En associant modèles numériques, données territoriales et capacités de simulation, les jumeaux numériques offrent de nouvelles possibilités pour comprendre le fonctionnement d’une ville, anticiper certaines perturbations et tester des scénarios de crise. Leur intérêt dépend toutefois de la qualité des données, de leur gouvernance, de la cybersécurité du système et de la capacité des décideurs à interpréter correctement les simulations.

L’essentiel

Un jumeau numérique est une représentation numérique d’un équipement, d’une infrastructure, d’un bâtiment, d’un réseau ou d’un environnement physique permettant d’en analyser certains comportements.

Selon le niveau de sophistication du système, cette représentation peut être alimentée par :

• des données géographiques ;
• des capteurs ;
• des données techniques ;
• des systèmes d’information ;
• des données environnementales ;
• des modèles de simulation.

Dans une ville, ces technologies peuvent contribuer à mieux anticiper :

• inondations ;
• incendies ;
• congestion des transports ;
• défaillances d’infrastructures ;
• perturbations énergétiques ;
• effets de phénomènes climatiques.

Mais un jumeau numérique n’est pas une représentation parfaite de la réalité.

Il constitue un outil d’aide à la compréhension et à la décision, dont la fiabilité dépend directement des données, des hypothèses et des modèles utilisés.

1. Qu’est-ce réellement qu’un jumeau numérique ?

Le terme Digital Twin, ou jumeau numérique, est parfois utilisé de manière très large.

Il faut pourtant distinguer plusieurs niveaux.

Une représentation 3D d’une ville n’est pas nécessairement un jumeau numérique.

Une cartographie numérique peut représenter :

• bâtiments ;
• voirie ;
• réseaux ;
• relief ;
• infrastructures.

Un véritable dispositif de jumeau numérique va généralement plus loin en permettant d’établir une relation entre le système physique et sa représentation numérique.

Selon les projets, cette relation peut intégrer :

• des mises à jour périodiques ;
• des données dynamiques ;
• des capteurs ;
• des modèles prédictifs ;
• des simulations.

Il existe donc différents niveaux de maturité.

2. « Temps réel » ne doit pas devenir une définition automatique

Il est fréquent de lire qu’un jumeau numérique fonctionne nécessairement « en temps réel ».

Cette affirmation est trop restrictive.

Certains systèmes disposent effectivement de données remontées très fréquemment.

D’autres sont actualisés :

• périodiquement ;
• à la demande ;
• à partir de plusieurs bases de données ;
• selon la disponibilité des informations.

Pour la gestion de crise, la fréquence de mise à jour doit surtout être compatible avec la décision à prendre.

Une information extrêmement précise mais disponible trop tard peut être moins utile qu’une information moins détaillée mais rapidement exploitable.

3. Un nouvel outil pour comprendre les territoires

Une ville constitue un système particulièrement complexe.

Elle associe notamment :

• bâtiments ;
• routes ;
• réseaux ferroviaires ;
• eau ;
• énergie ;
• télécommunications ;
• établissements publics ;
• espaces naturels ;
• populations.

Ces éléments sont interdépendants.

Une panne électrique peut par exemple affecter :

• des transports ;
• des communications ;
• des bâtiments ;
• certains équipements de santé.

Le jumeau numérique peut permettre de mieux représenter ces interdépendances territoriales.

4. Anticiper avant la crise

L’un des intérêts majeurs des jumeaux numériques réside dans leur utilisation avant qu’un événement ne survienne.

Une collectivité peut notamment simuler :

• une inondation ;
• une vague de chaleur ;
• une interruption d’un axe routier ;
• une panne d’infrastructure ;
• une évolution des flux de population.

L’objectif n’est pas de prédire parfaitement l’avenir.

Il consiste à examiner plusieurs hypothèses et à identifier les vulnérabilités du territoire.

Cette approche peut contribuer à la préparation des plans de continuité et de gestion de crise.

5. Tester plusieurs scénarios sans affecter le système réel

L’intérêt d’un environnement numérique est notamment de pouvoir tester certaines hypothèses sans provoquer directement de perturbation dans le monde réel.

