vignette|upright=1.5|Une plateforme pétrolière (à droite) et son jumeau numérique (à gauche). Un jumeau numérique (en anglais « ».) est un modèle numérique qui reconstitue fidèlement un objet, un organisme., une opération ou un système tel qu'utilisé (ou maintenu/exploité). Ces clones numériques peuvent avoir de multiples usages.. Le jumeau numérique n'est pas seulement une réplique d'un objet à un moment précis, mais il comprend également le processus par lequel l'objet est passé depuis sa conception jusqu'à son état final. Ainsi, le jumeau numérique reflète non seulement l'objet lui-même, mais aussi son histoire de développement et de fabrication. De ce fait, on peut comprendre la durée de vie de l'objet dans sa totalité, même après qu'il a été livré et que les garanties de dix à trente ans sont épuisées.. Un jumeau numérique fournit donc à la fois les détails constitutifs et la dynamique opérationnelle d'un élément de l'Internet des objets tout au long de son existence..
Les jumeaux numériques intègrent l'intelligence artificielle, l'apprentissage automatique et l'analyse des données avec des données pour créer des modèles de simulation numérique qui se mettent à jour et changent à mesure que leurs contreparties physiques changent. Un jumeau numérique apprend en permanence et se met à jour en utilisant de multiples sources pour représenter son statut, sa condition de travail ou sa position en temps quasi réel. Ce système d'apprentissage, apprend de lui-même, en utilisant : des données de capteurs qui transmettent divers aspects de son état de fonctionnement ; d'experts humains, tels que des ingénieurs ayant une connaissance approfondie et pertinente du domaine industriel ; d'autres machines similaires ; d'autres flottes de machines similaires ; et de systèmes plus vastes et de l'environnement desquels il fait partie. Un jumeau numérique intègre également des données historiques de l'utilisation passée de la machine qu'il intègre à son modèle numérique.
Dans divers secteurs industriels, les jumeaux numériques sont utilisés pour optimiser le fonctionnement et la maintenance des actifs physiques, des systèmes et des processus de fabrication.. Les jumeaux numériques constituent une technologie de formation pour l'Internet industriel des objets, où ils peuvent interagir virtuellement avec d'autres machines et personnes.. Dans ce contexte d'Internet des Objets, ils sont parfois mentionnés sous l'appellation de « cyberobjets », ou encore « d'avatars digitaux »..
Acteurs du secteur en Europe Une cartographie exhaustive des acteurs européens impliqués dans le domaine des jumeaux numériques a été faite à l'initiative de la Commission européenne. Elle identifie non seulement les fournisseurs de technologies et de plateformes adaptées, mais aussi les utilisateurs finaux engagés dans des projets pilotes ou des déploiements à plus grande échelle. L'un des objectifs de cette cartographie est de déceler les complémentarité et disparités de maturité numérique entre territoires et collectivités européennes, ainsi que leurs divers niveaux d'ambition concernant la digitalisation des services publics.
Ce travail vise aussi à fournir un référentiel commun pour faciliter l'interopérabilité et l'amélioration des compétences techniques au sein de l'Union européenne, à moyen et long terme. Il s'inscrit dans le cadre plus large du projet Living Digital Twins (LDT), dans le cadre du programme Horizon Europe de la Commission européenne, notamment via la section dédiée aux projets de recherche et d'innovation (CORDIS).
Spécifications techniques et cadre standardisé des Jumeaux Numériques Locaux (JNL) Des documents clés, tels que le rapport public "D05.02 Public report on the LDT Toolbox detailed specifications requirements"Rapport public "D05.02 Public report on the LDT Toolbox detailed specifications requirements, disponible sur Zenodo (plateforme d'archives ouvertes et de données ouvertes, créée par le CERN en 2013 dans le cadre du programme européen Horizon 2020, détaillent les aspects techniques et les exigences fonctionnelles nécessaire au développement d'une boîte à outils « LDT Toolbox » dédiée aux jumeaux numériques locaux. Le rapport explicite aussi les spécifications techniques à prendre en compte lors de la passation de marché. Il met un accent particulier sur la nécessité d'une conception modulaire et évolutive, dans un cadre standardisé qui facilitera la mise en œuvre et la pérennisation des solutions JNL dans des environnements hétérogènes, et mieux répondre aux besoins des villes et territoires européens en matière de transformation digitale et de transition écologique, pour notamment contribuer à une gestion plus efficace et soutenable des régions, villes et territoires ruraux, dans leur complexité.
En 2025, un rapport de la Commission européenne Commission européenne, Mapping EU-based LDT providers and users https://www.smartcitymag.fr/src/ressources/00/00/00/F3/mapping_eu_based_ldt_local_digital_t_274892_a.pdf et le salon virtualTer dénombrent plus de 135 plateformes et outils de jumeaux numériques permettant de modéliser, surveiller et optimiser les infrastructures et services urbains grâce à l’intégration de données et d’algorithmes, notamment d’intelligence artificielle. Dans le cadre de l’initiative de la Commission européenne « CNECT/2022/OP/0098 – Procurement of the Technical Specifications for the Local Digital Twins (LDTs) Toolbox », un projet porté par la Direction générale des réseaux de communication, du contenu et des technologies (DG CNECT) dans la section « Digital Excellence & Science Infrastructure – Technologies for Smart Communities », concerne la transformation numérique des villes et des territoires européens via les « jumeaux numériques locaux » (Local Digital Twins ou LDTs).
