Les jumeaux numériques : une solution clé pour améliorer l'infrastructure de transport

Qu'est-ce qu'un jumeau numérique ?

Prendre la mesure du potentiel que renferment les jumeaux numériques implique avant tout de comprendre ce qu'est effectivement un jumeau numérique. Pour beaucoup, la définition pourrait se résumer à un modèle BIM 3D d'un actif physique. Dans notre monde, il pourrait s'agir d'un tronçon de voie ferrée, d'un pont, d'un tunnel ou d'une gare. Mais faute de connexion entre la version numérique et son homologue physique dans le monde réel, tout ce que l'on a véritablement, c'est un instantané numérique de cet actif à un moment donné.

Avec un tel scénario, l'utilisateur risque non seulement une désynchronisation des versions, synonyme de reprises, de retards et/ou d'une augmentation des coûts, mais également de se retrouver dans l'incapacité, d'une part, de consulter les données derrière la conception, le calendrier de construction ou l'actif opérationnel, et d'autre part, d'exploiter ces informations en vue d'améliorer la prise de décision et les résultats commerciaux.

Chez Bentley, nous voyons le jumeau numérique comme une représentation numérique réaliste et dynamique d'un actif physique, d'un processus ou d'un système au sein de l'environnement bâti ou naturel. Un jumeau numérique connecte les mondes physique et numérique de telle sorte que le second offre une image dynamique des changements se produisant dans le premier. Un jumeau numérique représente donc, en temps réel ou quasi réel, le statut, l'état de fonctionnement ou la position de son homologue physique.

C'est ce lien, cette connectivité qui fait véritablement la différence tout au long du cycle de vie des actifs, de la phase d'idéation et de planification à celle d'exploitation et de maintenance, en passant par la conception, l'ingénierie, la construction et la mise en service. Les jumeaux numériques permettent dès lors de bénéficier de fonctionnalités de visualisation, d'analyse et de simulation améliorées. Quels que soient le lieu et les circonstances, l'utilisateur d'un jumeau numérique peut consulter, surveiller et rassembler les informations dont il a besoin pour prendre les décisions qui amélioreront la productivité, la fiabilité et la durabilité.

Les jumeaux numériques dans le secteur ferroviaire aujourd'hui

En collaboration avec New Civil Engineer, le magazine officiel de l'Institution of Civil Engineers du Royaume-Uni, Bentley a récemment mené une enquête ayant pour but d'évaluer la situation actuelle du secteur, ainsi que le potentiel d'adoption des jumeaux numériques d'infrastructure et les freins à leur adoption.

Les professionnels du secteur interrogés étaient représentatifs de chaque phase du cycle de vie des actifs de transport, ainsi que de la plupart des différentes disciplines spécialisées concernées. Près de 30 % d'entre eux étaient des propriétaires-exploitants ou des agences gouvernementales, tandis que 60 % travaillaient au sein de leurs chaînes logistiques en tant qu'ingénieurs, architectes et/ou entrepreneurs. Les 10 % restants étaient issus d'organisations académiques ou de développeurs de solutions technologiques.

Ce qui nous a rassurés, c'est que tout le monde a confirmé qu'il était urgent de transformer numériquement notre façon de travailler. Dans un contexte de budgets et de délais toujours plus serrés, Bentley sait que les organisations sont en quête de moyens à la fois nouveaux et innovants d'améliorer la productivité et l'efficacité, ainsi que la qualité des actifs livrés et entretenus tout au long du cycle d'exploitation.

Légende : Importance de la transformation numérique d'après l'enquête sur les jumeaux numériques dans le secteur ferroviaire. Image reproduite avec l'aimable autorisation de Bentley Systems.

Au vu des effets négatifs du réchauffement climatique, notamment l'augmentation de la fréquence et de la gravité des événements météorologiques extrêmes ayant une incidence directe sur la sécurité et l'efficacité de l'exploitation de nos chemins de fer, il apparaît clairement que la nécessité d'un vrai changement à l'échelle de notre secteur est un problème bien actuel.

Comme je l'ai déjà dit dans un autre article, la pandémie a été pour nous tous une véritable prise de conscience. L'expérience des deux ou trois dernières années a montré ce que nous étions capables d'accomplir quand nous nous retrouvons au pied du mur. Par ailleurs, elle illustre bien l'opportunité que peut représenter le changement lorsqu'il s'inscrit dans le cadre d'une stratégie plutôt qu'en simple réponse aux défis que nous rencontrons dans nos vies professionnelles au quotidien.