Il devient possible de comparer différents scénarios :

Que se passe-t-il si une infrastructure devient indisponible ?

Quels quartiers sont les plus exposés ?

Quels réseaux deviennent saturés ?

Quelles voies restent accessibles ?

Quels services deviennent dépendants d’un même point critique ?

Ces simulations peuvent contribuer à identifier des vulnérabilités qui seraient difficiles à observer avec une analyse isolée de chaque infrastructure.

6. La gestion des inondations constitue un cas d’usage majeur

Les phénomènes d’inondation se prêtent particulièrement bien à la modélisation numérique.

La combinaison de données concernant :

• topographie ;
• réseaux hydrauliques ;
• précipitations ;
• sols ;
• bâtiments ;
• infrastructures ;

peut permettre de simuler différents scénarios.

Ces outils peuvent contribuer à :

• visualiser les zones exposées ;
• analyser certaines conséquences ;
• tester des hypothèses de protection ;
• préparer des scénarios d’évacuation.

Le modèle ne remplace toutefois pas l’expertise hydrologique, météorologique ou opérationnelle.

7. Anticiper les effets d’une crise climatique

Les villes sont également confrontées à des risques croissants liés :

• aux fortes chaleurs ;
• aux sécheresses ;
• aux pluies intenses ;
• aux tempêtes ;
• aux submersions.

Un jumeau numérique territorial peut permettre de croiser différents facteurs :

• densité urbaine ;
• végétation ;
• matériaux ;
• températures ;
• localisation des populations ;
• infrastructures essentielles.

Ces analyses peuvent contribuer à identifier les quartiers nécessitant davantage d’adaptation.

8. Les infrastructures peuvent être analysées comme un système

L’un des principaux intérêts d’un jumeau numérique territorial est de dépasser l’analyse isolée d’une infrastructure.

Dans une crise réelle, les dépendances peuvent produire des effets en cascade.

Une interruption d’un réseau peut en affecter plusieurs autres.

Il est donc utile de comprendre :

quelles infrastructures dépendent de quelles autres infrastructures.

Cette connaissance contribue directement à la résilience territoriale.

9. Un outil potentiel pour les centres de gestion de crise

En situation de crise, une représentation consolidée peut faciliter la compréhension d’une situation.

Elle peut permettre de visualiser :

• localisation de l’événement ;
• infrastructures concernées ;
• zones potentiellement exposées ;
• voies de communication ;
• ressources disponibles.

Mais cette représentation ne doit pas devenir l’unique source de décision.

Elle doit rester confrontée :

• aux informations remontées du terrain ;
• à l’expertise des services ;
• aux données provenant d’autres systèmes ;
• à l’évolution réelle de l’événement.

10. Simulation et réalité ne doivent jamais être confondues

Un modèle constitue toujours une simplification.

Il repose sur :

• des données ;
• des hypothèses ;
• des règles ;
• des paramètres.

Une erreur dans l’un de ces éléments peut produire une simulation incorrecte.

Le décideur doit donc pouvoir connaître :

• la date des données ;
• leur origine ;
• leur niveau de précision ;
• les hypothèses du modèle ;
• les principales incertitudes.

Un résultat visuellement très convaincant ne doit pas être interprété comme une certitude.

11. Virtual Singapore : un exemple emblématique

Singapour a développé Virtual Singapore, une plateforme numérique 3D issue notamment des travaux de la Singapore Land Authority et d’autres organismes publics.

Le projet a été conçu pour permettre différents usages liés :

• à la planification ;
• à l’analyse ;
• à la simulation ;
• à la recherche ;
• au développement de services urbains.

La Singapore Land Authority décrit Virtual Singapore comme un jumeau numérique dynamique et interactif de la ville, utilisable notamment pour tester des solutions de planification urbaine.

Cet exemple montre que le jumeau numérique urbain ne doit pas être réduit à la seule gestion de crise.

Il peut devenir une infrastructure de connaissance territoriale utilisée dans de multiples politiques publiques.

