La virtualisation numérique, une technologie en passe d’envahir le monde

Qu’importent leurs noms : jumeau numérique, métavers, ils symbolisent une nouvelle période numérique. On parle de la virtualisation numérique de tous les aspects des activités économiques, de la vie sociale individuelle et collective, amorcée depuis plusieurs dizaines d’années. C’est avec ces termes techniques qu’on qualifie les avancées de la modélisation et de la simulation numérique jugées plus efficaces. Elles sont accompagnées de divers et nombreux jeux numériques. C’est à croire que la virtualisation est en train d’envahir le monde.

Historique de la virtualisation du monde

C’était en 1950, il y a plus de 70 ans qu’est apparue la modélisation computationnelle. La 1^ère simulation numérique civile réalisée en physique théorique l’a été en 1953, grâce à l’expérience de Fermi-Patas Ulam. D’autres applications opérationnelles leur ont ensuite emboîté le pas, pour ne citer que celle de 1954. Il s’agit de la 1^ère prévision météorologique de l’Institut suédois de météorologie et d’hydrologie. Il y avait aussi la 1^ère modélisation 3D réalisée au MIT en 1961. Celle-ci a été réalisée grâce à un programme informatique avec lequel on arrive à manipuler une image en se servant d’un crayon optique sur un écran tactile.

L’industrie a rapidement profité de ce grand progrès et en a fait la sienne. C’est notamment le cas de l’industrie automobile et aéronautique qui en ont profité pour concevoir les 1ers systèmes de dessin et de conception par ordinateur. On parle du DAO et CAO qui ont permis l’usage à grande échelle de la CAO via les programmes CATiA et AutoCAD. Pour cela, ces industries se sont fait aider par l’avènement du système d’exploitation UNIX au début des années 80. Elles se sont aussi servies de la vulgarisation des ordinateurs personnels par IBM à cette même période. Idem pour la création du modeleur 3D Solidworks en 1993 qui pouvait réaliser des maquettes numériques complètes. Assurant à la fois la conception des pièces, leur assemblage et la mise en plan, ce modeleur a marqué de ses empreintes l’usage industriel de la simulation numérique.

Au fil de ses diverses versions, ce logiciel de CAO s’écoulait à 3 500 000 unités environ. Aussi bien les entreprises que les particuliers l’ont utilisé.

La mise en service du Boeing 777 en 1995 prouve ensuite la possibilité d’appliquer la duplication numérique à un avion civil. Celui-ci a en effet été conjointement conçu de manière virtuelle par un bureau d’études du commanditaire du projet, et des sous-traitants.

Le concept industriel du « digital twin » est rendu public par Michael Grieves de l’université de Michigan en 2002.

La simulation numérique devient ensuite accessible au grand public à partir des années 70. Elle l’est grâce aux jeux numériques qui ont fait leur apparition dans les salles de jeux. 2 ans à peine plus tard, ceux-ci se sont étendus dans les foyers via des consoles de salon. Pong en est un exemple, le jeu qui a eu le plus de succès auprès du public. Viennent ensuite Space Invaders et autre, disponibles sur les consoles Atari ou Nitendo et les ordinateurs personnels. Les jeux multijoueurs ont fait leur apparition en 1985, une année marquée d’une pierre blanche. Elle a vu naître les avatars qui représentent pour la 1^ère fois les jumeaux numériques des joueurs participants.

Les jeux de rôle en ligne ont été conçus pour permettre aux joueurs de vivre une autre vie virtuelle. Ils peuvent vivre cette vie numérique après leur inscription dans des communautés en ligne. Le jeu Second Life en est un exemple. Étant le 1^er marché de la virtualisation du monde, l’industrie du loisir n’arrête depuis, de perfectionner leurs consoles avec le XBOX 360 ou le Wii, etc.

La dualité du réel et du virtuel

En 20 ans, le duo réel virtuel a gagné du terrain et s’est fait une place partout. Il s’est imposé dans le secteur économique privé et public pour favoriser l’innovation des produits, des process et du lean-management. Il a fait de même dans le secteur du loisir afin d’offrir des jeux sans cesse innovants.

