Jumeaux numériques

Cet article est rédigé par Naina Gazula, directrice principale et leader nationale, Infrastructure numérique, KPMG au Canada.

La demande future d’infrastructures continue de croître de façon exponentielle, ce qui oblige les gouvernements à trouver des moyens d’en offrir plus, mais plus rapidement et plus intelligemment. C’est ici qu’entrent en jeu les jumeaux numériques : la clé pour offrir une infrastructure de prochaine génération et respecter les exigences en matière d’efficacité, d’équité et de résilience.

La demande de la société pour les services de base dépasse la capacité de l’infrastructure requise pour les livrer. Cela a une incidence sur le développement économique, commercial et social de nos collectivités, petites et grandes.

L’augmentation des coûts, la pénurie de main-d’œuvre qualifiée, le resserrement des budgets publics et les pressions sur la chaîne d’approvisionnement ne sont pas les seuls obstacles à la réalisation de projets d’infrastructure. De nos jours, on s’attend maintenant à ce que l’infrastructure moderne remplisse plusieurs rôles, de la prestation de services équitable à la gestion des effets sur le climat, de sorte qu’il faudra modifier considérablement les méthodes traditionnelles de réalisation d’infrastructures.

Par conséquent, les gouvernements se trouvent confrontés à la question suivante : « Avons-nous simplement besoin de plus d’infrastructures, d’infrastructures plus novatrices ou de solutions de rechange à l’infrastructure? », et la réponse à cette question est « toutes ces réponses ». Le succès futur de la réalisation l’infrastructures sera fondé sur la capacité de tirer parti de données diverses et complexes pour soutenir la planification, la réalisation, l’intégration, l’exploitation et la maintenance de l’infrastructure. C’est ici qu’entrent en jeu les jumeaux numériques.

Les jumeaux numériques sont apparus il y a deux décennies avec la simulation d’une modélisation en fabrication. Dans une infrastructure, un jumeau numérique est une représentation numérique d’un actif ou d’un processus du monde physique, ce qui, grâce au traitement d’un grand volume de mégadonnées, à l’identification des tendances et des corrélations complexes et à l’automatisation de la prise de décision, permet d’acquérir une meilleure compréhension et de prendre de meilleures décisions.

De la planification des immobilisations en amont à l’exploitation des actifs, les jumeaux numériques peuvent être utilisés pour améliorer la prise de décision en matière d’infrastructure grâce à une planification de scénarios et à une analyse des options plus intelligentes. Une réplique numérique d’une route dotée de capteurs pour surveiller la circulation routière, par exemple, pourrait aider les exploitants à identifier les goulots d’étranglement existants, leur permettant ainsi de prendre des décisions futures qui aideront à réduire la circulation, les temps d’attente et les investissements redondants.

Les recherches indiquent que les gouvernements peuvent obtenir un rendement du capital investi d’environ 9 $ US pour chaque 1 $ US dépensé en jumeaux numériques pour l’infrastructure. Les professionnels de KPMG considèrent le National Underground Asset Register (NUAR) (registre national des actifs souterrains) du Royaume-Uni comme un exemple de jumeau numérique, dont le rendement du capital investi rapporté est de 30:1.¹ Les jumeaux numériques pourraient aider les gouvernements à réduire les coûts de conception de 50 %, à réduire de moitié les délais de délivrance des permis de construction et à réduire les coûts globaux d’entretien d’un cinquième.² Cela signifie que l’infrastructure est livrée plus rapidement et à moindre coût et qu’elle est de meilleure qualité.

La valeur des jumeaux numériques s’accroît de façon exponentielle à mesure que les systèmes et les intrants s’intègrent. Mais ce n’est que lorsque les jumeaux numériques commencent à communiquer entre eux que les relations complexes entre les actifs et les occasions d’optimisation du système, par exemple en améliorant la réponse de la sécurité publique, les soins de santé ou l’aménagement des villes, sont révélées.

La création d’un écosystème de jumeaux numériques collaboratif nécessite la confiance du marché, des politiques, des normes et des lois communes, ainsi que des investissements initiaux et une coordination centralisée pour fournir une plateforme offrant des avantages collectifs.

Étant donné que les organisations à elles seules ne disposent pas actuellement d’éléments incitatifs, de la capacité ou du pouvoir de coordonner la réforme de l’industrie requise pour ce changement, les gouvernements sont souvent la seule entité disposant de la motivation et de la capacité politique appropriées pour corriger la défaillance du marché et pour stimuler les progrès sur le plan des jumeaux numériques à un niveau global.

