Qui n'a pas déambulé dans les rues de New-York, Tokyo ou Paris sur Google Maps ? Les progrès réalisés par la cartographie 3D et la qualité des photos glanées par les Google Cars et par avions rendent l'expérience très immersive et envoûtante pour le grand public, mais de tels modèles 3D géants ont potentiellement bien plus d'applications pour les villes. Etude des nouveaux aménagements, informations sur les réseaux urbains, emplacements des antennes télécom, le Digital Twin intéresse de plus en plus de municipalités.

Face à Google, les villes veulent disposer de leur propre modèle 3D

Si, dès 2011, Google et JCDecaux créait Paris Métropole 2020, une impressionnante maquette numérique de la ville de Paris afin de l'exposer au Pavillon de L'Arsenal, les municipalités veulent aller au-delà du seul côté image et communication de ces modélisations et se doter de véritables outils de travail 3D afin de mieux gérer la ville. Si Sidewalk Labs, filiale d'Alphabet, travaille activement sur la question avec la ville de Toronto, ce sont généralement les services SIG (Systèmes d'information cartographique) des villes qui se sont emparées de ces projets.
Regard d'expert

David Jonglez

Directeur Development Business

ERSI France 

Il faut se rappeler que les SIG sont des démarches qui ont été initiées par les villes voici plus de 30 ans. Leurs services cartographiques se sont mués en services SIG et ce sont ces mêmes services qui évoluent aujourd'hui pour aller vers la mise en place de ce double numérique de la ville.                     

« Le Digital Twin est une évolution naturelle du SIG » estime David Jonglez, Directeur du Business Development d'ERSI France, numéro un mondial des éditeurs de SIG. « Il faut se rappeler que les SIG sont des démarches qui ont été initiées par les villes voici plus de 30 ans pour certaines d’entre-elles. Leurs services cartographiques se sont mués en services SIG et ce sont ces mêmes services qui évoluent aujourd'hui pour aller vers la mise en place de ce double numérique de la ville. » Paradoxalement, ce sont les villes moyennes qui se sont montrées les plus promptes à se lancer dans cette aventure de la 3D. En France, Cannes, Brest, Le Havre ont été parmi les pionnières à franchir le pas, notamment à l'occasion de gros projets d'aménagement. Ce fut le cas à Cannes ou à Brest à l'occasion de projets de réaménagement des installations portuaires. Pour les grandes métropoles, la masse de données que représente la modélisation d'une ville entière reste un obstacle majeur à la mise en place d’un jumeau numérique, mais les choses évoluent. Ainsi, la Ville de Paris veut se doter d'un modèle numérique de la ville pour le début de l'année 2019, mais avec un projet de modélisation s'étendra jusqu'en 2024. Outre la numérisation de ses rues et des bâtiments, la mairie de Paris réfléchit aussi à la modélisation de son sous-sol et notamment modéliser le réseau d'égouts de la ville. De même, la région Ile-de-France réfléchit à modéliser la région dans son ensemble, un projet titanesque car même si créer un modèle 3D de la ville au moyen de photos satellites, photographie aérienne et drones est plus simple aujourd'hui. Mais même si des algorithmes génèrent de manière industrialisée des modèles 3D à partir de séries de photos, la masse de traitements et de vérifications à réaliser reste colossale. En outre, une fois le modèle en place, il faut le mettre à jour régulièrement et donc relancer des campagnes de capture de données régulièrement, tous les deux ans pour certaines villes.

Le Digital Twin, grand frère du BIM

Smart city

Le BIM fait (enfin) entrer le BTP dans l’ère numérique

Archive Avril 2017

Les villes sont de plus en plus nombreuses à lancer un projet de création d'un Digital Twin car disposer d'un jumeau numérique apporte des gains dans de multiples domaines qui vont bien au-delà de la seule image de marque. David Jonglez souligne « Plus encore que la communication pure, comme c'était encore le cas il y a quelques années, un jumeau numérique apporte des gains significatifs en termes d'urbanisme. Dans un projet d'aménagement comme celui de la zone Paris Saclay, au-delà de l'aspect visuel, la 3D apporte de nouvelles possibilités. Les moteurs de règles permettent de simuler un aménagement en fixant par exemple 70% les surfaces à usage tertiaire, 15% les surfaces commerciales et le reste pour les logements. On peut alors simuler l'impact économique ou le besoin de nouveaux moyens de transport de ces zones. » Ce type d’analyse a notamment été réalisé par la ville de Philadelphie. La 3D a permis de simuler l'accès aux transports publics afin de positionner de manière optimale les arrêts de bus et le prolongement de la ligne de tramway pour mieux desservir les habitants tout en mesurant l'impact économique du prolongement de la ligne.

