Jumeaux numériques : 5 symboles de la modernité du secteur

Comment gérer, entretenir ou réparer des systèmes lorsque leur accès est difficile ? Depuis plus d’un siècle, ce problème hante les ingénieurs. Aujourd’hui, la technologie a la réponse : grâce au recours aux jumeaux numériques.

Représentations virtuelles d’éléments physiques, les jumeaux numériques sont des répliques, troublantes de réalité, de systèmes complexes, de produits ou de biens construits. Pour les créer, il s’agit d’intégrer les données provenant des capteurs embarqués à bord de maquettes lors des phases de conception. Mais plus qu’une simple maquette, le jumeau numérique va être en mesure de refléter les performances du bâtiment en temps réel.

Convergence des mondes physique et virtuel, le résultat illustre concrètement de quelle manière un composant, un espace ou même un portefeuille de biens immobiliers peuvent agir. Non seulement un jumeau numérique vous avertit lorsqu’un ascenseur tombe en panne, mais il vous permet également de savoir exactement quel composant doit être remplacé, de tracer un parcours alternatif adapté pour les occupants du bâtiment, ou encore de prévoir si une reprise de la conception est nécessaire. Ces informations, qui concernaient auparavant le fonctionnement individuel des produits sous différentes contraintes, s’attachent désormais à révéler le mode d’interaction de systèmes distribués.

La pandémie a vu, avec les fermetures d’entreprise et la distanciation sociale, le télétravail s’imposer en force : le pilotage à distance des systèmes s’est érigé en « super pouvoir ». Dans le même temps, la technologie des jumeaux numériques est devenue à la fois plus attractive et plus accessible.

Une étude conduite par Grand View Research prévoit ainsi que les dépenses liées aux systèmes de jumeaux numériques vont atteindre pas moins de 89 milliards de dollars d’ici à 2028, propulsées par un taux de croissance annuelle composé de 42,7 %.

2020 a été une année déterminante pour le succès des jumeaux numériques : la preuve en cinq exemples.

1. Des villes protégées des inondations soudaines

A l’heure du changement climatique et de phénomènes météorologiques troublants, comment peuvent réagir les villes ? Les infrastructures existantes ne sont en effet pas équipées pour faire face à un assaut constant d’averses et de tempêtes. D’autant que le remplacement des vieilles stations de traitement des eaux, des citernes, des réservoirs et des conduites se compte en années, voire en décennies.

Veolia Water Technologies a pu compter sur les jumeaux numériques pour créer de nouveaux moyens de préparer les villes à l’imprévu. Associés à l’analyse prédictive, ils contribuent à améliorer la modélisation des inondations, à rendre la conception du drainage plus durable et à optimiser les ressources : à la clé, les régies de distribution d’eau peuvent gérer le patrimoine hydrique municipal de manière plus efficace. Elles optimisent ainsi les ressources actuelles, tout en construisant de nouvelles usines, avec à l’esprit des mesures de résilience des eaux usées et de défense contre les intempéries (lire l’article).

2. Aéroport de Hong Kong : casse-tête résolu !

L’aéroport de Hong Kong est en pleine restructuration, pour se préparer à la demande future et renforcer son statut de centre mondial de l’aviation.

Pour autant, agrandir un aéroport et créer une extension de la piste n’est pas chose aisée : il est tout bonnement impossible de fermer des terminaux ou de demander aux usagers d’attendre le lancement du chantier. Pour gérer cette complexité, le BIM (Building Information Modeling) a été un outil clé pour les ingénieurs de Leighton Asia, qui ont pu avancer sur le programme avec un impact minimum sur l’activité de l’aéroport.

Une fois le projet achevé, l’équipe compte transformer son travail en un jumeau numérique à part entière, qui inclura des données de performance en temps réel. Son état d’esprit a complètement changé : lors de la collecte de données sur le chantier, ses membres ont désormais le réflexe de les considérer comme des éléments à analyser puis à prendre en compte pour la faisabilité de leur travail, et ce même après la construction de l’aéroport (lire l’article).

3. Des déchets de chantier transformés en matériaux de construction

La récupération et la réutilisation de vieux matériaux de construction est un processus chronophage et onéreux. Le secteur du BTP a fait des progrès impressionnants en matière de recyclage de matériaux comme l’acier, mais il est beaucoup plus difficile de transformer ce qu’il reste d’un vieux bâtiment en un matériau utile. Même un petit bâtiment contient pléthore de composants et de matériaux : les extraire et décider de ce qui est réutilisable est une tâche très complexe, entre l’état des lieux et la mesure initiaux, et l’évaluation de chaque pièce selon sa toxicité et son empreinte carbone. Parfois, il n’y a pas d’autre solution que de passer par la case décharge.

La complexité de ces tâches empêchait jusqu’alors les architectes et les entrepreneurs de faire de leurs ambitions écologiques une réalité. Aujourd’hui toutefois, un nouveau service proposé par White Arkitekter se sert des données BIM pour propulser le secteur au cœur de l’économie circulaire.

ReCapture, le service de la société suédoise, dresse ainsi un inventaire des composants de construction et évalue leur potentiel de réutilisation grâce aux drones et au balayage laser, ce qui facilite grandement la mise en place d’un jumeau numérique (lire l’article).

4. Une production durable pour le papier

Utiliser des outils numériques pour produire plus de papier ? Pour les articles de maison comme les serviettes ou le papier toilette, il s’agit de la seule solution.

On a vu en début de pandémie a exacerbé le besoin compulsif des consommateurs d’acheter et le besoin de nettoyer des surfaces, ce qui a sans surprise propulsé la production de papier. Pour les fabricants de papier et les machines qui équipent leurs usines, les jumeaux numériques sont devenus un outil essentiel pour répondre à la demande croissante de papier ménager.

Pour le spécialiste des machines ANDRITZ, les jumeaux numériques sont la solution pour créer de meilleures machines de production, capables d’optimiser le processus de fabrication du papier, tout en préservant les ressources et en anticipant les problèmes de production et de chaîne d’approvisionnement (lire l’article).

5. Concevoir le nouveau bâtiment le plus haut de Suisse

Le siège de la société pharmaceutique Roche domine le ciel de la ville de Bâle, en Suisse. Ses tours jumelles triangulaires présentent une structure échelonnée, s’affinant vers le haut : elles atteignent respectivement 178 et 205 mètres. La Tour 1 est déjà en service : la Tour 2 ouvrira ses portes en mai 2022.

Tout au long du projet, les maquettes numériques ont joué un rôle essentiel en matière de collaboration et de relations avec les différentes parties prenantes : client, architecte, entreprises de construction, ou encore maître d’œuvre… Tous ont pu échanger autour d’une source unique d’informations détaillées sur le projet.

Les architectes et les ingénieurs suisses de Herzog & de Meuron ont pu convaincre plus facilement leurs interlocuteurs d’accepter de nouvelles idées et suggestions, grâce à la possibilité de visiter virtuellement la maquette numérique du bâtiment, même pendant la construction.

Point positif, une fois la construction terminée, le jumeau numérique du bâtiment pourra être utilisé pour des tâches telles que la maintenance prédictive. Les ascenseurs sont par ailleurs équipés de capteurs, et le système déclenche un test s’il détecte une irrégularité. Enfin, les données en direct de la maquette virtuelle permettent de surveiller la consommation d’énergie et d’eau potable (lire l’article).