Le duo réel et virtuel dans les entreprises et les activités d’intérêt général

C’est au début des années 2000 qu’ont été déployés les modèles et les simulations numériques interactifs. Ils sont apparus au même moment où les équipements, les solutions de réalité virtuelle, le Web 2, l’internet des objets et l’IA ont vu le jour.

La duplication numérique est réalisée par une ligne de production ou un site de fabrication constitué des robots ou des machines-outils. L’objet physique et son jumeau virtuel s’échangent des informations en temps-réel ou en différé, ce, dans les deux sens. Ces données sont recueillies depuis l’objet physique par des capteurs ad hoc qui les enregistrent et les communiquent. Avec, elles alimentent ensuite le double numérique et pilote l’objet physique ou le système physique. Cela se fait par commande directe ou via la transmission d’une information à un intermédiaire humain.

Des nombreux secteurs économiques se sont ensuite mis dans la modélisation numérique.

Aéronautique 

À l’instar de Boeing, Airbus a optimisé les processus de conception de ses nouveaux appareils avec la modélisation numérique.

Défense

La Défense a entre autres utilisé des applications connues comme l’« Espace d’instruction collective à la numérisation de l’espace de bataille assisté par la simulation ». Cet outil permet d’entraîner de manière virtuelle les troupes, mais aussi d’élaborer les stratégies de combats. Le secteur a également utilisé Programme Twinship, un jumeau numérique utilisé dans la chaîne de propulsion des sous-marins. Grâce à cet outil, les essais sur banc ne durent plus que 3 mois au lieu de 18.

Construction automobile

Les grands constructeurs d’automobile comme Mercedes, Renault, VW et autres se servent de doubles numériques pour concevoir des moteurs et assembler des véhicules. Ils les utilisent aussi pour améliorer les performances de leurs voitures de compétition et piloter les fabrications en série de véhicules.

Chimie

Le groupe belge de chimie Solvay a réalisé une copie numérique de tout son système de contrôle de commande pour ses sites de production.

Agriculture et élevage

Les grands exploitants utilisent entre autres des outils de modélisation et/ou de simulation pour :

• suivre le fonctionnement technique et économique de leurs activités,
• gérer la réaction des cultures au stress hydrique et thermique,
• prévoir les besoins énergétiques des animaux d’élevage,
• anticiper les effets des pratiques agricoles sur les écosystèmes de proximité…

Bâtiment

Les professionnels du bâtiment utilisent le BIM ou Building Information Modeling depuis la fin des années 80. Ils y ont recours pour gérer et faciliter les échanges entre les différents corps de métier. Actuellement, cet outil peut intégrer des données collectées en temps réel durant la construction. Il permet de : 

• piloter la production,
• prévoir la consommation d’énergie,
• gérer la maintenance prédictive.

Industrie alimentaire

L’industrie alimentaire utilise aussi la modélisation numérique dans ses processus de production. Elle s’en sert par exemple pour mettre au point des machines unitaires à l’emballage et au conditionnement. Le secteur y a aussi recours pour mobiliser un système intégré d’objets connectés dans le but d’augmenter l’efficacité des dizaines de sites industriels. Il en est ainsi pour les sociétés multinationales.

Énergie

Le secteur de l’Énergie a également l’habitude d’utiliser les modèles et simulations numériques pour la gestion de sa production dans :

• les centrales thermiques ou hydro-électriques et éoliennes,
• la valorisation énergétique de déchets.

Il l’utilise aussi pour optimiser la distribution suivant la consommation et la météorologie. Il fait de même pour le suivi et la maintenance des infrastructures du réseau.

Eau et assainissement

Grâce à la duplication numérique des réseaux, les techniciens de ce secteur arrivent à détecter à temps les fuites. Ils s’y prennent en remontant les données : débit, pression, captation vidéo et autres, en temps réel.