12. L’Europe développe également les jumeaux numériques locaux

L’Union européenne soutient actuellement le développement de plateformes numériques locales et de Local Digital Twins.

La Commission européenne travaille notamment sur un espace européen de données destiné aux villes et communautés intelligentes et durables.

L’objectif est de faciliter le partage de données dans un environnement plus interopérable et sécurisé afin de soutenir notamment les plateformes urbaines et les jumeaux numériques locaux.

Cette évolution montre que la question dépasse aujourd’hui la simple expérimentation technologique.

Elle concerne progressivement l’organisation de véritables infrastructures numériques territoriales.

13. Les données constituent le cœur du système

Un jumeau numérique n’est utile que si les données qui l’alimentent sont suffisamment :

• fiables ;
• actualisées ;
• cohérentes ;
• compréhensibles.

La qualité de la représentation dépend donc directement de la qualité du système d’information territorial.

Une ville disposant d’un modèle graphique spectaculaire mais de données insuffisantes peut obtenir une représentation trompeuse de sa situation.

La sophistication visuelle ne garantit pas la qualité de l’analyse.

14. L’interopérabilité constitue un défi majeur

Les données urbaines proviennent de nombreux acteurs.

Elles peuvent être détenues par :

• collectivités ;
• opérateurs de transport ;
• distributeurs d’énergie ;
• services d’eau ;
• établissements publics ;
• entreprises privées.

Ces acteurs n’utilisent pas nécessairement :

• les mêmes formats ;
• les mêmes logiciels ;
• les mêmes référentiels ;
• les mêmes standards.

Construire un jumeau numérique nécessite donc souvent un important travail d’interopérabilité.

15. Qui contrôle le jumeau numérique ?

Une question fondamentale de gouvernance apparaît rapidement :

Qui contrôle la représentation numérique du territoire ?

Il faut déterminer :

• qui possède les données ;
• qui exploite la plateforme ;
• qui peut modifier les modèles ;
• qui accède aux informations ;
• quelles entreprises assurent la maintenance ;
• où les données sont hébergées.

Ces choix peuvent créer des dépendances technologiques importantes.

16. La dépendance aux fournisseurs doit être anticipée

Une collectivité peut progressivement dépendre :

• d’un logiciel propriétaire ;
• d’un format fermé ;
• d’un fournisseur cloud ;
• d’un intégrateur ;
• d’algorithmes difficiles à remplacer.

Cette dépendance peut devenir problématique sur des projets destinés à durer plusieurs décennies.

Les collectivités doivent donc anticiper :

• portabilité ;
• réversibilité ;
• documentation ;
• interopérabilité ;
• conservation des compétences internes.

Le problème n’est donc pas uniquement financier.

Il concerne également la souveraineté opérationnelle du territoire.

17. Un jumeau numérique peut lui-même devenir une infrastructure sensible

Plus le système contient d’informations sur :

• réseaux ;
• bâtiments ;
• transports ;
• énergie ;
• eau ;
• vulnérabilités ;

plus sa compromission peut avoir des conséquences importantes.

Le jumeau numérique devient donc lui-même un actif à protéger.

Sa cybersécurité doit être envisagée dès sa conception.

18. La cyberattaque peut cibler la disponibilité

Un attaquant n’a pas nécessairement besoin de modifier le modèle.

Il peut chercher à le rendre indisponible au moment où les décideurs en ont besoin.

Cette dépendance pose une question essentielle :

La gestion de crise peut-elle continuer si le jumeau numérique devient indisponible ?

Une organisation résiliente doit conserver :

• des procédures alternatives ;
• des données essentielles ;
• des moyens de communication indépendants ;
• des modes dégradés.

Le jumeau numérique doit renforcer la résilience, pas créer un nouveau point unique de défaillance.

19. L’intégrité des données est encore plus critique

Un scénario potentiellement plus difficile à détecter serait celui d’un système restant disponible mais fournissant des informations incorrectes.

Une altération de :

• données ;
• cartographies ;
• paramètres ;
• modèles ;

pourrait influencer la perception de la crise.

