Pour acheminer l'électricité haute tension dans toute la France métropolitaine, RTE (Réseau de transport d'électricité) doit entretenir 106.000 kilomètres de lignes, 270.000 pylônes et 2.800 postes électriques. « Beaucoup de ces équipements, installés du début des années 1970 à celui des années 1980, commencent à vieillir, explique Gabriel Bareux, directeur de la R&D de RTE. Or, nous ne pouvons pas renouveler tout le réseau en même temps : nous devons faire des choix de politique de maintenance ou de remplacement. »Comment optimiser ces décisions ?

Depuis 2015, RTE travaille avec une start-up lyonnaise, Cosmo Tech, de modélisation de systèmes complexes, pour mettre au point un jumeau numérique permettant de simuler, grâce à l'intelligence artificielle, chaque élément du réseau, ses interactions, de prévoir son vieillissement en fonction de ses caractéristiques - âge, composition, localisation... -, mais aussi de tenir compte des limites budgétaires, techniques et humaines de RTE. Les responsables de l'entreprise se voient proposer plusieurs scénarios : ne rien faire, repeindre, réparer, remplacer... A eux de choisir le plus optimal en termes de coûts et de conséquences. « Cette approche permet, à qualité de service égale, d'économiser environ 10 % du budget annuel de maintenance et de renouvellement », affirme Michel Morvan, cofondateur et président de Cosmo Tech. L'entreprise a aussi développé des jumeaux numériques pour la gestion de l'obsolescence des robots chez Renault ou pour optimiser l'organisation de la production des usines d'un autre grand nom de l'industrie française.

Le concept de jumeau numérique, appliqué à des objets plus ou moins simples, est apparu au début des années 2000 aux Etats-Unis. Aujourd'hui, il est en passe de franchir une nouvelle étape en cherchant à simuler et à prédire le comportement de systèmes extrêmement complexes comme celui des réseaux d'actifs, à l'exemple de RTE, des chaînes logistiques, des réacteurs nucléaires, d'usines entières, et même de... la planète Terre. « Un jumeau numérique est un modèle numérique d'un système physique, capable de se synchroniser en temps réel avec celui-ci et de le piloter », résume Vincent Cheutet, directeur du laboratoire de recherche DISP (Décisions et informations pour les systèmes de production) à l'Insa (Institut national des sciences appliquées) à Lyon. Alimenté par les données transmises en direct par l'original, mais ayant aussi en mémoire tout l'historique de cet objet, le jumeau numérique peut être programmé pour émettre une alarme en cas de problème prévisible, être interrogé pour tester différents scénarios d'intervention ou pour améliorer la conception du produit.

Il existe déjà des jumeaux numériques d'objets extrêmement complexes : avions, bateaux, fusées... « Les milliers de capteurs qui équipent les navires militaires récemment livrés par Naval Group alimentent des jumeaux numériques qui permettent aux équipages de se former, de mieux gérer l'énergie à bord, de prédire les capacités opérationnelles, d'anticiper les dysfonctionnements, de réaliser des opérations de maintenance prédictive... », détaille Frédéric Le Lidec, directeur R&D et Innovation chez Naval Group. Mais la mise au point de jumeaux numériques d'usines entières demeure une gageure. Or, un logiciel capable de rassembler aisément toutes les informations en provenance des ateliers pour permettre le pilotage de lignes de production est le nouveau Graal des éditeurs et des laboratoires de recherche.

Les spécialistes des progiciels de gestion intégrés (SAP, Oracle, Sage...) et des logiciels de pilotage de la production (Lighthouse Systems, GE Digital, Rockwell Automation...) tentent de profiter de leur implantation au sein des entreprises, dont ils gèrent déjà une partie des données, pour se lancer sur ce marché. Idem pour les éditeurs de logiciels de conception 3D (Dassault Systèmes, Siemens...).

Optimiser chaque étape

La plupart se sont associées à des instituts universitaires. Siemens fait partie, avec onze autres partenaires, du projet Assistant, financé par l'Europe à hauteur de 6 millions d'euros sur trois ans et piloté par l'école d'ingénieurs IMT Atlantique et le LS2N (Laboratoire des sciences du numérique de Nantes). « Nous visons à construire, grâce à l'apprentissage automatique que permet l'intelligence artificielle, des jumeaux virtuels d'une entreprise : ils permettront d'optimiser chaque étape de la conception et de la production d'un produit manufacturé », avance Alexandre Dolgui, responsable du département « automatique, productique et informatique » de l'IMT Atlantique et membre du comité de direction du LS2N.

Chez SystemX, un institut de recherche technologique installé à Paris-Saclay et focalisé sur la transformation numérique, sept projets de R&D collaborative, financés par le programme d'investissements d'avenir, vont être lancés autour des principaux défis qui restent à relever : « Comment assurer l'interopérabilité de tous les capteurs et tous les logiciels d'une usine ? Comment certifier le jumeau numérique d'un système industriel ? Comment assurer sa cybersécurité ? » énumère Sébastien Vannier, responsable du portefeuille de projets chez SystemX.

Tous les industriels et chercheurs interrogés sont cependant persuadés qu'à moyen terme les jumeaux numériques constitueront un avantage concurrentiel pour les entreprises industrielles de toutes tailles. « Une autre difficulté sera d'assurer la démocratisation de cette technologie auprès des PME, prévient Arnaud Cuccuru, chef de laboratoire et expert jumeau numérique au CEA-List, un des quatre instituts du pôle recherche technologique du Commissariat à l'énergie atomique. Nous sommes déjà positionnés sur ce marché grâce à notre expérience en simulation pour l'usine du futur. Une solution pourrait être une approche progressive permettant au chef d'entreprise de se familiariser avec ces outils en les implantant d'abord dans une partie de ses ateliers. »

Exemple d'application assez rapidement rentable : un jumeau numérique permet de déterminer la meilleure façon de mettre l'ensemble des machines, des éclairages et des ventilations au repos en fin de journée, afin d'optimiser les économies la nuit, mais aussi le redémarrage le matin.