Avancer vers un monde plus durable implique notamment de repenser les villes, qui occupent actuellement moins de 2 % de la surface terrestre mais consomment 78 % de l’énergie mondiale et produisent plus de 60 % des émissions de gaz à effet de serre, selon l’ONU. Cependant, introduire des politiques durables, essayer de réduire le trafic ou encore encourager la marche et le vélo nécessite souvent d’investir dans des changements dont l’efficacité est incertaine. Et s’il existait un moyen de tester, par exemple, comment la piétonnisation d’une zone l’affecterait avant de commencer les travaux ?

C’est l’une des nombreuses utilisations des jumeaux numériques dans l’urbanisme, une technologie qui, selon un rapport d’EY (Ernst & Young), pourrait aider à réduire les émissions de CO2 des villes de 50 à 100 %.

Qu’est-ce qu’un jumeau numérique ?

« Un jumeau numérique est une réplique virtuelle qui représente fidèlement une réalité », définit Juan Ignacio Silvera, directeur du programme de maîtrise en jumeaux numériques à l’Université internationale de La Rioja (UNIR). Il s’agit de plus qu’un simple modèle 3D, car l’une des caractéristiques essentielles est que « la partie virtuelle et la partie réelle sont connectées de manière bidirectionnelle ». Cela signifie qu’il n’est pas statique ; la réalité envoie des données à la partie virtuelle et vice versa.

De plus, le jumeau numérique n’a pas nécessairement à être une représentation scrupuleuse de la réalité au niveau esthétique, mais cela dépendra de l’objectif visé. « De nombreuses applications ne nécessitent pas de photoréalisme. La réplique ne se concentre pas seulement sur l’apparence mais aussi sur la fonction », clarifie Silvera. « Parfois, l’erreur est faite d’allouer trop de budget à atteindre l’exactitude visuelle et pas assez à ce qui rendrait le jumeau vraiment utile », indique-t-il. Si l’objectif est de vérifier comment les gens traversent la rue, par exemple, l’important ce sont les données qui fournissent cette information et la comparent à ce que font les feux de circulation et les voitures, et non que les arbres soient de l’espèce correcte.

Villes ayant déjà leur jumeau numérique

Ce cas, comprendre comment une rue est traversée, est l’une des applications possibles des jumeaux numériques dans l’urbanisme, où ils sont arrivés comme une étape au-delà des villes intelligentes. Dans ce scénario, ces informations aideraient à prendre des décisions sur l’emplacement des passages piétons (les gens traversent-ils exactement où ils le devraient, ou le font-ils à quelques mètres de là ?), le timing des différents feux de circulation ou l’utilité des ralentisseurs pour ralentir les voitures.

À Chattanooga (Tennessee, USA), il existe un projet qui utilise la réplique numérique pour quelque chose de similaire : à travers les données de mouvement des véhicules motorisés, des piétons et des cyclistes aux intersections, ils détectent les moments et les points où des accidents manquent de se produire (informations normalement indisponibles) et peuvent prendre des décisions pour augmenter la sécurité de la zone.

À Cambridge, au Royaume-Uni, il y a également un projet de jumeau numérique en cours lié au trafic. Plutôt que d’augmenter les dispositifs de sécurité, leur objectif est de réduire l’utilisation de la voiture, la congestion et les émissions en favorisant une mobilité urbaine durable. À travers des caméras, la réplique permet de vérifier comment fonctionnent les différentes interventions.

Le jumeau numérique de Barcelone, encore en développement, est « une plateforme web pour analyser l’accessibilité aux installations publiques qui permet d’évaluer si elle répond à la fourniture de services ou d’équipements du modèle des villes dites de 15 minutes« , selon un communiqué de presse. Par exemple, elle permet de visualiser la couverture à pied des arrêts de métro avant l’ouverture des futures lignes L8 ou L9, ou « le réseau de bibliothèques avant et après la dernière construction ».

