Jumeau numérique · Glossaire

Un jumeau numérique est une représentation numérique d'un objet ou d'un système réel. Sa particularité : il est couplé à son modèle par des liaisons de données et est régulièrement aligné sur l'état réel de celui-ci. La norme internationale ISO/IEC 30173 de novembre 2023 décrit la notion, tous secteurs confondus, de la manière suivante : un jumeau numérique est la représentation numérique d'une entité cible, dont les liaisons de données rapprochent l'état physique et l'état numérique à un taux de synchronisation approprié. Parmi les capacités typiques, la norme cite la connexion, l'intégration, l'analyse, la simulation, la visualisation et l'optimisation. Un jumeau donné n'a pas besoin de les posséder toutes.

Dans le système électrique, un jumeau numérique peut représenter des réalités très différentes : un équipement isolé, un poste de transformation, un réseau de distribution, un réseau de transport, un stockage, une centrale, un bâtiment ou une installation industrielle. La norme distingue en conséquence les jumeaux de composants, d'installations, de systèmes et de processus. Un jumeau numérique est plus qu'une représentation graphique. Il relie entre eux des données, des modèles, des valeurs mesurées, des informations d'état et des règles.

Le fondement est un modèle cohérent de l'objet considéré. Pour un réseau électrique, cela comprend par exemple les lignes, les transformateurs, les états de commutation, la technique de protection, les injecteurs, les consommateurs, les points de mesure et les liens entre eux. S'y ajoutent des données dépendant du temps, comme les courbes de charge, les profils d'injection, les températures, les messages de commutation ou les valeurs mesurées par des capteurs. Selon la finalité, le jumeau contient aussi des modèles de calcul, par exemple pour le calcul de répartition des charges, pour les analyses de court-circuit, pour le vieillissement des équipements ou pour la simulation d'états de fonctionnement.

C'est en cela qu'un jumeau numérique se distingue d'une base de données ordinaire. Une base de données enregistre des données de référence, par exemple l'année de construction, l'emplacement, le fabricant ou les valeurs nominales d'un transformateur. Un jumeau numérique relie ces informations à l'état actuel et à un modèle. On peut en déduire quels états sont possibles ou à prévoir. Un système de conduite n'est pas non plus automatiquement un jumeau numérique : il affiche et pilote l'exploitation en cours. Un jumeau numérique peut utiliser ces données. En règle générale, il doit toutefois aider en outre à estimer ce que provoquerait une manœuvre de commutation, une décision de maintenance ou une évolution du profil d'injection.

Distinction avec le modèle, le tableau de bord et la simulation

Le terme est employé pour des applications numériques très diverses. Un tableau de bord qui affiche des valeurs mesurées n'est pas encore un jumeau numérique. Une visualisation 3D d'une installation ne fait partie d'un jumeau numérique que si elle est reliée à des données techniques, à des informations d'état et à des fonctions d'évaluation. Un modèle de simulation peut faire partie d'un jumeau numérique. Sans lien avec des données réelles actuelles ou régulièrement mises à jour, il reste toutefois un modèle théorique. Selon l'ISO/IEC 30173, c'est précisément cette liaison de données avec l'objet réel qui constitue la caractéristique décisive.

Le mot « temps réel » est lui aussi souvent employé de façon imprécise. La norme n'exige pas le temps réel, mais un taux de synchronisation adapté à la finalité. Tout jumeau numérique ne travaille donc pas à la seconde. Pour l'exploitation du réseau opérationnelle, des valeurs mesurées actuelles et de courts intervalles d'actualisation peuvent être nécessaires. Pour la gestion d'actifs, la planification du réseau ou les stratégies de maintenance, des données journalières, mensuelles ou annuelles suffisent souvent, pour autant qu'elles soient fiables et adaptées. Un bon jumeau ne se caractérise donc pas en premier lieu par une transmission rapide des données. L'essentiel est que la résolution temporelle corresponde à la décision qu'il doit préparer.

Dans le système électrique, on peut en outre distinguer trois types de représentation. Un modèle topologique décrit quels équipements sont reliés entre eux et comment. Un modèle physique décrit des grandeurs électriques et thermiques telles que la tension, le courant, la puissance active et réactive ou l'échauffement. Un modèle économique représente les coûts, les recettes, les charges de maintenance ou les besoins d'investissement. Un jumeau numérique performant n'a pas besoin de contenir les trois niveaux. Il devrait toutefois indiquer clairement lesquels il couvre et lesquels non.