Regard d'expert

Gwenael Bachelot

Technical Sales Manager

Autodesk

Le modèle 3D peut aussi être exploité pour évaluer l’impact d’aménagements routiers comme la construction d'un nouveau rond-point ou d'un nouveau pont. Le modèle peut être exploité afin de mener des simulations d’évènements climatiques et comme un support à la prise de décision. 

Gwenael Bachelot, Technical Sales Manager chez Autodesk, un éditeur très présent auprès des architectes et des entreprises de BTP, voit bien d'autres applications au Digital Twin au-delà de ces études d'impact des aménagements urbains. « Le modèle 3D peut aussi être exploité pour évaluer l’impact d’aménagements routiers comme la construction d'un nouveau rond-point ou d'un nouveau pont. Le modèle peut être exploité afin de mener des simulations d’évènements climatiques et comme un support à la prise de décision. » Très présent dans le monde du BTP, l'éditeur américain s'est allié à ESRI afin de fluidifier les échanges entre ses solutions BIM et les SIG de son partenaire. Cette synergie entre le BIM qui contient toutes les données relatives à un bâtiment et le Digital Twin de la ville est évidente. On peut imaginer que dans un futur proche, les villes demanderont aux architectes de leur remettre le BIM de leur projet à l'issue de la construction afin de l'intégrer à leur Digital Twin. Encore faut-il que l'intégration d'un BIM allégé soit rendue possible par les éditeurs de solutions. « Entre le Cloud, les technologies mobiles, le BIM et le SIG, il y a une explosion de création de données » constate Gwenael Bachelot. « Les clients attendent énormément plus que de simples fichiers CAO. Ils veulent comprendre leur projet dans leur contexte. Donc il est crucial pour nos clients d’avoir un échange de données fluide entre SIG et BIM. »


Gérer une ville comme le cycle de vie d'un produit industriel 

Regard d'expert

Gérard Le Bihan

Directeur Général

Images et Réseaux  

Comparé à un portail Open Data plus classique, l'aspect visualisation et aide à la décision est l'atout apporté par le modèle 3D de la ville. 

Les éditeurs de solutions de BIM et de SIG sont aujourd'hui confrontés à un nouveau concurrent inattendu sur ce marché, Dassault Systèmes. Bien connu pour ses logiciels de conception très largement utilisés dans le secteur aéronautique ou automobile, l'éditeur propose d’appliquer son approche PLM (Product Lifecycle Management), toute droit venue du monde de l'industrie, à celui de la Smart City. Baptisée 3DExperiencity, l'offre a été créée suite à l'acquisition de la PME rennaise. Dans ce but, Dassault Systèmes réalisait l'acquisition de l'éditeur rennais Archividéo en 2013, une PME spécialisée dans l'élaboration de modèles 3D de territoires. "L'objectif de Dassault Systèmes était d'allier cette capacité de gérer ces territoires en 3D à une gestion de projet issue de ses solutions PLM" explique Gérard Le Bihan, Directeur Général du pôle de compétitivité Images et Réseaux qui ajoute : « La combinaison de ces deux domaines a donné naissance à une plateforme qui a pour objectif de porter le jumeau numérique du territoire. » Outre le volet urbanisme et aide à la décision cette plateforme est considérée comme un outil de communication avec les citoyens. C'est ce qui a été mis en place à Rennes où un démonstrateur de jumeau numérique de la ville a été déployé à l'occasion de l'appel à projet de type « Démonstrateurs industriels pour la ville durable » (DIVD). « L'objectif était de faire émerger des innovations, avec des applications qui allait venir se placer par dessus cette plateforme afin de l'alimenter en données et permettre de les exploiter. Comparé à un portail Open Data plus classique, l'aspect visualisation et aide à la décision est l'atout apporté par le modèle 3D de la ville. Le modèle 3D lui-même n'est qu'un outil sur lequel viennent s'ajouter des couches applicatives. Plus d'information sont stockées dans le modèle, plus il devient pertinent et permet de nouveaux cas d'usages » conclut l'expert.

