Des villes plus efficaces grâce aux « jumeaux numériques »

Pour les urbanistes, une vue d’ensemble d’une carte montrant les bâtiments et les rues ne suffit plus. Ils doivent simuler les modifications des lignes de bus ou des horaires des feux avant leur déploiement, afin d’anticiper leur impact sur la population. Cela est désormais possible grâce aux jumeaux numériques, souvent appelés « monde miroir ». Cette méthode permet de vivre des scénarios de manière plus sûre et plus efficace grâce à une réplique virtuelle tridimensionnelle.

Des villes comme New York, Shanghai et Helsinki utilisent déjà des jumeaux numériques. En 2022, la ville de Zurich a lancé sa propre versionLien externe. Chacun peut l’utiliser pour mesurer la hauteur des bâtiments, déterminer les ombres portées et anticiper le développement de la plus grande ville de Suisse. Les embouteillages, la pénurie de logements et la demande croissante d’énergie deviennent des problèmes urgents en Suisse, où 74% de la populationLien externe vit en milieu urbain.

À mesure que les densités de population et les niveaux de détail augmentent, la maintenance et la gestion des jumeaux numériques deviennent plus complexes. C’est l’avis de l’architecte et urbaniste Aurel von Richthofen, du cabinet de conseil Arup.

Les modèles existants ressemblent à des « silos individuels ». «Les données ne peuvent pas être partagées, donc la planification urbaine n’est pas aussi efficace que nous le souhaiterions», a déclaré Aurel Richthofen lors d’un récent événement organisé par le réseau suisse d’innovation Swissnex.Lien externe. Aujourd’hui, la recherche a pris conscience de ces limites et tente d’y remédier.

Des jumeaux numériques gourmands en données

Les données sous-jacentes sont la clé de l’efficacité d’une ville jumelle numérique. Mais il est extrêmement difficile d’accéder à des données de qualité provenant de différentes organisations. Les capteurs, drones et appareils mobiles peuvent collecter des informations en temps réel. Cependant, ils ont tendance à être organisés autour de différents domaines de connaissances. Cela concerne par exemple l’aménagement du territoire, la maîtrise des constructions, les transports ou l’écologie. Chacun a sa propre culture de collecte de données et ses propres modèles physiques.

Aurel Richthofen dirige l’équipe d’urbanisme intégré d’Arup à Berlin. Il estime nécessaire d’intégrer différents modèles et concepts pour mieux répondre aux problématiques de planification et créer une version plus dynamique des jumeaux numériques.

des chercheurs de l’Université de Cambridge et de l’École polytechnique fédérale de Zurich (ETH Zurich), Aurel Richthofen a lancé le projet Cities Knowledge Graph.Lien externe en 2021. Il vise à rassembler, combiner et partager avec la population et les urbanistes les données relatives aux villes, depuis les plans de construction jusqu’aux flux de transports et aux infrastructures souterraines.

Chaque ville est un système unique, vaste et multiforme. De ce fait, il est difficile pour les responsables des communes urbaines d’avoir une vue d’ensemble. «Mais nos travaux les aideront à comprendre tous les sous-systèmes, leurs interactions et leurs voies d’accès», souligne Aurel Richthofen. Il décrit leur travail comme « dessiner une empreinte digitale unique, prendre le rythme cardiaque et créer une image globale de chaque ville ». Il espère que leur outil sera également utile pour faire correspondre la demande et l’offre d’énergie aux réseaux locaux, par exemple.

Rendre les villes plus vertes

Les jumeaux numériques peuvent également être utilisés pour réduire les émissions de carbone. Scandens, une spin-off de l’ETH, a récemment développé une solution logicielle pour réduire l’empreinte carbone des grands bâtiments.

En Suisse, le secteur de la construction contribue à un cinquième des émissions de gaz à effet de serre du paysLien externe. La plupart des bâtiments sont encore chauffés au fioul ou au gaz. « De plus en plus d’exigences réglementaires obligent les propriétaires d’immeubles à accélérer la décarbonisation », a déclaré Kuba Szczesniak, co-fondateur de Scandens.