Pertinence dans le système électrique

Les jumeaux numériques gagnent en importance parce que le système électrique devient plus fragmenté et plus dynamique et dépend davantage des données. Autrefois, une grande partie de l'exploitation du réseau pouvait être organisée avec quelques grandes centrales, des charges bien prévisibles et de généreuses réserves de sécurité. Aujourd'hui, de nombreuses installations décentralisées injectent de l'électricité, par exemple le photovoltaïque, l'énergie éolienne et les batteries de stockage. S'y ajoutent des consommateurs flexibles. Les pompes à chaleur, les points de recharge pour véhicules électriques et l'électrification de procédés industriels modifient les profils de charge. Pour les gestionnaires de réseau de distribution, il devient donc plus important de connaître précisément l'état réel de leurs réseaux. Dans son plan d'action pour les réseaux de 2023, la Commission européenne souligne elle aussi que les réseaux doivent s'adapter à un système plus décentralisé, plus numérisé et plus flexible.

Un jumeau numérique peut aider à identifier plus précisément les congestions du réseau et à mieux évaluer les contre-mesures. Par exemple : un gestionnaire de réseau sait quelle ligne sera thermiquement surchargée dans quelle situation d'injection, où les limites de tension pourraient être dépassées et quelles flexibilités sont disponibles sur place. Il peut alors planifier de façon plus ciblée le renforcement du réseau, les manœuvres de commutation ou les interventions d'exploitation. La flexibilité y est étroitement liée : elle ne peut être mise au service du système que si l'on comprend comment elle agit dans le réseau concerné.

Le jumeau numérique est également pertinent pour la maintenance. De nombreux équipements du réseau électrique sont de longue durée : transformateurs, câbles, appareillages et lignes aériennes sont utilisés pendant des décennies. Leur état ne se lit pas uniquement à l'âge. La charge, la température ambiante, les manœuvres, l'humidité, l'historique de maintenance et les perturbations influencent le vieillissement. Un jumeau numérique peut regrouper ces informations, de sorte que la maintenance s'oriente davantage sur l'état réel. Cela peut éviter des défaillances, épargner des opérations de maintenance inutiles et aider à hiérarchiser judicieusement les investissements.

La planification du réseau en profite également. Quiconque souhaite raccorder de nouvelles installations de production, des infrastructures de recharge ou des pompes à chaleur doit savoir si le réseau existant suffit ou doit être renforcé. Un jumeau numérique peut simuler des scénarios : que se passe-t-il si, dans un réseau local, de nombreux ménages rechargent leur voiture en même temps ? Comment un stockage par batterie agit-il à un nœud donné du réseau ? Comment évolue la charge résiduelle dans une zone lorsque davantage de photovoltaïque s'ajoute ? Avec des valeurs moyennes, on ne peut pas répondre de manière fiable à de telles questions dès que les congestions locales et la simultanéité des charges jouent un rôle.

Initiatives européennes

Au niveau de l'UE, le jumeau numérique du réseau électrique est un projet politique phare. Dans le plan d'action pour la numérisation du système énergétique (COM(2022) 552), la Commission européenne a annoncé qu'elle soutiendrait les gestionnaires européens de réseaux de transport et de distribution dans la construction d'un modèle virtuel ambitieux du réseau électrique européen. En décembre 2022, l'association des gestionnaires de réseaux de transport ENTSO-E et l'EU DSO Entity, qui représente les gestionnaires de réseaux de distribution, ont signé une déclaration d'intention correspondante.

Selon la Commission, le projet TwinEU de Horizon Europe a débuté en janvier 2024. Il dispose d'un budget de 25,2 millions d'euros, dont 20 millions d'euros de financement de l'UE. L'objectif est un concept paneuropéen reposant sur un réseau de jumeaux locaux. Il ne s'agit donc pas d'une copie centrale unique du réseau, mais d'une fédération de nombreux modèles autonomes. Cela correspond aux exigences croissantes en matière de coordination GRT-GRD.

Qualité des données, responsabilités et limites

Un jumeau numérique n'est fiable que dans la mesure où ses données et ses modèles le sont. Des plans de réseau erronés, des états de commutation périmés, des données de référence incomplètes ou des valeurs mesurées non plausibles conduisent à des résultats faux. Dans le réseau électrique, cela peut avoir de graves conséquences, car de petites erreurs de modèle peuvent fortement fausser les calculs de répartition des charges ou les analyses de congestion. Il ne suffit donc pas de collecter des données. Elles doivent être vérifiées, versionnées, correctement attribuées et intégrées dans une structure de modèle techniquement rigoureuse.

À cela s'ajoutent des questions d'organisation. Les gestionnaires de réseau, les exploitants d'installations, les gestionnaires de points de mesure, les fabricants, les prestataires de services et les fournisseurs de plateformes disposent chacun de données différentes, qui ne peuvent pas toutes être utilisées librement. Les données de consommation à caractère personnel relèvent de la protection des données. Les données d'exploitation d'infrastructures critiques doivent être protégées contre les usages abusifs et les cyberattaques. L'initiative de l'UE décrit elle aussi expressément le jumeau de réseau visé comme cybersécurisé. Les données des fabricants ne sont en outre souvent accessibles que via des interfaces propriétaires. Un jumeau numérique a donc besoin de règles claires en matière d'accès aux données, de sécurité des données, de responsabilité et de responsabilité civile. Si une simulation conduit à une mauvaise décision d'exploitation, il doit être possible de retracer quelles données ont été utilisées et qui était chargé de l'entretien, de la vérification et de la validation du modèle.