RENNES EN 3D

Rennes 2030

Un support pour la simulation numérique

ACCENT
  • 1 min

S'il est possible de charger toutes sortes de données relatives à la ville dans son jumeau digital, il est aussi possible d'exécuter des algorithmes de simulation pour visualiser des phénomènes naturels, faire des prévisions. Gérard Le Bihan explique la démarche: « Sur un tel modèle, il est possible de faire tourner une simulation et visualiser directement sur le modèle les résultats de ce calcul. Parmi les premiers cas d'usage de notre modèle, le sujet de la précarité énergétique. La 3D permet de visualiser les résultats sur les bâtiments, mais aussi au niveau de chaque étage, ce qui n'est évidemment pas possible en 2D. » Calcul des valeurs d'ensoleillement et des ombres portées, du vent qui souffle aux abords des bâtiments ou même de la pousse de la végétation, mais aussi simulation de catastrophe naturelle type explosions ou inondations, l'état de la recherche en simulation numérique ouvre de nombreuses perspectives quant aux usages futurs du Digital Twin. Illustration de ces nouveaux usages, Siradel une PME spécialisée dans la simulation de la propagation des ondes radios dans les villes et qui mettait en œuvre des modèles simplifiés des villes afin d’optimiser le placement des antennes 4G. La start-up a été achetée par Engie en 2016 afin d’exploiter ces modèles 3D pour bien d'autres applications. Engie s'est ainsi positionné sur ce nouveau marché des Digital Twins avec une solution capable de stocker tant des données administratives, économiques, sociales que techniques liées aux bâtiments, aux réseaux urbains, couverture wifi des espaces publics ou encore de géolocalisation des objets connectés. C'est en s'appuyant sur l’expertise de Siradel qu'Engie participe au projet européen ACCENT (“Accompany cities in energy strategy”), projet européen déployé à Paris, Valence en Espagne et en Émilie-Romagne. L'algorithme mis au point dans le cadre de ce projet permet de calculer les gains potentiels que l'on peut attendre d'une rénovation énergétique d'un bâtiment précis dans la ville. Selon que son propriétaire opte pour le changement des vitrages, une isolation par l'extérieur ou d'autres moyens d'isolation, l'algorithme lui donne le montant des économies qu'il peut attendre et va ainsi le guider vers la solution qui présente le ratio coût/efficacité le plus favorable pour lui.

Quand le Digital Twin devient le référentiel commun pour l'IoT

le projet virtual singapore

L'une des villes les plus en pointe dans le monde quant à la mise en œuvre du Digital Twin, c’est Singapour. Le projet Virtual Singapore a été initié en 2015 avec la volonté de la ville de fédérer l'ensemble de ses données autour d'un modèle 3D unique. George Loh, Directeur de programme au National Research Foundation de Singapour explique la démarche : « Singapour fait face à plusieurs défis en termes d'urbanisme, des défis auxquels les chercheurs cherchent des réponses au moyen de la simulation. Ce que nous souhaitions, c'est disposer d'un modèle 3D unifié de la ville et c'est ce qui nous a poussé à lancer le projet Virtual Singapore. » Ng Siau Yong, directeur de la division géospatial de la Singapore Land Authority ajoutait au moment du lancement : « L'objectif était de placer en synergie tous les modèles 3D issue de diverses agences du gouvernement sur une plateforme commune, qui permette à toutes les agences publiques d'utiliser le même modèle 3D de la ville. »

« L'objectif était de placer en synergie tous les modèles 3D issue de diverses agences du gouvernement sur une plateforme commune, qui permette à toutes les agences publiques d'utiliser le même modèle 3D de la ville. » 

Les Singapouriens sont particulièrement en pointe sur un nouvel usage du jumeau numérique : le couplage du modèle avec les données issues des objets connectés. L’organisme de recherche national NRF et le ministère de l'éducation ont lancé une expérimentation sans précédent puisque ce sont 250 000 écoliers et collégiens qui ont été enrôlés dans une vaste campagne de collecte de données environnementale depuis un objet connecté bardé de capteurs et porté autour du cou afin de collecter des données tout au long de la journée de son porteur. En 2017, déjà 43 000 avaient été équipés de ce boitier nommé Sensg dont Erik Wilhelm, chercheur Singapore University of Technology and Design livre quelques détails : « Nous mesurons la température, la pression, l'humidité ambiantes ainsi que la luminosité, le niveau de bruit, le rayonnement infrarouge, mais aussi l'activité du porteur, le nombre de pas effectués par chacun d’eux. Ce sont des données extrêmement utiles aux analystes. Celles-ci peuvent être affichées au moyen de visualisations directement sur le modèle 3D et il est possible d'affiner les recherches afin de répondre à des questions spécifiques et descendre jusqu'au niveau de détail le plus fin sur Virtual Singapore. »

Alors que les projets Smart City se multiplient dans les villes, les villes voient se constituer de plus en plus de silos de données, chacun ayant ses propres prestataires techniques, ses propres capteurs et ses propres bases de données. Le Digital Twin sera le moyen de fédérer toutes les informations en un même lieu et ainsi générer de l'innovant en croisant les données. La Smart City de demain ne pourra se passer de sa doublure ... virtuelle.

Rédigé par Alain Clapaud
Journaliste