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Jumeaux numériques : une révolution dans la gestion urbaine et rurale

Les villes et les régions utilisent de plus en plus de données numériques pour améliorer la gestion de leur territoire. Par exemple, la ville de Gothenburg, en Suède, a créé son jumeau numérique pour gérer les transports, l’eau et l’énergie. Le jumeau numérique est utilisé pour simuler différents scénarios et améliorer les infrastructures urbaines.

Les jumeaux numériques sont des représentations numériques de territoires donnés, créées à partir de données collectées en temps réel et traitées par des algorithmes. Ils participent à la transformation des modes de gestion des territoires en participant à accélérer la compréhension d’une situation et la prise de décision. Il s’agit de « copies » virtuelles et interactives d’espaces géographiques réels qui intègrent des informations sur l’urbanisme, l’environnement, la gestion des services publics notamment – d’où le terme de « jumeaux ».

En Corse, un jumeau numérique pour le village de Cozzano

Cette pratique numérique s’étend aujourd’hui à des territoires plus petits qui se distinguent des villes par des approches plus participatives dès la conception. Le village de Cozzano en Corse, entouré de montagnes et de forêts, accueille 300 habitants et vise à devenir une zone à énergie positive grâce à l’utilisation de sources d’énergie renouvelables telles que la biomasse, l’hydroélectricité et le solaire.

Un projet qui repose sur la création du smart village de Cozzano, « jumeau numérique » collectant les données sur l’environnement et les activités du village (agriculture, élevage, risques, etc.), permettant de les stocker, les analyser et surtout de prédire l’état des ressources (énergie, eau, déchets) afin d’en assurer une gestion efficace. Cet outil, lancé en 2017 et développé grâce à l’implication des habitants, qui agissent et visualisent des informations du village au travers d’interfaces sur un navigateur web et des réseaux sociaux, est devenu essentiel pour la transition énergétique du village et les interactions sociales.

Mieux gérer les territoires sur le long terme

Les jumeaux numériques sont très souvent mis à profit pour expérimenter divers scénarios et anticiper des situations. En particulier, la gestion de la logistique urbaine est touchée par l’apport du numérique, à l’instar de la métropole de Rennes qui a conçu en collaboration avec Dassault Systèmes son jumeau numérique dans le but de mieux comprendre les flux de circulation urbaine, d’optimiser les infrastructures de transport et d’anticiper les répercussions des projets de construction.

Dans le domaine du ramassage des déchets par tournée, un jumeau numérique permet de visualiser de manière détaillée les différentes zones de ramassage, leurs horaires, ainsi que les types de déchets collectés afin d’optimiser les itinéraires des camions de collecte, comme à Chatou par exemple. Enfin, le réseau de distribution d’eau de la métropole de Valence, en Espagne, est désormais géré grâce à un des rares jumeaux numériques de cette envergure au monde.

Anticiper la gestion de crises avec les jumeaux numériques

Le jumeau numérique du territoire offre également la possibilité de réaliser des simulations en matière de gestion de crise et d’alerte, afin de préparer et planifier des réponses appropriées. Ainsi, les acteurs humains d’un territoire (citoyens, décideurs, élus, milieux associatifs, professionnels et pouvoirs publics) peuvent obtenir des informations rapidement pour prendre leurs décisions.

Ainsi, des capteurs de la qualité de l’air peuvent nourrir de données un jumeau numérique, ce qui permet de prendre des mesures préventives, comme dans la Vallée des Gaves dans les Pyrénées.

La ville de Grenoble utilise un jumeau numérique pour gérer les risques d’inondation dans la plaine du Drac et de l’Isère. Celui-ci peut simuler différents scénarios quant à l’étendue et la gravité de l’événement en fonction des conditions météorologiques, du relief, de la répartition du bâti, ce qui permet aux autorités locales de préparer des plans d’évacuation, de mettre en place des mesures de protection et d’informer les citoyens en temps réel des consignes de sécurité à suivre.

Des jumeaux numériques à différentes échelles

Les jumeaux numériques adoptent de plus en plus une approche intégrative à plusieurs échelles pour agréger les données territoriales, englobant ainsi tout le spectre, des foyers aux départements, en passant par les quartiers, les régions et jusqu’à l’échelon national.

