs simulent entièrement leurs chaînes d’assemblage, ce qui leur permet d’agir en amont pour corriger des inefficacités et adapter les cadences selon les besoins du marché.
Perspectives de création et d’adaptation
Production personnalisée
Grâce aux modèles virtuels dynamiques, les fabricants peuvent expérimenter plusieurs versions d’un même produit avant son industrialisation. Cela permet d’avoir une approche modulaire, plus proche des attentes spécifiques des utilisateurs finaux.
Les entreprises peuvent, via une phase numérique :
- Construire des versions adaptées selon les marchés cibles
- Récupérer rapidement les retours pour adapter les prototypes
- Réduire les tests physiques coûteux
L’aperçu interactif en 3D et la possibilité d’ajustement en amont facilitent le processus décisionnel entre le client et le fabricant.
Influence sur l’image de marque
Les entreprises utilisant les jumeaux numériques peuvent insister sur leur modernisation et leur capacité d’adaptation. Montrant une approche tournée vers l’innovation responsable, ces entreprises valorisent également leurs engagements en matière de réduction des déchets, de gestion énergétique optimisée, etc.
Il s’agit d’un modèle informatique évolutif qui reflète le comportement d’un objet physique réel. Actualisé grâce à des technologies connectées, ce modèle permet une observation améliorée des performances d’une machine, d’un système ou d’un processus.
Il permet de mieux comprendre la chaîne de création de valeur, d’ajuster certains paramètres en simulation et de limiter les coûts liés à des erreurs mécaniques ou humaines. Il permet aussi de vérifier de nouvelles idées avant leur déploiement réel.
Il est recommandé de faire appel à des protocoles renforcés pour le stockage et le transfert des données. Il convient également de former les collaborateurs, de restreindre les accès aux only personnes autorisées et de s’aligner sur les normes internationales de protection.
Les jumeaux numériques représentent une avancée notable permettant aux industriels de mieux anticiper, simuler et structurer leurs processus en mobilisant les capacités du numérique. Leur intégration progressive dans les chaînes de valeur vient renforcer les possibilités d’adaptation, d’analyse et de personnalisation. Certains défis subsistent, en particulier sur le plan financier et en matière de cybersécurité, mais cette approche tend à évoluer vers un standard moderne de la gestion industrielle. L’alliance entre données en temps réel, intelligence artificielle et visualisation 3D continue de transformer en profondeur les façons de produire et d’innover.
Sources de l’article
- https://cnig.gouv.fr/gt-jumeaux-numeriques-des-territoires-a26184.html
- https://www.modernisation.gouv.fr/mois-de-linnovation-publique/atelier-de-travail-jumeau-numerique-de-la-france-et-de-ses-territoires