Légende : Stratégie organisationnelle de jumeaux numériques d'après l'enquête sur les jumeaux numériques dans le secteur ferroviaire. Image reproduite avec l'aimable autorisation de Bentley Systems.

Dans la lignée de cette idée, nous avons constaté que beaucoup s'attendent à ce que les jumeaux numériques fassent partie intégrante des processus d'affaires de leurs organisations au cours des cinq prochaines années, ce qui est encourageant. En outre, près d'un quart des organisations interrogées ont affirmé que les jumeaux numériques seraient parmi les composants clés de leur réussite future. La majorité, à savoir près des trois quarts, ont également confirmé être en phase d'exploration du potentiel que les jumeaux numériques pourraient apporter à leur entreprise, ou avoir déjà commencé à adopter une approche en la matière.

Réalisation de projets ou performances des actifs ?

Si de telles conclusions sont de bonnes nouvelles, reste à savoir ce que ces organisations font de leurs jumeaux numériques. D'après cette enquête, où les jumeaux numériques ont-ils le plus d'impact dans le cycle de vie des actifs du secteur ferroviaire et des transports ? Près des trois quarts des personnes interrogées ont indiqué que leur utilisation se limitait à la conception et à l'ingénierie. Cette phase clé du cycle de vie des actifs se classe, avec la construction numérique, parmi les deux cas d'utilisation des jumeaux numériques les plus cités au sein des organisations représentées.

Les workflows sur papier existants et/ou le manque de liens directs avec l'état actuel des actifs ou leur état à la construction ont été identifiés comme les principales raisons de leur adoption encore limitée aujourd'hui. Cette priorité qui est actuellement donnée à la réalisation de projets s'est vue renforcée par le fait qu'une écrasante majorité considère la conception 3D, de même que dans la modélisation 4D à des fins de simulation et d'optimisation des calendriers de construction, comme les éléments les plus importants de toute solution de jumeau numérique d'infrastructure.

Que ce soit à travers une meilleure collaboration et une meilleure coordination entre les équipes et avec les parties prenantes, ou à des fins d'amélioration des informations recueillies et de la prise de décisions, près des trois quarts des personnes interrogées ont estimé que les jumeaux numériques seraient la clé de l'optimisation des résultats en termes de conception et d'ingénierie. Parmi ces résultats escomptés, citons l'augmentation de la productivité, l'exploration d'un plus grand nombre d'options de conception, la livraison d'actifs de qualité supérieure et plus durables, ainsi que l'amélioration du niveau de service pour leurs clients et parties prenantes.

Les obstacles à l'adoption et au déploiement

Il apparaît clairement que les avantages potentiels des jumeaux numériques dans le secteur ferroviaire ne s'arrêtent pas à la seule réalisation de projets. Mais si la mise en service et l'évaluation de l'état des actifs, de même que la gestion et l'optimisation de leurs performances, ont été reconnus comme des cas d'utilisation clés d'après les résultats de l'enquête, celle-ci a aussi révélé que moins de jumeaux numériques étaient utilisés dans le cadre de la phase d'exploitation et de maintenance.

Peut-être cela tient-il à ce qu'elle a révélé comme étant les plus importants défis auxquels les organisations sont confrontées aujourd'hui dans la mise en œuvre des jumeaux numériques. Très peu de professionnels ont mentionné la disponibilité des technologies en matière de jumeaux numériques comme le principal obstacle à leur adoption et à leur déploiement, la plupart citant le manque d'adhésion de la part des propriétaires ou des clients, le manque de soutien de leur équipe de direction, et le coût perçu de mise en place et de maintenance d'un jumeau numérique.

Comme en témoignent les candidatures dans le cadre de nos Going Digital Awards cette année, il apparaît plus clairement de jour en jour que les avantages des jumeaux numériques compensent très largement leur coût, en particulier si ceux-ci sont calculés sur la totalité du cycle de vie d'un actif. En effet, tous les finalistes de cette année dans notre catégorie Réseaux ferroviaires et Transports indiquent que les jumeaux numériques jouent un rôle essentiel dans la capacité de leur équipe à atteindre l'excellence sur l'ensemble du cycle de vie des actifs.

