Exploiter le potentiel des jumeaux numériques pour vos infrastructures

Initialement développés pour l’industrie 4.0, les jumeaux numériques trouvent de plus en plus d’applications pour les infrastructures. Ce terme, dans la mouvance de toutes les déclinaisons du Big Data, est très souvent employé, mais pourtant pas toujours très bien défini.

Nous vous proposons de revenir donc sur ce que sont vraiment les jumeaux numériques, ce qu’ils impliquent et ce qu’ils permettent de réaliser dans le cadre de l’exploitation d’une infrastructure. Leur usage va être particulièrement utile dans le cas d’ouvrages nécessitant une maintenance optimisée. (tunnels, ponts, barrages, oil & gas, centrales nucléaires, bâtiments, patrimoines historiques et énergies)

Qu’est-ce qu’un jumeau numérique ?

Un jumeau numérique est la représentation virtuelle d’un système physique (y compris son environnement et ses processus) mise à jour à l’aide d’un échange d’informations entre le monde physique et le monde virtuel. Lorsque l’on parle de jumeau numérique il y a donc trois composants principaux :

• L’objet physique que représente le jumeau numérique, ainsi que son environnement, tous les facteurs externes pouvant l’affecter
• La représentation virtuelle : un ou plusieurs modèles (analytiques, géométriques 2D, 3D, éléments fini, BIM etc.)
• L’interconnexion : véritable spécificité du jumeau numérique, qui créé un lien entre le modèle et son objet, en collectant et traitant des données dans une démarche de monitoring en temps réel.

Quels cas d’application des jumeaux numériques pour les infrastructures ?

Grâce à la somme des données qu’ils comportent et à leur capacité à projeter l’état réel de l’infrastructure, les jumeaux numériques vont trouver de nombreux précieux cas d’usages tout au long du cycle de vie de l’ouvrage. Dès leur conception, ils vont permettre d’optimiser le design et de réduire les coûts. Ils vont permettre en phase travaux de suivre en temps réel la construction, mais aussi de valider les différentes hypothèses techniques en amont de leur mise en œuvre.

En phase d’exploitation, ils jouent un rôle précieux pour les activités de surveillance et de maintenance prédictive grâce à des analyses de sensibilités et des simulations de scénarios. Ils vont également permettre de réaliser des analyses de risques, à travers des calculs de probabilité de défaillance et la construction d’un modèle de machine learning, se substituant à un modèle numérique prédéfini.

Quels bénéfices apportent l’usage des jumeaux numériques ?

Le jumeau numérique présente une opportunité de structurer toutes les données relatives à l’architecture, (qu’elles proviennent de capteurs, de rapports d’inspection ou de toute autre source) en une base unique, qui sera ensuite accessible par tous les acteurs du projet. Ces informations partagées seront d’autant plus précieuses qu’elles sont mises à jour en permanence, selon la fréquence définie par le cahier des charges. Contrairement à des modélisations simples, le jumeau numérique va offrir des modèles d’une grande précision grâce à cette vaste quantité de données, laissant de moins en moins de place aux hypothèses de modélisation.

C’est la somme de tous ces éléments qui vont faire du jumeau numérique un formidable outil d’aide à la décision. Ils offrent de nombreuses possibilités en phase d’exploitation : prédictions, simulations de scénarios, analyses de fiabilité, visualisation… autant d’applications qui vont permettre d’orienter une stratégie de maintenance ou encore de prioriser des investissements.

Quelles étapes mettre en œuvre pour construire un jumeau numérique ?

1. Besoin et ressources : définir le cahier des charges, en fonction des usages que l’on souhaite mettre en place, mais aussi des contraintes et opportunités présentées par son environnement
2. Choix et construction du modèle : établir la méthodologie et le type de modèle les plus pertinents pour le projet
3. Sélection et préparation des données : garantir leur cohérence et leur fiabilité pour les usages définis
4. Applications spécifiques : mettre en œuvre les usages définis

Les experts de SOCOTEC sont en mesure de vous accompagner à toutes les étapes du développement et de l’exploitation du jumeau numérique de votre ouvrage. Leurs retours d’expérience et maîtrise des outils de data science vous offrent les clés nécessaires à la mise en place de la solution la plus pertinente pour atteindre vos objectifs selon les caractéristiques de votre ouvrage.