Le jumeau numérique, un outil plébiscité
Le jumeau numérique est un outil puissant. Dépassant le simple outil de calcul, la modélisation numérique nécessite la mise à jour rapide d’une grande quantité de données d'observation. Cette puissance informatique doit être associée à une forte flexibilité, car les paramètres qui régulent les relations de cause à effet entre toutes les variables impliquées, doivent pouvoir être modifiées rapidement si les observations le réclament.
Un jumeau numérique destiné à répondre aux situations de gestion des risques et des crises est donc particulièrement complexe. Outre les problématiques liées à l'architecture physique qui supporte ce modèle, la modélisation d’un espace urbain représente un défi particulier. Contrairement à une modélisation d'un phénomène physique, les espaces urbains regroupent un nombre très important de variables naturelles et anthropiques, appelant l'expertise d'autant de disciplines. Concernant les populations d'un tel espace, leurs comportements, à l'échelle individuelle comme à l'échelle collective, sont très complexes à anticiper. Un haut niveau de complexité qui nécessite d'importantes ressources de calcul, d'où l'importance des travaux de simplification des modèles.
L’intérêt scientifique pour les jumeaux numériques s’est concrétisé début 2024 par l’ouverture d’un appel à projets de la Mission pour les initiatives transverses et interdisciplinaires (MITI) du CNRS pour soutenir des projets relatifs aux nouvelles frontières méthodologiques d’une recherche interdisciplinaire basée sur le développement de jumeaux numériques.
Parmi les 14 projets sélectionnés, le projet DITRISC a été conçu grâce à la mobilisation de la communauté scientifique rassemblée préalablement par le projet Chaires collectives (COCHAIR), plus précisément dans la Chaire 1 – Données, modèles et décision en sciences des risques et la Chaire 2 – Multirisques.
Les jumeaux numériques au profit de la gestion des risques et des crises
Le projet DITRISC est une plateforme scientifique qui vise à explorer le principe du jumeau numérique en zones urbaines soumises à des risques multiples. Un tel jumeau numérique poursuit trois objectifs principaux : apporter un support à la réduction des risques, à la préparation de tous les acteurs et à la gestion de crises. Les sites-pilotes retenus sont ceux du territoire du Teil en Ardèche, qui a été récemment exposé à un séisme, mais est également exposé à de multiples aléas (risques technologiques, inondations/crues, sécheresse/feux de forêt).
Ce projet a rassemblé pendant 2 ans des experts du CNRS et des membres impliqués dans le programme Risques (IRiMa), autour d’une thématique commune. Ce workshop de restitution, organisé avec le soutien du programme Risques (IRiMa), a permis à de nombreuses équipes de présenter leurs travaux et d’envisager de futures collaborations sur cette thématique.
Entre démonstration de réalité virtuelle et présentations sur les risques urbains, les différentes échelles ou encore la modélisation de populations, 4 thématiques peuvent être soulignées comme centrales dans le développement en cours de ces jumeaux numériques pour la gestion des risques et des crises :
Design et architecture
L’infrastructure informatique qui supporte les jumeaux numériques devient une vraie problématique d’ingénierie. La mise en adéquation entre les données physiques et leurs modélisations doit permettre la modélisation de l’impact de données expérimentales, sans avoir besoin d’expérimentation physique, ce qui nécessite des architectures d’acquisition et de modélisation de données permettant des transferts de données et calculs ultra rapides. Cela nécessite une architecture robuste et flexible.
La variable humaine
Les variables liées aux comportements humains peuvent avoir des conséquences inattendues. Pour que le jumeau numérique soit bien régulé et se concentre sur sa mission, l’anticipation de l’effet le plus ténu de chaque variable est nécessaire. Concernant les populations, leurs comportements individuels et collectifs doivent pouvoir être anticipés. Le facteur humain doit aussi être anticipé à l’échelle de l’utilisateur de l’outil. La prise en compte de l’humain est donc centrale pour la qualité des préconisations et recommandations issues de ce type d’outil.
Méta-modélisation et réseaux de neurones
La modélisation numérique classique réclame d’importantes ressources informatiques et énergétiques, souvent au prix d’un temps de calcul ralenti. Or, en temps d’alerte ou de crise, la rapidité de réponse est primordiale. La modélisation de grands espaces complexes urbanisés dépend désormais d’une simplification des systèmes de calcul pour être reconnue comme outil de gestion des risques fiable.
L’urbanité source de pluridisciplinarité
La modélisation de villes et territoires entiers nécessite de rassembler de très nombreuses disciplines, pour mettre en interaction les effets de très nombreuses variables naturelles et anthropiques, parfois interdépendantes et/ou impliqués dans des effets en cascades.
Un réseau à soutenir
La modélisation numérique est présente dans l’ensemble des projets financés par le programme et il est important pour le programme Risques (IRiMa) de soutenir les initiatives visant à fédérer une communauté autour du sujet des jumeaux numériques.
Un workshop tel que celui-ci se veut un forum d’échanges interdisciplinaires sur les problèmes ouverts et les approches scientifiques en cours pour la mise en œuvre de jumeaux numériques pour la ville face aux risques et aux crises.
La mise en œuvre de ce type de jumeaux numériques dédiés à la ville laisse envisager une représentation dynamique et réaliste des territoires urbains, en combinant données en temps réel, modèles prédictifs et simulations.
Pour la gestion des risques et des crises, ils pourront permettre d’anticiper les impacts des aléas et des vulnérabilités, d’évaluer différents scénarios d’atténuation des risques et d’optimiser les plans de réponse.
En phase d’urgence, ils pourront accompagner la prise de décision en fournissant une vision intégrée des infrastructures, des flux de populations exposées et des ressources mobilisables.