Jumeau numérique : définition, exemple en santé, différence avec le BIM

Jumeau numérique : définition, exemple en santé, différence avec le BIM Présenté comme une révolution majeure dans le domaine industriel, le concept de jumeau numérique ou "digital twin" fait peu à peu son chemin, notamment dans l'industrie et la santé.

Jumeau numérique : qu’est-ce que c’est ?

Aussi appelé "digital twin", le jumeau numérique est la réplique d’un objet, d’un système, d’une implantation, d’un processus, etc. sous une forme numérique. Deux grandes familles de jumeaux numériques se profilent avec chacune une approche distincte, explique-t-on à l'école supérieure d'ingénieurs Léonard de Vinci, où un cours dédié aux jumeaux numériques a été mise en place à la rentrée 2019. L'une, dite "bottom up", dans laquelle on part d'un actif équipé de capteurs pour récupérer les données qui en sont issues. Avec ces data, on construit des modèles de prédiction, grâce aux techniques d'intelligence artificielle (IA) comme le machine learning, le deep learning et les réseaux de neurones. L'autre approche, plus "top down", mise sur des jumeaux numériques de seconde génération basés sur la simulation. On part d'équations issues de la physique qu'on nourrit de mesures et résout numériquement pour prédire des comportements. Ces jumeaux numériques vont révolutionner les opérations de simulation dans l'usine 4.0.

Quelle différence avec le BIM ?

Les professionnels de la construction et de l’immobilier côtoient depuis plusieurs années le BIM (Building Information Modeling). Si les deux concepts de BIM et de jumeau numérique se distinguent, beaucoup considèrent qu’ils sont amenés à converger pour offrir toujours plus de performances. La maquette numérique du BIM peut par exemple servir d’élément de base au jumeau numérique, grâce au recueil des différentes données du bâtiment. De son côté, le jumeau numérique apporte les bénéficies de l’IoT avec une possibilité de prévision d’incidents, notamment structurels.

Les digital twins en santé

La santé est un secteur d'activité directement impacté par l'émergence des jumeaux numériques. Il s'agit principalement ici de :

  • Tester des traitements sur un patient virtuel (ou jumeau numérique) avant leur administration au patient réel
  • Développer la simulation d'opérations complexes
  • Améliorer la qualité des dispositifs médicaux tels que les prothèses
  • Tester l'efficacité d'une molécule sur l'organisme
  • etc.

De nombreuses initiatives et expérimentations ont été lancées dans l'Hexagone. La start-up Exactcure, par exemple, construit sur son application le jumeau digital de l'utilisateur afin de connaître la réponse médicamenteuse personnelle de chaque patient. Ce double numérique prévient ainsi les incidents dus au mésusage du médicament. Exactcure a signé en novembre 2019 avec le groupe Vidal, spécialisé dans les systèmes d'information en santé, pour intégrer dans la plateforme Vidal Sentinel à destination des pharmaciens d'hôpitaux ses simulations personnalisées. Pour contribuer à apporter à chacun le meilleur traitement face au coronavirus, la start-up niçoise, a intégré dans ses bases de modèles certaines molécules testées par des chercheurs contre le coronavirus, comme l'hydroxychloroquine, le lopinavir/ritonavir (Kaletra), ou le Remdesivir.

Le rôle des jumeaux numériques dans l’industrie

Les jumeaux numériques ont véritablement révolutionné le monde industriel en modifiant la phase de développement d’un produit ou l’utilisation d’un équipement. Avant le développement du concept de digital twin, une entreprise créait physiquement un objet pour lui faire subir un ensemble de tests, y apporter des modifications, etc. Avec le jumeau numérique, les données recueillies sur l’évolution de l'objet permettent d’en anticiper et d'en optimiser les performances. Avec les jumeaux numériques, les entreprises :

  • Gagnent en fiabilité pour leurs produits
  • Améliorent le niveau de sécurité de leurs produits
  • Renforcent la confiance des consommateurs en leurs produits
  • Réduisent les coûts de réparation en anticipant les défaillances à venir.

Exemple de jumeau numérique

"Le concept se développe depuis les années 2011-2012 dans l'industrie. Utilisé d'abord pour modéliser un objet, comme un moteur d'avion, le jumeau numérique est aujourd'hui employé pour représenter un système entier : un avion dans son intégralité, une chaîne logistique, une usine...", observe Michel Morvan, cofondateur et président de Cosmo Tech, éditeur français spécialisé dans les solutions d'intelligence augmentée pour prédire, à l'aide de jumeaux numériques, ce qui peut se passer selon des situations aléatoires. Cosmo Tech a par exemple réalisé le jumeau numérique de la chaîne d'approvisionnement de Renault pour l'aider à répondre au mieux à la demande en fonction de la production, du stock, de l'organisation des équipes... La solution a apporté au constructeur automobile un ROI en trois mois et est aujourd'hui déployée chez Michelin. 

Autre exemple avec le groupe EDF, qui s'appuie sur les jumeaux numériques de l'éditeur Ansys pour concevoir ses centrales nucléaires de nouvelle génération et en optimiser le rendement énergétique. EDF a signé début mars 2020 avec Ansys un contrat pluriannuel, lui permettant de développer des instruments et des outils de contrôle avancés à moindre coût, bien plus rapidement qu'en faisant appel à des méthodes traditionnelles de prototypage physique et d'essais.

Dictionnaire de l'IoT