La clé de villes durables : des jumeaux numériques de plus en plus sophistiqués
Une équipe de recherche propose la première analyse in silico rigoureuse d’équivalents de zones urbaines comme outil puissant de développement durable.
Par Sarah DeWeerdt (Opens in a new window)
Des modèles numériques dynamiques de villes, appelés des « jumeaux numériques », pourraient aider au développement durable des zones urbaines du monde entier, affirme une équipe internationale dans le journal Nature Sustainability.
Les jumeaux numériques sont plus que de simples modèles statiques. Ils intègrent des données en temps quasi réel provenant de capteurs et d’autres sources pour produire des « répliques virtuelles », expliquent les auteurs, soit des « équivalents in silico d’objets réels ».
Le concept de jumeaux numériques est apparu pour la première fois dans le secteur de la fabrication, et ceux-ci sont principalement utilisés en ingénierie des produits et des processus. Mais ces modèles s’avèrent également utiles dans des domaines allant de la médecine personnalisée à la prévision climatique et à des échelles allant du moléculaire au planétaire.
De nombreux chercheurs et chercheuses ont avancé l’idée que les jumeaux numériques seraient un outil puissant pour les efforts de développement durable. Mais jusqu’ici, personne n’avait examiné de manière rigoureuse les avantages et les inconvénients des jumeaux numériques urbains. Une nouvelle étude s’attelle à cette tâche en accordant une attention particulière au potentiel de cette approche de modélisation concernant les objectifs de développement durable des Nations Unies.
En effet, les jumeaux numériques présentent une foule d’avantages potentiels dans ce domaine, selon les chercheurs.Ces modèles peuvent aider les municipalités à allouer les ressources de manière plus efficace, à concevoir des réseaux d’eau plus performants, à prédire les embouteillages pour orienter la planification des transports, à simuler le comportement des consommateurs pour recommander des mesures d’économie d’énergie, etc.
En outre, « les modèles in silico offrent un espace virtuel où les nouvelles technologies propres, qui promettent une utilisation efficace des ressources, mais qui peuvent avoir des conséquences inattendues, peuvent être testées à une vitesse et à une échelle qui seraient autrement impossibles en raison du principe de prudence », écrit l’équipe internationale. Ainsi, les modèles pourraient, par exemple, aider les villes à déterminer comment intégrer des sources d’énergie renouvelable au réseau sans compromettre sa fiabilité.
Les jumeaux numériques pourraient aussi aider les scientifiques et les responsables des politiques à collaborer, peu importe les disciplines, les organismes, les ordres de gouvernement et la distance géographique. Ils pourraient également permettre aux villes de surveiller et de communiquer les progrès en matière d’objectifs de développement durable.
Des membres de l’équipe à l’origine de l’article ont participé à l’élaboration d’un jumeau numérique pour Fishermans Bend (Opens in a new window), un projet de renouvellement urbain à Melbourne, en Australie. Le modèle inclut plus de 1 400 couches de données historiques et en temps réel provenant de sources publiques et privées. Plus de 20 organismes gouvernementaux et municipalités l’utilisent pour analyser l’incidence des immeubles potentiels sur l’ensoleillement des espaces ouverts et la végétation (Opens in a new window), pour prédire la configuration de la circulation des tramways et pour résoudre d’autres enjeux d’urbanisme (Opens in a new window).
Des jumeaux numériques sont aussi utilisés dans des villes comme Zurich, Singapour et Shanghai pour surveiller le bruit et la pollution et pour faciliter la planification urbaine en tenant compte de la croissance de la population et des changements climatiques.
La méthode des jumeaux numériques présente toutefois des inconvénients. Puisqu’ils nécessitent une grande quantité de données, une puissance de calcul avancée et un savoir-faire technologique, les jumeaux numériques ont le potentiel d’exacerber les disparités numériques, surtout entre les pays à revenus élevés et à faibles revenus.
Qui plus est, même les modèles les plus complexes ne parviennent pas à représenter la nature variée d’une vraie ville (Opens in a new window). Les données nécessaires pour établir un jumeau numérique réussi peuvent être indisponibles, inaccessibles ou incompatibles avec d’autres sources. Et les aspects de science sociale des jumeaux numériques sont particulièrement mal compris.
Par ailleurs, les modèles peuvent être optimisés pour les mauvaises cibles. Les différents objectifs de développement durable comprennent des contradictions inhérentes, et les équipes de programmation doivent faire attention à la façon dont les résultats et les paramètres sont hiérarchisés, affirme l’équipe de recherche. Pour qui et par qui les décisions sont-elles prises, et qui est en reste au terme du processus?
Pour éviter ces écueils des jumeaux numériques et profiter de leurs avantages potentiels, les chercheurs recommandent aux gouvernements et aux institutions internationales de participer à la réduction des disparités numériques, car laisser la technologie des jumeaux numériques au marché garantit pratiquement que les pays à faibles ressources seront laissés pour compte.
L’équipe de recherche enjoint également les personnes qui créent et qui mettent en œuvre des jumeaux numériques de villes à porter attention à leurs responsabilités sociales et éthiques. « Une question fondamentale qui découle de ces enjeux est de savoir dans quelle mesure les personnes qui seront touchées par les décisions prises en fonction des modèles sont incluses dans leur conception et dans leur déploiement », écrit l’équipe.
« Il est intéressant de noter que, dans de tels cas, les jumeaux numériques eux-mêmes peuvent sensibiliser les responsables de la planification et des politiques aux inégalités socio-économiques, devenant ainsi des instruments d’inclusion », ajoute-t-elle.
Source : Tzachor A. et coll. Potential and limitations of digital twins to achieve the Sustainable Development Goals. Nature Sustainability. 2022.
Article original en anglais : https://www.anthropocenemagazine.org/2023/03/the-key-to-sustainable-cities-may-lie-in-increasingly-sophisticated-digital-twins/ (Opens in a new window)
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(Opens in a new window)Anthropocène est la version française d’Anthropocene Magazine (Opens in a new window). La traduction française des articles est réalisée par le Service de traduction de l’Université Concordia (Opens in a new window), la Durabilité à l’Ère Numérique (Opens in a new window) et le pôle canadien de Future Earth (Opens in a new window).