Utilité et exemples d'applications des jumeaux numériques Les jumeaux numériques (digital twins) trouvent des applications de « bac à sable virtuel » dans une multitude de secteurs, permettant l'optimisation des performances, la préparation de maintenance prévisionnelle, le diagnostic de problème via la simulation d'objets ou de systèmes plus ou moins complexes (une ville par exemple) ; ils peuvent aider à valider des scenarii prospectif ou alternatifs de transition écologique, d'adaptation au changement climatique, de énergétique ou encore agro-alimentaire auxquelles nous devons faire face demandent des décisions en matière d’adaptation des pratiques ou d’aménagement de notre territoire qui soient rapides, robustes et étayées par des analyses éclairées. Les jumeaux numériques peuvent s'appuyer, de plus en plus, sur la modélisation tridimensionnelle (mais un jumeau numérique peut être parfois simplifié en 2 D), et l'intégration de données issues de capteurs pour créer une réplique virtuelle dynamique d'un objet ou d'un système physique.
Optimisation et maintenance d'équipements complexes
Les jumeaux numériques sont couramment utilisés pour optimiser les performances et la maintenance prévisionnelle d'équipements complexes, notamment dans l'industrie et la production d'énergie : Production d'énergie : Ils permettent de travailler sur des objets très complexes comme une plateforme de forage offshore, ou d'optimiser les turbines de production d'énergie, les éoliennes, de positionner des panneaux photovoltaïques ou de faciliter leur intégration paysagères et dans le réseau électrique et les générateurs, en simulant leur comportement sous diverses conditions et en prédisant les pannes. Transport : Moteurs d'avion : Les jumeaux numériques des moteurs d'avion permettent de suivre leur état en temps réel, d'anticiper les besoins de maintenance et d'optimiser leur consommation de carburant. Locomotives : Ils sont utilisés pour la surveillance et la maintenance des locomotives, améliorant la fiabilité et la sécurité des transports ferroviaires. Structures complexes : De grandes structures comme les plates-formes offshore et les navires bénéficient également de jumeaux numériques pour le suivi de leur intégrité structurelle et la planification de leur maintenance.
Surveillance, tests, diagnostic et pronostic Les jumeaux numériques sont des outils puissants pour la surveillance, le diagnostic et le pronostic afin d'optimiser la performance et l'utilisation des actifs. Les données captées en temps réel par des capteurs sur l'objet physique sont combinées avec des données historiques, l'expertise humaine, l'apprentissage automatique et la simulation informatique pour affiner les prédictions et identifier les causes profondes de certains problèmes. Cette capacité à anticiper les problèmes améliore considérablement la productivité et réduit les coûts de maintenance.
Conception et gestion d'infrastructures Les jumeaux numériques sont de plus en plus utilisés dans la conception, la construction et la gestion des villes, infrastructures urbaines et des bâtiments : Bâtiments et villes intelligentes : Ils permettent de modéliser des édifices entiers ou des quartiers urbains, optimisant leur conception, leur consommation énergétique (par exemple, grâce à des jumeaux numériques de systèmes CVC - chauffage, ventilation et climatisation) et leur gestion. Ils facilitent la simulation de scénarios complexes, comme l'évacuation en cas d'urgence ou l'impact de nouvelles constructions. Ils permettent de tester ( « tests de résistance virtuels » ; crash tests éventuellement) les plans et programmes et certaines politiques d'aménagement du territoire. A titre d'exemple le Le Royaume-Uni (depuis 2020) a un programme de « jumeau numérique national » (National Digital Twin Programme), de même que la France (projet co-porté par l'IGN, le Cerema et l'Inria, qui se veut souverain et interopérable) ou des collectivités comme le (département de l'Aveyron par exemple) ou de plus petite taille (avec par exemple un testé à Loos-en-Gohelle). Infrastructures énergétiques et réseaux : Les jumeaux numériques des réseaux électriques intelligents (smart grids), des stations de traitement d'eau ou des réseaux de transport permettent de simuler des dysfonctionnements, d'optimiser les flux et de planifier les interventions de maintenance. Ponts et infrastructures critiques : Des chercheurs ont développé des jumeaux numériques pour surveiller et évaluer leur état et santé structurelle, en intégrant des données de capteurs sur les contraintes, les vibrations et les déformations, pour prédire leur durée de vie restante, et les besoins de maintenance. Ports intelligents : Des jumeaux numériques sont utilisés pour simuler et optimiser les opérations portuaires, incluant la gestion du trafic maritime et des transports terrestres ; la planification de l'accostage des navires et l'optimisation des opérations de chargement/déchargement, améliorant ainsi l'efficacité et la sécurité des ports.
Santé et médecine Le concept de jumeau numérique gagne le secteur de la santé, ouvrant la voie à une médecine plus personnalisée : le jumeau numérique humain (ou Patient Digital Twin), combiné à l'intelligence artificielle dans la santé, est un modèle virtuel de patient, pouvant intégrer ses données génétiques, son historique médical, ses paramètres physiologiques en temps réel (via des capteurs portables). Outre un intérêt pour l'apprentissage de la médecine, il pourrait bientôt permettre de simuler l'évolution de maladies, l'efficacité de traitements, la préparation d'une opération chirurgicale ou l'impact de thérapies personnalisées, avec le potentiel d'améliorer la médecine préventive, le diagnostic, la chirurgie et la recherche médicale et pharmaceutique.. ;