Ainsi, le jumeau numérique de la région Auvergne-Rhône-Alpes est développé pour optimiser la gestion des secteurs agricole, touristique et énergétique tout en fournissant un outil d’évaluation politique. Il permet d’effectuer des simulations de divers scénarios, tels que le changement climatique ou les catastrophes naturelles, afin de renforcer la résilience des régions concernées en identifiant des actions prioritaires en termes de politiques publiques.

Cependant, un défi subsiste quant à l’intégration et à l’interopérabilité des données. Celles-ci nécessitent une approche à la fois globale et modulaire. En effet, certaines ressources sont propres aux communes (entretien des routes et des bâtiments publics, gestion des déchets, approvisionnement en eau potable), tandis que d’autres ressources sont partagées au niveau intercommunal (équipements culturels et sportifs, services de transport en commun), voire plus agrégées encore.

Imaginez que chaque ville ou village ait une version numérique d’elle-même, comme un avatar dans un jeu vidéo. Maintenant, imaginez que tous ces avatars puissent partager des informations. Au lieu d’avoir juste un avatar pour une ville, nous pourrions avoir un grand avatar pour une région entière ou même un pays. C’est comme assembler un puzzle où chaque pièce est un village, une ville ou une région.

Partager les données tout en assurant le bon niveau de confidentialité

Les données provenant du réel ou dérivées des simulations ont la capacité d’être partagées parmi les divers intervenants, incluant les citoyens, les municipalités et les entités intercommunales. Le jumeau numérique joue également un rôle crucial dans la coordination d’un partage transparent et efficace des données.

Cependant, certaines données utilisées par les jumeaux numériques sont potentiellement confidentielles (secret industriel, données sensibles en termes de sécurité d’approvisionnement en eau ou électricité) et doivent faire l’objet de protections particulières des hébergeurs.

Imaginez les jumeaux numériques comme des poupées russes, où chaque poupée, ou niveau, représente une dimension différente : un individu, une maison, un quartier, une ville, et ainsi de suite. Chaque poupée a ses propres informations, et lorsqu’elle s’intègre dans une poupée plus grande, elle ne partage que ce qui est nécessaire pour cette dimension plus large. Chaque élément est à la fois un tout et une partie d’un tout plus grand. Cette structure garantit que les informations sont partagées au bon niveau, protégeant ainsi la vie privée. Cependant, il est essentiel de maîtriser les échanges d’informations entre les différents niveaux.

Une approche globale de transformation des services

Le jumeau numérique d’un territoire, au-delà d’être un simple outil, propose en synthèse une approche globale de transformation des services à la population, qui nécessite l’engagement des parties prenantes et une gouvernance renouvelée. En effet, le succès du jumeau numérique dépend donc en premier lieu de la profondeur de la réflexion initiale sur les usages attendus.

Son efficacité repose de plus sur une collecte et une intégration minutieuses des données, et sur la garantie de leur confidentialité et de leur sécurité. Il est également crucial d’intégrer, lors du développement informatique du jumeau numérique, une capacité d’adaptation pour faire face à l’évolution et à la complexité croissante des systèmes simulés.

Si ces contraintes deviennent bien maîtrisées, il devient envisageable d’établir des jumeaux numériques interconnectés à l’échelle nationale, agrégeant les informations depuis les niveaux les plus détaillés, et répondant ainsi à l’ensemble des besoins en informations des diverses collectivités, qu’elles soient urbaines ou rurales. Un projet à l’échelle nationale est déjà en cours au Luxembourg, qui considère l’intégralité de son territoire comme un banc d’essai numérique.

À propos des auteurs :
Gregory Zacharewicz.
Professeur de l’Institut Mines Telecom, IMT Mines Alès – Institut Mines-Télécom.
Cedrick Beler : Maître de Conférences en Systèmes d’Information, École Nationale d’Ingénieurs de Tarbes (ENIT).
Souad Rabah : enseignante chercheuse, IMT Mines Alès – Institut Mines-Télécom.
Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l’article original.

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