L’année 2022 a marqué un changement majeur dans la politique énergétique, avec de nouvelles normes de construction. La stratégie énergétique du gouvernement pour 2050 stipule que la Suisse doit réduire la consommation d’énergie des bâtiments de 39 % pour atteindre zéro émission nette d’ici 2050. Le Parlement a également approuvé une mesure dite d’obligation solaire. Cela nécessite que des panneaux solaires soient installés sur les toits et les façades des nouveaux bâtiments dont la surface au sol éligible est supérieure à 300 mètres carrés.

A Genève, les bâtiments à forte consommation énergétique ont déjà besoin d’être rénovés. L’obligation de rénovation est progressive, la priorité étant donnée aux bâtiments les plus consommateurs d’énergie par unité de surface. Le canton de Vaud, de son côté, exige que toutes les offres et contrats de location soient accompagnés d’un certificat énergétique du bâtiment. La consommation énergétique des biens immobiliers doit en même temps être mentionnée dans le registre foncier public, afin d’assurer une plus grande transparence.

Les logiciels de simulation, tels que ceux développés par Scandens, peuvent aider les entreprises de construction et les propriétaires à créer des jumeaux numériques de bâtiments pertinents. Ils peuvent alors simuler et calculer la performance énergétique et l’impact climatique de chaque bâtiment existant. Cet objectif est atteint grâce à l’évaluation des systèmes de chauffage et de refroidissement, ainsi qu’à l’impact potentiel de mesures telles que l’installation de panneaux solaires. Cependant, Kuba Szczesniak affirme que de nombreux propriétaires ignorent les avantages des jumeaux numériques. Lui et son équipe passent beaucoup de temps à expliquer le concept aux clients avant le début de la collaboration.

« Il est très important d’éduquer les gens sur la culture numérique et de leur donner confiance dans une technologie fiable. Sans cela, ils ne feront pas confiance aux solutions que nous proposons, explique-t-il. Notre expérience ne doit pas être ignorée.

De nombreux obstacles demeurent

Tout le monde n’a pas autant confiance dans la capacité des jumeaux numériques à équilibrer les ressources et les services dans les villes. Professeur adjoint et directeur de l’Urban Digital Twin Lab à l’Université de Floride centrale aux États-Unis, Sohell SabriLien externe a souligné dans un courriel adressé à swissinfo.ch qu’il existe encore un écart entre l’utilisation théorique et pratique des jumeaux numériques dans l’urbanisme.

Selon Sohell Sabri, le manque d’harmonisation des données entre les différents territoires et la réticence de nombreux services municipaux à partager leurs données sont les principaux obstacles à l’utilisation des jumeaux numériques.

Une étude 2023Lien externe est arrivé à une conclusion similaire. Des chercheurs de Singapour et des Pays-Bas ont examiné les recherches existantes et interrogé 52 experts internationaux. L’objectif était d’identifier les obstacles à l’utilisation des jumeaux numériques dans les villes et d’explorer les raisons des écarts entre la vision et la réalité. Les données constituent la plus grande partie du problème. Souvent, les informations ne sont pas standardisées, accessibles ou à jour. Il est cependant nécessaire qu’un ordinateur soit capable d’analyser les données collectées dans différentes zones pour ensuite simuler le trafic ou la consommation énergétique d’une ville. Ces exigences concernent des domaines tels que la circulation, les catastrophes et les conditions atmosphériques (température, humidité, pollution, etc.).

Les technologies actuelles, comme l’imagerie satellitaire et la photographie aérienne, permettent de mesurer les caractéristiques physiques et fonctionnelles des villes. « En revanche, il est difficile de mesurer les aspects liés à la construction sociale et à l’expérience », a également relevé Sohell Sabri. Les aspects sociaux des jumeaux numériques urbains ont jusqu’à présent été moins étudiés et donc mal compris. Cela concerne par exemple l’attachement à un lieu, les déplacements, les habitudes et les décisions des habitants d’une zone urbaine.

« Les villes sont une combinaison de caractéristiques objectives et subjectives », selon Sohell Sabri, et notre expérience d’un lieu ne doit pas être ignorée. Le jumeau numérique d’une ville devrait être plus qu’un clone.

Texte relu et vérifié par Sabrina Weiss et Veronica DeVore, traduit de l’anglais par Mary Vacharidis / op

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