Transport terrestre et maritime

L’usage de la simulation devient courant dans :

• le transport maritime, surtout dans le trafic des navires dans les ports,
• le transport ferroviaire : la circulation des trains sur les lignes,
• la gestion des flottes de véhicules,
• la gestion fonctionnelle et la surveillance des infrastructures, etc.

De nombreux automobilistes utilisent aussi l’appli Map téléchargeable sur smartphone pour définir et adapter leurs itinéraires en temps réel.

Logistique

Grâce à la duplication des entrepôts, on arrive facilement à optimiser :

• l’ordonnancement,
• le suivi des expéditions,
• la gestion des parcs roulants,
• la gestion des parcs de conteneurs,
• l’accessibilité des espaces de stockage.

Industrie pharmaceutique et dispositifs médicaux

De nouveaux médicaments ont été conçus grâce à la modélisation bio-informatique. C’est le cas du Saquinavir, le médicament anti-SIDA qui a été découvert en 1987. Il a été l’un des premiers à avoir été élaborés par modélisation numérique. Depuis près de 20 ans, cette technologie sert également à faire le criblage des médicaments in silico. En dupliquant virtuellement les groupes de volontaires, on arrive aussi à accélérer le traitement exhaustif des données d’essais cliniques sur des millions d’individus.

Le simulateur de chirurgie oculaire fait partie des dispositifs médicaux qui utilisent la duplication numérique. Celui-ci est d’une grande aide aux chirurgiens ophtalmologistes durant leurs interventions. La duplication numérique permet en outre de concevoir des prothèses sur mesure. C’est le cas pour le traitement d’un anévrisme de l’aorte ou pour l’évaluation de l’efficacité et de la sécurité de ces prothèses.

Commerce

En virtualisant leurs produits et leur environnement d’usage, les grandes marques de distribution arrivent à offrir une visite immersive de leurs rayons virtuels aux clients. Ces derniers peuvent ainsi passer commande sans avoir peur de se tromper dans leurs choix. Le but est de réduire au minimum les taux de retour des ventes effectuées en ligne. Les agences immobilières procèdent de même en proposant des visites à 360° des biens immobiliers à leurs clients. Grâce à cette technologie, ces derniers peuvent même y intégrer leurs propres meubles et y simuler la décoration de leurs rêves.

Télécommunications

La simulation numérique est utilisée dans le cadre du déploiement du réseau 5G.

Finances

La numérisation des comptabilités et la dématérialisation des échanges constituent un environnement propice à l’avènement de la modélisation. Cette dernière se porte sur :

• la finance d’entreprise : évaluation des sociétés, élaboration de business plan…,
• la finance de marché : pour gérer les portefeuilles client et estimer les risques, bref, pour l’optimisation en temps réel.

La virtualisation numérique sert aussi aux services fonctionnels des entreprises.

Marketing

Quant aux entreprises, elles misent sur les casques virtuels pour imaginer, concevoir et tester de manière virtuelle de nouveaux produits. Elles s’en servent également pour promouvoir leurs ventes et leurs offres commerciales.

Formation

D’ores et déjà, le secteur de la formation utilise des applications pour apprendre aux techniciens-apprentis à se servir de représentations en 3D de systèmes complexes. Actuellement, ils s’en servent surtout sur des projets à risque. Dans un futur proche, ils les utiliseront sur des duplications virtuelles d’atelier de maintenance qui regroupent des jumeaux numériques de :

• machines à entretenir,
• outillages indispensables.

Si connectés et ils permettront d’intervenir à distance.

Ressources humaines

Grâce à la duplication des équipements et du système d’information de l’entreprise, les réunions professionnelles présentielles ou à distance peuvent être plus efficaces. En effet, leurs jumeaux numériques permettent aux participants de mieux interagir entre eux.

Le duo réel et virtuel dans les activités d’intérêt général

Il existe différentes et nombreuses applications de modélisation, de simulation et de duplication numériques. Chacune d’elles offre des perspectives intéressantes pour les activités d’intérêt général.

