Jumeaux numériques : un allié pour rendre l'usine plus verte ?

Éléments clés de l’industrie 4.0, ces répliques virtuelles et intelligentes des produits et des procédés industriels ont une carte à jouer dans l’optimisation des performances énergétiques du secteur. En amont du Salon Industries du Futur à Mulhouse, du 30 novembre au 1er décembre, plongée dans le futur de l’industrie à la croisée de la digitalisation et de la décarbonation.

Décarboner l’industrie manufacturière : l’enjeu est colossal, et les marges de manœuvre existent. La preuve, ce secteur, qui est le quatrième contributeur d’émissions de gaz à effet de serre en France, est aussi celui qui a le plus réduit ses émissions ces trente dernières années (-46% entre 1990 et 2019 selon le ministère de la Transition écologique). Aujourd’hui, il poursuit sa mue en direction du « Net Zéro », porté par des investissements importants – le plan France Relance mobilise 1,2 milliard d’euros dans cet objectif.

Pour Pierre Jarrige, Manufacturing Business Developer & Innovation expert chez Atos, « le cœur de la réflexion est de continuer à avoir un produit performant en baissant la consommation d'énergies fossiles : par exemple, Airbus essaye d’aller vers une plus grande électrification des avions, d’avoir de meilleurs moteurs, et commence à parler de l’avion à hydrogène. » La décarbonation du secteur s’appuiera sur des innovations de rupture faisant place à des sources d’énergie décarbonées comme l’hydrogène vert (déjà utilisé dans le secteur du raffinage, de la chimie ou encore de la métallurgie et du traitement des eaux), mais aussi l’amélioration de la performance énergétique des procédés industriels grâce aux progrès de la connectivité. Dans le cadre du plan France Relance, l’aide allouée par le gouvernement au titre de « subvention industrie du futur et décarbonation d’outils de production » est d’1,2Md€ d’ici 2022. Les technologies numériques pourraient ainsi contribuer à l’objectif de réduction des émissions de gaz à effet de serre fixé à 40% d’ici 2030.

Un métavers industriel

Le développement des jumeaux numériques, sortes de double virtuel d’un système ou d’un objet, offre à cet égard des pistes prometteuses. Depuis quelques années, ceux-ci s’installent dans le paysage industriel pour surveiller, maintenir et optimiser les machines et les produits. Plus qu’une simple copie dématérialisée, ces jumeaux permettent de « voir un avion ou une voiture en 3D, avec toutes ses pièces et ses attributs, et de suivre leur évolution au fil du temps grâce aux remontées des capteurs placés dans l’avion ou le bateau en question, déroule Pierre Jarrige. On peut aussi suivre leur consommation d’énergie grâce à des algorithmes, prédire la manière dont cette consommation va évoluer, et surtout trouver des axes d’amélioration pour la réduire. »

Mais les gains énergétiques seraient encore plus importants au niveau des jumeaux numériques des procédés industriels eux-mêmes, estime l’expert. L’idée est de « modéliser toutes les consommations énergétiques des différentes machines d’un procédé », détaille-t-il en précisant que les données sont traitées en local grâce à des solutions d’edge computing. On n’est pas si loin des métavers dont rêvent désormais des acteurs comme Facebook, et qui permettront, bien au-delà du monde de l’industrie, d’interagir avec le monde virtuel : naviguer sur les réseaux sociaux, jouer à des jeux vidéo, participer à des visioconférences, faire du shopping…

Un double virtuel au service de l’optimisation énergétique

« Grâce à une capacité d’analyse fine, poursuit Pierre Jarrige, il est possible de corréler les données énergétiques entre elles avec les données de production pour comprendre comment et pourquoi l’énergie est consommée, dans quels volumes et à quels moments. » Les représentations virtuelles et physiques du processus s’intègrent alors dans des analyses en temps réel et des modèles prédictifs. L’objectif : identifier d’éventuelles déperditions d’énergie et leurs causes pour aider les industriels à rectifier le tir et réduire la facture énergétique.

Cette équation complexe fait aussi intervenir des facteurs extérieurs tels que les conditions météo (qui influent sur les besoins de chauffage, les temps de sèche lors de la pose de peinture…) ou encore les changements dans les matériaux des fournisseurs, car « en fonction de la dureté de ceux-ci, les machines ne devront pas forcer de la même manière, par exemple. »

Demain : innover plus vite et mieux

Le développement des jumeaux numériques séduit aujourd’hui un nombre croissant de grands acteurs de l’industrie prêts à sauter le pas vers l’industrie 4.0 et ses usines « intelligentes ». À mi-chemin entre le réel et le virtuel, les jumeaux numériques incarnent cette voie du futur. À la clé : une économie de temps et de ressources, et donc une réduction du gaspillage. Prenant l’exemple des vaccins contre le Covid, Pierre Jarrige explique que les « jumeaux numériques ont permis de réaliser des simulations au niveau des molécules pour étudier leur comportement, et ainsi d’être beaucoup plus réactif ». Une approche dite « quality by design » dans le secteur pharmaceutique augmentant les chances d’obtenir le bon produit du premier coup tout en garantissant la qualité et la fiabilité du processus. Il ajoute : « La simulation permet de moins tester les produits et d’utiliser moins de produits tests. Dans l’aéronautique, le nombre d’heures de vol d’essai pour valider le produit peut être réduit par exemple, même si les certifications reposent toujours sur ce qui se passe dans la réalité. »

Et demain ? Si la 5G, qui commence à se déployer, apporte une puissance supplémentaire pour acheminer les données, certains pensent déjà à la suite. Le géant coréen Samsung table ainsi sur la 6G pour diffuser plus largement les hologrammes, la réalité virtuelle et les jumeaux numériques – au-delà du secteur industriel, donc – avec lesquels on pourra interagir. Dans la foulée, des applications reposant sur la réalité virtuelle ou augmentée, ou encore des lunettes affichant des informations sous forme d’hologrammes se développent également pour rendre plus intelligibles les données complexes fournies par les jumeaux numériques… et les rendre d’autant plus incontournables pour les industries du futur.