Aux Philippines, le cabinet Oriental Consultants Global travaille sur la Phase 1 du Projet de métro de la région métropolitaine de Manille, pour lequel il développe un système d'ingénierie numérique commun et une source unique de vérité à l'aide de la technologie intégrée et des applications de jumeaux numériques de Bentley. Il en résulte un partage de données en temps réel ayant permis d'optimiser la collaboration de sorte d'économiser 5 000 heures de travail et d'atteindre déjà un retour sur investissement de plus de 600 000 $, rien que sur les six premiers mois du projet.

Légende : Oriental Consultants Global développe un système d'ingénierie numérique commun et une source unique de vérité à l'aide des applications de jumeaux numériques de Bentley. Image reproduite avec l'aimable autorisation d'Oriental Consultants Global.

À Jakarta, PT Wijaya Karya (Persero) Tbk utilise les applications libres de Bentley en matière de génie civil et de modélisation de l'existant, ainsi qu'une technologie de jumeaux numériques, dans le cadre de la réalisation de la première voie ferrée à grande vitesse intégrée entre Jakarta et Bandung. Sa solution intégrée a permis une rationalisation des workflows ayant amélioré l'efficacité et la qualité de conception, tout en raccourcissant le calendrier de construction de six mois et en permettant une économie de coûts de construction à hauteur de 185 millions de dollars.

Légende : PT Wijaya Karya (Persero) Tbk utilise une technologie de jumeaux numériques pour réaliser la première voie ferrée à grande vitesse intégrée entre Jakarta et Bandung. Image reproduite avec l'aimable autorisation de PT Wijaya Karya (Persero) Tbk.

Au Royaume-Uni, Arcadis a mis à profit la technologie Bentley pour créer un jumeau numérique de la gare de Carstairs, située près du raccordement ferroviaire clé séparant les trains allant vers le nord entre la ligne à destination Glasgow et celle à destination d'Édimbourg, dans le sud de l'Écosse. En utilisant la plateforme iTwin de Bentley, Arcadis a pu améliorer la communication entre les membres des équipes, notamment en permettant la détection et la résolution précoces des conflits au cours de la conception, ce qui a contribué à optimiser la conception tout en réduisant de 35 % les délais de modélisation.

Légende : Arcadis a mis à profit la technologie Bentley pour créer un jumeau numérique de la gare de Carstairs. Image reproduite avec l'aimable autorisation d'Arcadis.

L'avenir des jumeaux numériques dans le secteur ferroviaire

Étant en position d'améliorer les performances et la fiabilité des actifs, d'affiner les stratégies de maintenance et d'explorer différentes options en vue de satisfaire aux exigences de mise à niveau, les propriétaires-exploitants du secteur ferroviaire et des transports seront probablement les plus grands bénéficiaires du potentiel de croissance accru qu'offrent les jumeaux numériques. Si les avantages sont difficilement quantifiables au-delà de la dimension financière, il revient tout de même aux propriétaires, plutôt qu'aux consultants et aux entrepreneurs au sein de leurs chaînes logistiques, de jouer un rôle moteur dans la définition de la valeur que devraient apporter les jumeaux numériques.

Exploiter les données et les technologies à travers les jumeaux numériques afin d'améliorer notre façon de travailler et ce que nous livrons à chaque phase du cycle de vie des actifs ne sera pas toujours une partie de plaisir. Néanmoins, chaque organisation doit investir dans le changement et adopter une stratégie claire en la matière si nous voulons faire partie intégrante de la nouvelle normalité que connaissent aujourd'hui nos secteurs respectifs. Comme le montrent certains exemples passés de technologies disruptives, dans notre secteur et au-delà, quiconque se refuse à investir dans l'accompagnement et la gestion de ce changement voit ses perspectives d'échec augmenter.

Chez Bentley, nous voyons les jumeaux numériques comme le grand moteur de disruption numérique de demain pour notre secteur. Cette perturbation est d'ailleurs déjà à l'œuvre, que ce soit chez les propriétaires-exploitants, les consultants en ingénierie, les entrepreneurs ou les organisations assurant la maintenance de nos voies ferrées dans le monde entier. L'adoption des jumeaux numériques et des différents processus qu'ils permettent est une nécessité si nous voulons répondre aux exigences d'optimisation des résultats commerciaux d'un monde en constante évolution. Bien que les jumeaux numériques n'occupent pas encore une place centrale dans le secteur ferroviaire, ils attendent patiemment leur tour et viendront, sous l'impulsion de nos utilisateurs, transformer la manière dont nous planifions, concevons, construisons et exploitons nos réseaux ferroviaires et de transports dans les années à venir.