LE JUMEAU NUMÉRIQUE : CLEF DE LA DIGITALISATION DU SECTEUR DE LA CONSTRUCTION

LE JUMEAU NUMÉRIQUE : CLEF DE LA DIGITALISATION DU SECTEUR DE LA CONSTRUCTION

Le secteur de la construction est au coeur de la transition écologique. Il est aussi, depuis quelques années, traversé par de profonds bouleversements liés à la digitalisation. Deux dynamiques qui se répondent avec le jumeau numérique, une innovation émergente qui permet d’accompagner les bâtiments et les ouvrages dans un cycle de vie plus durable et sécurisé. L’ESTP, fidèle à son attachement à la recherche appliquée, s’impose comme pionnière en France dans le domaine avec la chaire « jumeaux numériques de la construction et des infrastructures dans leur environnement ».

Premier consommateur d’énergie devant les transports, le secteur de la construction est aussi le plus gros émetteur de CO2 en France. La transition énergétique des bâtiments est donc un enjeu crucial pour les prochaines années et décennies. Des solutions comme les smart grids, qui permettent de gérer plus efficacement les réseaux énergétiques, se développent et sont aujourd’hui au coeur de cette mutation. Les jumeaux numériques sont une autre voie d’amélioration concrète. Réplique virtuelle d’un ouvrage réel, en exploitation, en réhabilitation ou à construire, le jumeau numérique permet d’accéder à une représentation complète du bâtiment, dans toutes ses dimensions.
 

Couvrir l’intégralité du cycle de vie d’un édifice

Complémentaire à la maquette numérique du bâtiment (le BIM, Building Information Modeling), le jumeau numérique permet de faire, dès la phase de conception d’un projet, des simulations pour optimiser la construction, puis, lors du chantier, de contrôler chaque étape. Durant la phase d’exploitation d’un bâtiment, le jumeau numérique est un outil clé pour garantir, entre autres, une gestion efficace des flux énergétiques.

Les simulations numériques en temps réel permettent, quant à elles, d’alerter sur des dysfonctionnements ou dangers. Par exemple, en interagissant avec l’ouvrage, on peut effectivement décider et organiser au mieux son évacuation. Lors d’un incendie, le chemin le plus sûr – et non le plus court - sera ainsi privilégié pour sortir du bâtiment. Autres exemples concrets, tirés de travaux de notre chaire, le rôle d’un jumeau numérique dans la gestion automatique d’alerte sur un réseau ferroviaire, ou les risques industriels vus par un jumeau numérique sismique multi-physiques et multi-échelles en milieu géologique complexe.

En fin de vie du bâtiment, le jumeau numérique permet d’orienter les choix en évaluant les options : rénovation, recyclage ou reconstruction. L’intégralité du cycle de vie d’un édifice se trouve ainsi couvert.
 

Une transformation numérique en cours

La construction fait face à un raz-de-marée numérique. Cette mutation se déploie à travers le jumeau numérique, le BIM, l’intelligence artificielle, l’Open Data… Toutefois, par rapport aux domaines de l’industrie, du commerce ou de la finance notamment, le secteur accuse encore un léger retard. Un décalage qui s’explique par les impératifs du bâtiment : les solutions doivent être totalement abouties et rentables pour être appliquées.

Ceci dit, je suis convaincu que le jumeau numérique va rapidement se développer, car il répond à quatre enjeux majeurs. Tout d’abord, il vient en renfort pour piloter et suivre la décarbonation des constructions. Par ailleurs, il permet aux ouvrages de génie civil de gagner en performance, et assure la durabilité de l’objet construit. À grande échelle, enfin, le jumeau numérique constitue un levier efficace pour transformer la ville et la rendre plus respectueuse de l’environnement.

Cette transformation énergétique et écologique doit mobiliser tous les acteurs du secteur. Or, le jumeau numérique facilite l’interaction des différentes parties prenantes et ainsi, génère des gains de temps, d’efficacité et de sécurité.
Autant de facteurs de performance qui intéressent les professionnels et les inciteront à exploiter cet outil.

D’autre part, pour faire face aux enjeux de l’industrialisation de la construction et de la construction hors-site, le jumeau numérique permettra d’intégrer et de coordonner à la fois les aspects techniques et organisationnels de la conception des plateformes constructives, les propositions architecturales, la fabrication industrielle robotisée, du montage sur site, mais aussi des chaînes d’approvisionnement et de la logistique de transport, sans oublier la gestion quotidienne des bâtiments et des quartiers ainsi réalisés. 
 

Un partenariat au service de de la recherche

Lancée en juillet 2021 à l’initiative du directeur général de l’ESTP, Joël Cuny, et de Martine Jauroyon, directrice développement
durable, innovation et excellence technique du groupe Egis, la chaire « jumeaux numériques de la construction et des infrastructures dans leur environnement » est pionnière en France.

Son objectif ? Porter au niveau national et international la recherche dédiée aux jumeaux numériques, de la connaissance aux applications très concrètes. Comment ? En créant une communauté d’intérêts inédite, regroupant les acteurs présents sur l’ensemble de la chaîne de valeur de la construction. Ainsi, Bouygues Construction, Schneider Electric, Egis, le BRGM, SNCF Réseau et les Arts et Métiers (ENSAM) sont partenaires de l’ESTP dans cette chaire. Ils ont notamment été étroitement associés à la définition des axes de recherches et d’études.

Car l’une des grandes forces de cette chaire vient de sa gouvernance multipartite. Les partenaires sont impliqués dans trois instances :
- Le comité stratégique, chargé de valider les grandes orientations de la chaire ;
- Le comité scientifique, qui diffuse nos travaux de recherche avec le monde académique ;
- Le comité opérationnel, qui conduit et coordonne les différentes activités.

 

Partager ses connaissances

Actuellement, la chaire encadre cinq sujets de thèse. Chaque objet de recherche doit non seulement répondre aux besoins des entreprises, mais aussi accélérer la digitalisation du secteur et lever des verrous technologiques en apportant des solutions d’optimisation pour des infrastructures plus durables.

À la manoeuvre, cinq doctorants, sélectionnés après plusieurs entretiens et accompagnés individuellement par un directeur de recherche et par des enseignants-chercheurs de l’ESTP et de l’ENSAM. D’ores et déjà, nous observons que l’approche, très concrète, de recherche appliquée à des problématiques et besoins réels connaît un franc succès auprès des étudiants.

Le monde estudiantin bénéficie, lui aussi, de cette chaire multipartenariale. En effet, les enseignants de l’ESTP abordent les sujets de recherche de la chaire durant leurs cours. Grâce au partenariat avec Dassault Systèmes, certains enseignements de l’ESTP proposent par exemple de créer des jumeaux numériques sur leur plateforme professionnelle SaaS 3DEXPERIENCE®. Autant d’outils et de ressources au service du développement des compétences de nos étudiants, qui seront demain les acteurs de la transformation numérique de la construction.