Dans les systèmes d’aide à la décision, l’intégrité constitue donc une exigence majeure de cybersécurité.

20. Les capteurs étendent la surface d’exposition

Les jumeaux numériques peuvent s’appuyer sur de nombreux équipements connectés.

Ces capteurs peuvent devenir autant de points d’entrée potentiels dans l’écosystème numérique.

L’ENISA souligne depuis plusieurs années que les infrastructures urbaines intelligentes reposent fortement sur les objets connectés et les systèmes cyber-physiques, ce qui nécessite une approche globale de la cybersécurité.

La sécurité doit donc être envisagée sur l’ensemble de la chaîne de données, et pas uniquement sur la plateforme centrale.

21. Les données urbaines ne sont pas nécessairement personnelles

Il faut également éviter une confusion fréquente.

Toutes les données d’un jumeau numérique ne relèvent pas du RGPD.

Une donnée concernant :

• la hauteur d’un bâtiment ;
• la température d’une canalisation ;
• le niveau d’une rivière ;

n’est pas automatiquement une donnée personnelle.

Le RGPD entre en jeu lorsqu’il existe un traitement de données à caractère personnel.

22. Mais certains systèmes peuvent affecter directement la vie privée

Des données issues :

• de smartphones ;
• de déplacements individuels ;
• de certaines caméras ;
• de dispositifs de suivi ;

peuvent en revanche concerner des personnes identifiées ou identifiables.

La CNIL rappelle notamment que certains dispositifs permettant de mesurer des flux ou des déplacements à partir des terminaux mobiles peuvent constituer des traitements de données personnelles.

La conception du jumeau numérique doit donc intégrer la protection des données dès l’origine lorsqu’un tel traitement est envisagé.

23. Attention aux caméras dites « intelligentes »

L’intégration de systèmes d’analyse automatisée d’images dans l’espace public mérite une vigilance particulière.

La CNIL souligne que les caméras dites « augmentées » peuvent présenter de nouveaux risques pour les droits et libertés lorsqu’elles permettent une analyse automatisée des personnes ou de leurs comportements.

Il faut donc éviter une logique consistant à collecter toutes les données disponibles simplement parce qu’elles pourraient être utiles au jumeau numérique.

La question doit rester :

Quelles données sont réellement nécessaires à la finalité recherchée ?

24. Plus de données ne signifie pas automatiquement meilleure décision

Une multiplication des capteurs et des informations peut créer une impression de maîtrise.

Mais trop de données peut également provoquer :

• surcharge informationnelle ;
• incohérences ;
• difficultés de validation ;
• alertes contradictoires.

L’enjeu est donc moins de disposer du maximum de données que de disposer des bonnes données au bon moment.

25. L’intelligence artificielle peut enrichir le jumeau numérique

Un jumeau numérique n’est pas nécessairement un système d’intelligence artificielle.

Cependant, l’IA peut être ajoutée pour :

• détecter des anomalies ;
• identifier certaines tendances ;
• analyser des volumes importants de données ;
• améliorer certains modèles prédictifs.

La relation peut donc être résumée ainsi :

Un jumeau numérique peut utiliser de l’IA, mais jumeau numérique et intelligence artificielle ne sont pas synonymes.

C’est pourquoi la catégorie « IA » n’est pas la plus pertinente pour cet article.

26. Le coût réel ne se limite pas à la construction initiale

Un projet de jumeau numérique ne représente pas uniquement un investissement initial.

Il faut également financer :

• maintenance ;
• actualisation des données ;
• licences éventuelles ;
• stockage ;
• cybersécurité ;
• formation ;
• développement ;
• compétences spécialisées.

Le coût doit donc être évalué sur tout le cycle de vie du système.

27. Un projet doit partir d’un besoin et non de la technologie

Une collectivité ne devrait pas commencer par se demander :

« Comment construire un jumeau numérique ? »

Elle devrait commencer par demander :

« Quel problème devons-nous résoudre ? »

Par exemple :

• anticiper les inondations ;
• améliorer la continuité des transports ;
• préparer des évacuations ;
• identifier des dépendances énergétiques ;
• gérer des vagues de chaleur.