Les jumeaux numériques offrent une grande valeur et une occasion de rentabiliser le capital investi. Mais que faut-il pour que le gouvernement crée un écosystème de jumeaux numériques durable et un environnement qui encourage leur adoption et leur utilisation? Un examen des jumeaux numériques existants dans différents pays suggère que la réussite est attribuable à trois conditions importantes :

• Bases techniques solides
  Les mécanismes de jumeaux numériques fondamentaux, y compris les rôles et les ressources, les processus de base et la structure technologique, sont essentiels pour accélérer l’adoption des jumeaux numériques.
• Données de qualité
  Des ensembles de données précis, normalisés, à jour et accessibles sont essentiels pour prendre de meilleures décisions en matière d’infrastructure, qui, à leur tour, exigent un partage, une amélioration et une maintenance réguliers des données, guidés par des lois et des normes de gouvernance appropriées.
• Application pratique des cas d’utilisation
  Une sélection soignée de cas d’utilisation relativement faciles à mettre en œuvre est la clé pour réaliser la stratégie, tester les capacités de prestation technique, comprendre les exigences des intervenants, mobiliser les chefs de file de l’industrie et former une « coalition de volontaires » auprès des intervenants publics et privés.

L’exploitation du plein potentiel des jumeaux numériques comporte de multiples facettes. Les professionnels de KPMG croient que les gouvernements qui réussissent passent par quatre stades de maturité distincts : l’établissement des fondations, l’accélération de l’adoption, la mise en œuvre à grande échelle et l’intégration en tant que norme.

De quoi s’agit-il? Cette phase initiale met l’accent sur le développement des mécanismes de base des jumeaux numériques, notamment l’établissement d’un langage et d’une plateforme communs, l’augmentation de la participation au sein du marché et la création d’un cadre unifié pour la mobilisation et le partage de l’information afin d’offrir une approche de mise en œuvre tangible.

Quel en est un bon exemple?

• Politique. Le gouvernement de l’Ontario au Canada a lancé le Programme accéléré d’Internet haute vitesse, appuyé par la Loi de 2021 sur la réalisation accélérée de projets d’Internet à haut débit, une loi qui a permis le partage des données entre les municipalités et les fournisseurs du secteur privé, dans le but d’accélérer le déploiement à large bande.³
• Plateforme commune indépendante. Le Royaume-Uni a développé une plateforme commune indépendante, le Centre of Digital Built Britain (CDBB), où le groupe était responsable de l’établissement d’un langage commun et de la création d’un cadre unifié. Cela a permis l’élaboration d’aspects clés tels que les principes Gemini, le « Pathway towards an Information Management Framework (FMI) » (la voie vers un cadre de gestion de l’information) et les documents Gemini.⁴
  Collaboration écosystémique. L’État du Victoria en Australie a créé une coalition de volontaires et effectué des investissements de 37,4 millions de dollars AU pour établir les fondations numériques et permettre la collaboration entre le gouvernement, l’industrie et la communauté au moyen de données ouvertes partagées, de technologies et d’algorithmes.
   

De quoi s’agit-il? Cette phase vise à déterminer dans quels secteurs à valeur élevée et cas d’utilisation il faut encourager l’adoption afin de concrétiser la valeur du jumeau numérique, ce qui, en fin de compte, favorise la collaboration des secteurs public et privé et aide à réduire les coûts, ainsi qu’à augmenter la prestation des actifs et à accroître la valeur opérationnelle.

Quel en est un bon exemple?

• Le NUAR du Royaume-Uni était une initiative visant à accroître la sécurité, à réduire les coûts de construction et à accélérer la délivrance des permis. Avec un rendement du capital investi de 30:1, cela en fait une application de grande valeur dans le secteur des services publics. Le projet pilote a testé les fonctionnalités et démontré la valeur du NUAR, ce qui a mené au lancement du produit minimum viable (PMV) en 2023 et à un engagement à être entièrement opérationnel d’ici la fin de 2025.¹
• Digital Twin Victoria met en lumière certaines des premières applications de son jumeau numérique, telles que la réalisation d’infrastructures plus intelligente, l’accélération de l’adoption des villes intelligentes et le soutien de la gestion environnementale et des catastrophes.⁵

De quoi s’agit-il? Cette phase met l’accent sur l’expansion, l’industrialisation des cas d’utilisation dans tous les secteurs et l’augmentation de la participation du secteur privé pour libérer la valeur numérique à long terme des actifs et des données élaborés par le gouvernement. Les cas d’utilisation dans cette phase sont souvent plus complexes en raison des exigences d’intégration, mais plus utiles en raison des connaissances qui en sont dégagées.

