Un jumeau numérique est une réplique virtuelle dynamique d’un actif physique, connectée à ses données en temps réel. En combinant capteurs, modèles et contexte opérationnel, il permet d’observer et de prédire le comportement de l’actif comme s’il s’agissait d’un simulateur permanent. Depuis les modèles primitifs associés à la recherche spatiale jusqu’à son rôle dans l’industrie 4.0 en constante évolution, la technologie du jumeau numérique représente une révolution dans la distribution électrique.
Dans le vocabulaire en constante évolution associé à la transformation numérique, le terme jumeau numérique (digital twin ou DT en anglais) a gagné en importance depuis que la société de conseil technologique Gartner l’a défini en 2016 comme l’une des dix principales tendances technologiques de la décennie suivante, prédisant que « dans un délai de trois à cinq ans, des milliards d’objets seront représentés par des jumeaux numériques, un modèle logiciel dynamique d’un objet ou système physique».[1]
L’origine de cette technologie remonte à l’une des missions les plus célèbres de la course spatiale des années 1960 et 1970. Aujourd’hui, la technologie des jumeaux numériques transforme la gestion d’un actif en un processus proactif : elle diagnostique avant la panne, optimise la maintenance et l’énergie, documente le cycle de vie et permet de tester des scénarios sans risque.
Dans le domaine de la numérisation du réseau électrique, les jumeaux numériques (DT) agissent comme la couche opérationnelle reliant les données en temps réel aux modèles de réseau (flux de charge, dynamique, actifs) pour planifier, exploiter et maintenir le smart grid de manière plus sûre, plus flexible et plus efficace.[2]
Qu’est-ce qu’un jumeau numérique ?
La norme internationale ISO/IEC 30173:2023 (Digital twin — Concepts and terminology) définit le jumeau numérique comme « la représentation numérique d’une entité cible, dotée de connexions de données permettant la convergence entre les états physique et numérique à un rythme de synchronisation approprié ».[3]
Il s’agit donc de la représentation virtuelle d’un système existant dans le monde physique, alimentée par les données issues de ce système et dotée d’une capacité prédictive. Ce flux de données crée une boucle bidirectionnelle entre le numérique et le physique pour la prise de décision, puisqu’il ne s’agit pas seulement d’un modèle ou d’une simulation isolée.
En gestion d’actifs, un jumeau numérique apporte des avantages clairs : réduction des coûts et des arrêts, anticipation des pannes grâce à la maintenance prédictive, optimisation des performances et de la consommation énergétique, prolongation de la durée de vie, amélioration de la sécurité et de la conformité, accélération de la mise en service et de la formation, ainsi que la possibilité de tester des scénarios pour planifier les investissements avec moins de risques.
Jumeaux numériques : des modèles primitifs à la popularisation du terme
Comme tout concept technologique, l’origine du jumeau numérique s’appuie sur plusieurs sources au fil du temps, dont les ancêtres partagent un concept similaire que l’on peut retracer depuis la seconde moitié du XXᵉ siècle, au cours de la course spatiale en pleine guerre froide, dans le cadre du programme Apollo de la NASA.
La mission Apollo 13 est passée à l’histoire comme un « succès manqué », selon les mots de l’un de ses membres, puisque l’équipage n’a pas pu alunir à cause de l’explosion d’un réservoir d’oxygène, mais a réussi à revenir sain et sauf sur Terre. Aujourd’hui, cette mission fait partie de la culture populaire grâce à la phrase : « OK Houston…, on a eu un problème ». Elle a également contribué à transformer la manière dont l’agence spatiale testait ses modules pour les missions futures.
En réponse à cet incident, la NASA a utilisé de multiples simulateurs pour analyser la panne et a étendu un modèle physique du véhicule en y intégrant des composants numériques. Ce jumeau numérique primitif fut le premier de son genre, permettant une ingestion continue de données pour modéliser les événements ayant conduit à l’accident, à des fins d’analyse et de planification des étapes suivantes.[4]
Plus tard, en 1991, l’informaticien théoricien américain David Gelernter a introduit le concept de mirror worlds (mondes miroirs), un logiciel reflétant fidèlement le monde réel, anticipant ainsi le fonctionnement actuel de cette technologie. [5] Ce n’est qu’en 1997 que le terme jumeau numérique apparaît tel qu’il est utilisé aujourd’hui, dans un article urbanistique espagnol décrivant un modèle 3D accompagnant un projet architectural, mais sans la notion moderne de boucle dynamique avec transfert d’informations.[6]
L’arrivée du XXIᵉ siècle marque la consolidation du jumeau numérique tel que nous le connaissons, lié à la gestion du cycle de vie d’un produit (PLM – Product Lifecycle Management). En 2002, lors d’une présentation de l’Université du Michigan donnée par Michael Grieves, le concept prend sa forme actuelle, comprenant : l’espace réel, l’espace virtuel, le flux de données du réel vers le virtuel, le flux d’informations du virtuel vers le réel, et les sous-espaces virtuels. [7]
Jumeaux numériques à Aplicaciones Tecnológicas S.A. – Améliorer l’efficacité du smart grid dans la distribution électrique
Les smart grids représentent une révolution dans le secteur énergétique, en offrant une solution innovante et durable aux défis actuels. Leur déploiement à grande échelle permettra de construire un système énergétique plus efficace, flexible et résilient, contribuant à la transition vers un avenir plus durable.
Un jumeau numérique permet d’améliorer les opérations en fournissant une supervision en temps réel, des informations prédictives, des capacités de simulation, un contrôle à distance, des possibilités de formation, l’intégration de données et un soutien à la prise de décision. Cette technologie permet aux opérateurs de systèmes de distribution (DSO) de gérer efficacement le réseau, d’optimiser ses performances et de garantir une distribution d’énergie fiable et efficace.
Les jumeaux numériques d’Aplicaciones Tecnológicas S.A. facilitent une maintenance adaptée, augmentent l’efficacité, réduisent les coûts et évaluent les vulnérabilités du réseau.
Références
[1] https://www.gartner.com/smarterwithgartner/gartners-top-10-technology-trends-2017
[2] International Electrotechnical Commission. (2024). Virtualizing power systems: how digital twins will revolutionize the energy sector (https://www.iec.ch/basecamp/virtualizing-power-systems-how-digital-twins-will-revolutionize-energy-sector).
[3] International Electrotechnical Commission. (2010). Digital twin — Concepts and terminology (ISO/IEC 30173). (https://www.iso.org/standard/81442.html).
[4] https://www.nasa.gov/missions/apollo/apollo-13-the-successful-failure/
[5] Gelernter, David. (1991) Mirror Worlds: Or: The Day Software Puts the Universe in a Shoebox… How It Will Happen and What It Will Mean. Oxford University Press.
[6] Hernandez-Ibañez, Luis & Hernández, Santiago. (1997). Application of Digital 3D Models on Urban Planning and Highway Design.
[7] Grieves, Michael. (2016). Origins of the Digital Twin Concept. 10.13140/RG.2.2.26367.61609. (https://www.researchgate.net/publication/307509727_Origins_of_the_Digital_Twin_Concept).