Bien qu’il soit plus courant que ce soient les administrations locales qui aient accès et utilisent ces données, dans certaines villes, toutes ces informations sont mises à la disposition de leurs habitants. C’est le cas d’Helsinki en Finlande, l’une des villes pionnières dans l’utilisation des jumeaux numériques. L’un de ses nombreux projets analyse l’impact potentiel que pourrait avoir la rénovation des portes, fenêtres ou murs. Quiconque peut alors vérifier combien il économiserait en énergie s’il changeait ces éléments dans sa maison, encourageant ainsi les particuliers à investir dans ce type d’actions.

À Rennes, en France, Rennes Virtuelle, la réplique commencée en 2017, a aussi été rendue accessible aux citoyens. Et pas seulement aux citoyens : l’idée est que les différents acteurs qui influencent et planifient les différentes interventions menées dans la ville puissent partager des informations et simuler différents scénarios.

Pour les villes avec des plages, l’état de la mer est très important pour garantir la sécurité des baigneurs. À Auckland (Nouvelle-Zélande), ils utilisent leur jumeau Safeswim, avec des données sur les tempêtes et les eaux usées : le succès a été tel qu’il est maintenant utilisé dans d’autres parties du pays.

À Urumqi, en Chine, une réplique virtuelle d’une gare a été développée pour augmenter son efficacité et sa sécurité. Voir clairement le trafic ferroviaire permet de prendre des décisions sur sa gestion et de tester comment différentes interventions l’affecteraient.

« En développant un jumeau numérique, il est très important de garder à l’esprit le but : quel sera son utilisation, ce que nous voulons atteindre », indique Silvera. La simulation de scenarii, les « et si », est l’une des utilisations clés dans le monde de l’urbanisme. À titre d’exemple, l’expert cite l’effondrement récent du pont de Baltimore. « Une réplique virtuelle aurait pu permettre de planifier ce qui se passerait si cela se produisait, comment cela affecterait le trafic, quelle serait la voie de sauvetage la plus rapide », explique-t-il. « Il est très utile de simuler des scenarii peu probables mais possibles pour que l’impact des situations d’urgence soit moindre », assure-t-il.

Les défis des jumeaux numériques en urbanisme

Bien que l’enthousiasme pour les possibilités ouvertes par ces répliques soit élevé (« la limite aujourd’hui est plus de concevoir ces cas d’utilisation que la technologie », réfléchit Silvera), il existe encore une série de défis qui entravent la voie vers l’exploitation totale de leur potentiel.

Selon le Forum économique mondial, qui a publié en 2022 son rapport Digital Twin Cities: Framework and Global Practices, l’un de ces obstacles est précisément ce que mentionnait Silvera : essayer de ne pas se laisser emporter par la recherche du photoréalisme. « Dépendre trop de la technologie de modélisation visuelle et ignorer la valeur ultime de l’optimisation de la simulation et de la réalité peut être un problème », indiquent-ils. Faire comprendre cela aux autorités locales est essentiel.

Un autre grand défi, commun à toutes les initiatives d’économie des données, est de garantir leur protection et leur confidentialité. Toutes ces informations qui sont collectées et partagées, essentielles pour que les jumeaux numériques fonctionnent vraiment bien, doivent également répondre à des normes de sécurité. Établir leur gouvernance (à qui appartiennent ces données ? À quoi servent-elles ? Qui y a accès ?) et éviter à tout prix les cyberattaques devraient être parmi les principales préoccupations des responsables de ces types de projets.

Pour atteindre ces garanties, le Forum économique mondial affirme qu’il est nécessaire d’élargir les ressources et le type de professionnels qui pensent aux jumeaux numériques : aller au-delà des profils technologiques et de design urbain ou de construction et s’ouvrir à une multidisciplinarité qui, à son tour, ouvrira de nouvelles portes et possibilités d’utilisation. Juan Ignacio Silvera ajoute qu’il est indispensable de ne pas perdre de vue les personnes, qui seront les utilisateurs finaux et qui bénéficieront des jumeaux numériques dans leurs villes. « Il faut se mettre du côté de ceux qui les utilisent, comment la réplique servira à augmenter leur qualité de vie ou leur sécurité. En fin de compte, ce sont les gens qui vivent dans les villes. Nous ne devons jamais l’oublier », conclut-il.