Le choix technologique vient ensuite.

Cette approche évite de construire une plateforme coûteuse sans finalité opérationnelle suffisamment définie.

28. L’humain reste indispensable à la décision

Un jumeau numérique peut :

• représenter ;
• calculer ;
• simuler ;
• comparer.

Mais il ne connaît pas nécessairement :

• toutes les contraintes du terrain ;
• les priorités politiques ;
• les comportements humains ;
• les informations informelles ;
• l’évolution inattendue d’une crise.

Il doit donc rester un outil d’aide à la décision.

La technologie ne remplace ni le commandement, ni l’expertise terrain, ni la responsabilité décisionnelle.

Points de vigilance

« Un jumeau numérique est une copie parfaite d’une ville »

Non.

Il constitue une modélisation répondant à certaines finalités.

« Un jumeau numérique fonctionne forcément en temps réel »

Non.

La fréquence de synchronisation dépend du système et de ses besoins.

« Un jumeau numérique repose nécessairement sur de l’IA »

Non.

L’IA peut enrichir certaines fonctions mais n’est pas indispensable à l’existence du modèle.

« Plus on collecte de données, meilleur sera le système »

Non.

La pertinence, la qualité et la gouvernance des données sont plus importantes que leur quantité.

« Une simulation permet de prédire précisément une crise »

Non.

Elle permet de tester des hypothèses, pas de supprimer l’incertitude.

Ce qu’il faut retenir

Le jumeau numérique peut devenir un outil puissant de préparation et de résilience territoriale.

Il peut contribuer à :

comprendre les interdépendances ;

simuler des crises ;

identifier des vulnérabilités ;

tester des scénarios ;

améliorer la représentation d’une situation.

Mais son efficacité dépend directement :

de la qualité des données ;

de l’interopérabilité ;

de la cybersécurité ;

de la gouvernance ;

de la capacité humaine à interpréter les résultats.

Un jumeau numérique ne supprime pas l’incertitude : il aide à mieux la préparer.

Perspectives

Les prochaines années devraient voir se développer davantage de jumeaux numériques territoriaux, notamment sous l’effet de :

• la transition numérique ;
• l’adaptation climatique ;
• la multiplication des capteurs ;
• la disponibilité croissante de données géographiques ;
• l’intégration de l’intelligence artificielle ;
• la volonté européenne de développer des plateformes numériques locales interopérables.

Le véritable enjeu ne sera cependant pas d’obtenir la représentation numérique la plus spectaculaire.

Il sera de disposer d’un système :

utile ;

fiable ;

interopérable ;

sécurisé ;

compréhensible ;

maintenable dans le temps.

Pour la gestion de crise, le progrès ne résidera donc pas seulement dans la capacité à reproduire numériquement une ville.

Il résidera dans la capacité à transformer cette représentation en outil de préparation, d’anticipation et de résilience, tout en conservant la capacité d’agir lorsque la technologie devient elle-même indisponible.

Sources et références institutionnelles

• Commission européenne – Smart Cities and Communities / Local Digital Twins
• Singapore Land Authority – Virtual Singapore
• ENISA – Cybersecurity for Smart Cities
• ENISA – Sécurité des objets connectés et infrastructures intelligentes
• CNIL – Données personnelles et dispositifs de mesure dans les espaces publics
• CNIL – Caméras augmentées dans les espaces publics
• Règlement général sur la protection des données – RGPD
• Directive NIS2, lorsque les acteurs et activités concernés entrent dans son champ d’application

Publication ADESS – Analyse stratégique

ADESS – Association des Experts en Sécurité et Sûreté

Cette publication présente une analyse générale des possibilités et des risques associés aux jumeaux numériques dans la préparation et la gestion des crises urbaines. Elle ne constitue ni une doctrine opérationnelle de gestion de crise, ni une recommandation technique pour le déploiement d’un système particulier.

Anonyme : ID 12902495