Difficile d’imaginer un système plus complexe qu’une grande ville. Bâtiments, routes, espaces publics, réseaux d’énergie et d’eau, transports en commun… Autant d’éléments interconnectés qui rendent les décisions d’aménagement compliquées, les conséquences d’une action ne pouvant être totalement anticipées. Pour pallier ce problème, plusieurs villes à travers le monde ont entrepris de se doter d’une réplique virtuelle.
Ces jumeaux numériques XXL reproduisent fidèlement la ville en 3D, de l’élévation des immeubles jusqu’aux arrêts de bus et aux arbres qui bordent les rues. Ils sont abreuvés de données provenant de ses infrastructures – consommation énergétique des bâtiments, trafic routier, émissions de CO2… – qui mesurent l’activité en temps réel à l’aide de capteurs. Le double virtuel permet de simuler nombre d’événements pour mieux s’y préparer : urgences médicales, manifestations, pics de pollution, incendies, inondations… Il permet aussi aux urbanistes d’expérimenter avant d’intégrer des changements, comme la rénovation d’un quartier, la fermeture d’une route, la création d’un rond-point ou la mise en place d’une ligne de tramway.
Singapour, laboratoire d’expérimentations
La cité-État de Singapour mène l’un des projets les plus impressionnants en la matière. Baptisé Virtual Singapore et lancé en 2014, la création de ce jumeau numérique a nécessité un budget de 73 millions de dollars. Il a notamment été utilisé par les opérateurs télécoms pour optimiser la couverture de leurs réseaux sans fil, par les propriétaires d’immeubles pour identifier les meilleurs emplacements de panneaux solaires et par les urbanistes pour améliorer la conception des parcs et des voies de circulation.
Simuler ces développements sur le jumeau numérique avant de les mettre en œuvre permet d’analyser les coûts et la faisabilité ainsi que de minimiser les imprévus. Cela facilite aussi la coordination de projets impliquant différentes entités, comme l’installation de rampes pour personnes à mobilité réduite parallèlement à la rénovation des espaces verts. Le gouvernement envisage par ailleurs d’utiliser ce double virtuel pour tester le comportement des véhicules autonomes dans le trafic dense de la ville.
L’Ile-de-France modélisée en 3D pour plus de services
En France, la métropole de Rennes fait figure de pionnière. Elle s’est lancée dès 2017 dans un projet de jumeau numérique couvrant toute son agglomération. Elle a fait appel, comme Singapour, à la solution 3DExperiencity de Dassault Systèmes. Là aussi, la motivation première est le partage de données – démographiques, topographiques, économiques – entre les différents acteurs de la ville afin de rendre les politiques publiques plus efficaces. Il est par exemple possible de simuler l’impact économique de l’aménagement d’un quartier en fonction du pourcentage de surfaces dédiées aux activités tertiaires, aux commerces et aux logements.
Les projets de villes numériques vont se multiplier
Le nombre de jumeaux numériques de villes va fortement progresser au cours des cinq prochaines années, d’après une étude publiée par ABI Research en septembre 2019. D’une poignée de projets l’an passé, on passerait à plus de 500 intégrations opérationnelles en 2025. Pour le cabinet, il ne s’agira pas dans la plupart des cas d’un seul grand modèle, mais de jumeaux numériques spécifiques de sous-éléments (réseau électrique, voiries, bâtiments connectés…) qui seront interconnectés.
L’étude indique également que d’importants investissements devront être réalisés pour tirer pleinement parti de ces simulations. Simplement rajouter quelques capteurs sur les infrastructures existantes ne suffira pas. Les trois acteurs en pointe sur la question sont Dassault Systèmes, dont la solution 3DExperiencity est déployée à Rennes [photo], Microsoft et Siemens, suivis par Bentley Systems, CityZenith et IES.
Cela implique évidemment la collaboration des entreprises privées, comme la SNCF. Cette dernière a entrepris en 2019 la création d’un jumeau numérique pour la gare de Rennes à l’occasion de sa rénovation. Il sera le premier d’une longue série, car la SNCF prévoit de numériser 3 000 gares en France. Quel intérêt pour une gare ? Pouvoir tester différentes dispositions de commerces, salles d’attente et autres afin de déterminer la faisabilité et l’impact sur les clients de potentiels aménagements. Ce double virtuel est également augmenté d’informations en temps réel provenant des équipements électriques afin d’optimiser la gestion du lieu. Escaliers mécaniques, ascenseurs, climatisation, éclairage, portes automatiques y sont visualisables et peuvent être contrôlées de façon centralisée.
L’Ile-de-France n’est pas en reste. La région s’est rapprochée en octobre 2019 de Siradel, une société rennaise rachetée par Engie et spécialisée dans la création de jumeaux numériques de villes. Elle a entrepris de modéliser l’ensemble du territoire francilien en 3D, en agrégeant et qualifiant les ensembles de données existantes, puis en les complétant avec ses propres données. Au total, plus de 10 000 jeux de données ont été réunis en un référentiel sur une durée de six mois, et 2,5 millions de bâtiments ont été modélisés en 3D.
Des véhicules équipés de caméras et de capteurs (humidité, pollution…) circulent dans les rues pour compléter ce tableau en donnant la vision la plus exhaustive possible de la ville. À partir de cette modélisation, un premier service baptisé Mon potentiel solaire sera proposé aux habitants cette année. Il permettra de simuler l’ensoleillement d’un toit, mètre carré par mètre carré et sur une période d’un an, afin de déterminer son réel potentiel énergétique (et économique) avant d’installer des panneaux solaires. Autre service disponible dès 2020, Smart Works recensera tous les lieux où il est possible de travailler en Ile-de-France (espaces de coworking, médiathèques, universités…), que ce soit pour quinze minutes, quatre heures ou plusieurs jours.
Une accélération à travers le monde
Le développement de jumeaux numériques accompagne la mise en place de smart cities à travers le monde. Le processus est lent, mais inexorable. Il varie aussi en fonction des régions du monde et des besoins des métropoles. Aux États-Unis, ces efforts sont centrés sur la mobilité. La ville de Philadelphie a par exemple utilisé une modélisation 3D pour simuler son système de transport public (arrêts de bus et de tramway) de manière à optimiser la desserte des zones d’habitation tout en limitant les coûts de prolongement de la ligne de tramway. En juin 2019, treize villes américaines ont fondé l’Open mobility foundation, la fondation pour une mobilité ouverte. Ces municipalités s’intéressent, entre autres, à la mise en place d’infrastructures connectées pour optimiser la gestion du trafic et à l’établissement de standards communs.
Car la prochaine étape, c’est de connecter les jumeaux numériques de plusieurs villes. En Asie du Sud-Est, l’Association of southeast asian nations a lancé l’an passé un projet pilote pour créer un réseau de jumeaux numériques, qui inclut évidemment Singapour, mais aussi Jakarta (Indonésie) et Cauayan City (Philippines).
Source : Comment les smart cities tirent profit des jumeaux numériques