Quel en est un bon exemple?

Le Royaume-Uni compte trois exemples distincts de mise en œuvre à grande échelle et d’aide à la réflexion sur les jumeaux numériques dans l’ensemble de l’écosystème :

• Incubateur à la mise en œuvre. Ayant terminé sa mission de cinq ans en tant qu’incubateur accéléré en 2022, le CDBB a transféré ses travaux sur les jumeaux numériques à la Connected Places Catapult afin de soutenir un engagement plus solide auprès des industries multisecteurs.⁶
• Pensée normalisée. Le Digital Twin Hub a été établi comme un réseau de recherche de partenaires et de collaborateurs en matière de jumeaux numériques, accessible à tous les ministères du monde entier (pas seulement du Royaume-Uni), créant ainsi une communauté précieuse pour soutenir la prestation de jumeaux numériques.³
• Jumeaux intégrés. Le « TRIB Transport Digital Twin Vision and Roadmap to 2035 » (la vision et la feuille de route sur les jumeaux numériques en matière de transport vers 2035 de TRIB) se concentre sur la création d’un écosystème de jumeaux numériques connectés pour des réseaux de transport multimodèles du Royaume-Uni, ce qui permet de réaliser la véritable puissance du jumelage. Cela comprend la capacité d’optimiser l’achalandage routier, de fournir des mises à jour en direct sur les chargeurs de véhicules électriques (VE) et de réduire la maintenance des infrastructures.⁷

De quoi s’agit-il? Dans cette dernière phase de l’adoption des jumeaux numériques, deux situations se déroulent simultanément : a) une normalisation de l’intégration et de l’application des jumeaux numériques, et b) une évolution dans la définition des technologies et capacités liées aux jumeaux numériques. Dans le premier cas, les applications de jumeaux numériques sont devenues pratiques courantes parmi les parties prenantes de l’infrastructure. Dans le deuxième cas, les technologies émergentes peuvent augmenter et perturber les capacités des jumeaux numériques existants et faire ressortir de nouveaux leviers de valeur pour la prochaine vague de résultats des jumeaux numériques.

Quel en est un bon exemple? Bien que de nombreux pays visent l’intégration d’une norme, l’adoption ne fait pas encore l’unanimité. À mesure que les technologies émergentes, comme l’intelligence artificielle, se répandront et s’intégreront à la prochaine génération de jumeaux numériques, la norme actuelle sera amenée à évoluer de façon continue, ce qui entraînera le recommencement du cycle de vie de la maturité.

Ce que les gagnants font : donner l’exemple.
En conclusion, les jumeaux numériques pourraient représenter une immense valeur pour la société, les gouvernements et le secteur plus large des infrastructures. Mais les gouvernements devront prendre les devants, à commencer par les quatre domaines suivants, pour contribuer à la création d’un écosystème de jumeaux numériques solide et durable.

Politique claire. Définir une vision claire de la façon dont les jumeaux numériques peuvent ajouter de la valeur à la réalisation d’une infrastructure fédérée. Créer des politiques et des lois sur le partage des données en conséquence pour assurer la disponibilité, la confidentialité, la sécurité et le traitement responsable des données, en utilisant les lignes directrices de la Loi sur la réalisation accélérée de projets d’Internet à haut débit de l’Ontario comme exemple.³

Cadres de travail collaboratifs. Développer un langage commun, des normes de conception et des cadres de gestion des données à l’échelle infranationale et tirer parti du travail existant des principes Gemini et du cadre de gestion de l’information (Information Management Framework) du Royaume-Uni pour rendre le développement des jumeaux numériques plus cohérent, interopérable et facile pour tous les intervenants4.

Responsabilité et orchestration. Établir une organisation indépendante et un leadership clair à l’échelle infranationale afin de coordonner tous les intervenants au sein des secteurs et groupes d’infrastructures (privés, publics et universitaires), afin d’assurer une gouvernance efficace, un engagement global des parties prenantes et une valeur maximale grâce à l’optimisation des systèmes.

Réussites fondamentales. Investir dans le développement de capacités fondamentales et réutilisables d’un écosystème de jumeaux numériques, comme des outils de développement communs, des ensembles de données centralisés, des modèles de mobilisation des intervenants et des cadres de gouvernance des données. Celles-ci doivent être créées dès le départ pour maximiser les rendements aux étapes ultérieures du déploiement, en suivant des exemples comme le NUAR au Royaume-Uni,¹ Digital Twin Victoria⁵ et le Programme accéléré d’Internet haute vitesse de l’Ontario.³