La régulation et la reconnaissance des coûts jouent également un rôle. Un jumeau numérique coûte de l'argent : pour les capteurs, la gestion des données, les logiciels, les interfaces, l'entretien des modèles et le personnel spécialisé. Les solutions numériques ne sont pas automatiquement judicieuses. Leur utilité doit se démontrer sur des tâches concrètes, par exemple une meilleure planification du réseau, des risques de défaillance réduits, des procédures de raccordement plus rapides, une maintenance plus efficace ou moins d'interventions sur la production et la consommation. La Commission européenne s'attend à ce que des solutions numériques telles que l'optimisation du réseau au niveau de la distribution puissent réduire les dépenses supplémentaires liées au développement de l'infrastructure existante. Dans les réseaux régulés, il reste à clarifier quelles dépenses sont reconnues et quelles incitations les gestionnaires de réseau ont à intégrer réellement les outils numériques dans leurs processus.

Un malentendu fréquent : le jumeau numérique serait une copie complète de la réalité. Aucun modèle ne saisit toutes les propriétés d'un système réel. Il sélectionne, abstrait et simplifie. Un calcul de court-circuit requiert d'autres détails qu'un pronostic de maintenance. Pour le maintien de la tension dans le réseau basse tension, d'autres points de mesure sont importants que pour la planification des investissements à long terme. La qualité d'un jumeau numérique ne se mesure donc pas au plus grand nombre de détails possible, mais à la façon dont la problématique, le modèle et les données disponibles s'accordent.

Lien entre exploitation et planification

Dans le système électrique, l'exploitation et la planification ont longtemps été plus nettement séparées. La planification travaillait avec des hypothèses, des marges de sécurité et des scénarios de développement. L'exploitation réagissait aux états actuels, aux perturbations et aux exigences de commutation. Avec la décentralisation croissante, les deux domaines se rejoignent : les retours d'expérience de l'exploitation fournissent de meilleures données de planification, et les modèles de planification aident l'exploitation à anticiper les situations critiques. Un jumeau numérique peut soutenir cet échange. Pour cela, il ne doit pas être considéré comme un projet logiciel ponctuel, mais être entretenu durablement comme une infrastructure technique. Dans ce sens, l'ISO/IEC 30173 souligne qu'un jumeau peut accompagner l'ensemble du cycle de vie de son modèle.

Des conflits surgissent là où les possibilités techniques, les règles de marché et les compétences politiques ne concordent pas. Un jumeau numérique peut par exemple montrer qu'une certaine charge flexible désamorcerait une congestion locale. Il n'en découle pourtant pas encore que le gestionnaire de réseau puisse utiliser cette flexibilité, qu'il existe un produit de marché adapté, que les coûts soient réglés ou que l'exploitant de l'installation ait une incitation à participer. La représentation numérique rend visibles des possibilités d'action. Elle ne remplace pas les règles d'accès, de rémunération et de responsabilité.

Pour la transition énergétique, le jumeau numérique doit donc être appréhendé avec sobriété. Il peut aider à mieux utiliser les réseaux existants, à planifier plus précisément leur développement et à gérer les équipements selon leur état réel. Il ne supprime pas les limites physiques du réseau et ne remplace pas le développement du réseau nécessaire. Il améliore toutefois la base d'information pour les décisions techniques et économiques. Un jumeau numérique a de la valeur lorsqu'il tire des données un énoncé vérifiable sur un système physique concret et que cet énoncé peut être utilisé dans un processus de décision réel.

Sources

ISO/IEC 30173 Edition 1.0 2023-11 – Digital twin – Concepts and terminology (Leseprobe) — ISO/IEC JTC 1/SC 41 (Leseprobe über SEK Svensk Elstandard); 2023-11. Abschnitt 3.1.1 mit Anmerkungen 1 und 2
Digitalising the energy system – EU action plan, COM(2022) 552 final — Europäische Kommission (EUR-Lex); 2022-10-18. Abschnitt Promoting investments in digital electricity infrastructure
Grids, the missing link – An EU Action Plan for Grids, COM(2023) 757 final — Europäische Kommission (EUR-Lex); 2023-11-28. Einleitung
Commission welcomes cooperation between ENTSO-E and EU DSO Entity on the digital electricity grid twin — Europäische Kommission, GD Energie; 2022-12-20. Pressemitteilung
Key actions for digitalising energy — Europäische Kommission, GD Energie; unbekannt. Abschnitt Promoting investments in digital electricity infrastructure

Autres entrées du glossaire

Edited by eCMS on 11.11.2026 19:04