Dans le domaine de la santé, de l’organisation des soins et de la prévention

Depuis 2020, la modélisation et la simulation numérique ont été mises à la disposition de l’analyse et du pilotage de services hospitaliers dont les urgences et la chirurgie. Elles ont également été mises au service de l’optimisation des flux d’information de la médecine de ville vers l’hôpital afin d’améliorer les parcours de soins. Elles ont aussi été utilisées pour estimer dans un court laps de temps les besoins hospitaliers des patients atteints du covid-19.

Dans les villes intelligentes

Les villes intelligentes peuvent aussi être améliorées grâce à la duplication numérique de territoires. En effet, certaines villes françaises et d’autres grandes métropoles à travers le monde s’y sont déjà mises. C’est le cas de :

• Rennes,
• Bordeaux,
• Strasbourg,
• Singapour,
• Newark,
• Sydney,
• Séoul.

Par contre, des projets comme celui de Toronto n’ont eu aucune suite, les habitants craignent pour leur vie privée. Le jumeau numérique d’une partie ou de l’intégralité d’un territoire urbain permet à ses gouvernants de se préparer aux changements démographiques, économiques et environnementaux. La duplication numérique d’un territoire leur aide également à parfaire la capacité de la région à résister aux chocs en simulant différents scénarios de crise. Grâce à cette technologie, leurs dirigeants mesurent enfin l’efficience des politiques publiques.

Dans le domaine de la culture et des loisirs

Les fruits de près de 20 d’années de travaux de modélisation numérique ont été investis dans l’élaboration des jumeaux numériques de la cathédrale Notre-Dame de Paris. Ils sont aussi servis pour la livraison des ceux de la grotte de Lascaux en 2021. Ces travaux ont également permis de visiter en réalité virtuelle augmentée des sites exceptionnels français comme le château de Chambord ou la Musée d’Orsay. Il en est de même pour ceux de Taj Mahal et de Machu Picchu à travers le monde. Autant pour l’univers de l’audiovisuel et du spectacle vivant, à l’instar de :

• l’Opéra Bis, un projet qui a proposé une saison d’opéra en réalité mixte et en simultané dans 2 mondes virtuels Second Life et Open Simulator en 2010,
• le concert virtuel de Jean-Michel Jarre intitulé Welcome to the other side lors de la célébration du Nouvel An en 2021. Il y est apparu sous la forme de son avatar dans l’enceinte de la cathédrale Notre-Dame de Paris en réalité virtuelle. Le spectacle était diffusé en ligne sur les réseaux sociaux.
• le jumeau numérique de l’Océan et le projet de construction de celui de la Terre pour mieux appréhender les catastrophes météorologiques provoqué par le changement climatique. Ils sont le fruit du travail d’un consortium international conduit pat l’IFRE-MER. Le tout s’est fait avec l’aide du supercalculateur d’intelligence artificielle Earth 2.

Conséquences économiques, perspectives et questions

La virtualisation numérique occupe une part non négligeable du marché IT

Si les dépenses mondiales IT se chiffrent à 3 870 milliards de dollars américains en 2020, plus de 1/3 de ce montant sont alloués aux logiciels et services. Rien qu’en 2019 et 2020 :

• 500 Mds ont été dépensés en logiciels,
• 1 000 Mds en services IT,
• 270 Mds en ventes d’applications, plateformes, services de modélisation et animation graphique.

À l’échelle planétaire, le chiffre d’affaires des jeux vidéo s’est élevé à 300 milliards de dollars américains en 2020. Si en 2020, le marché du jumeau numérique était estimé à 3, 1 milliards, il devrait être de 48 milliards en 2026.

Certes, ces montants prouvent l’intérêt et les avantages de la virtualisation numérique dans le monde. Cela ne doit pourtant pas faire oublier les questions soulevées par son utilisation, son implémentation, sa régulation et sa gouvernance. C’est le cas aussi bien dans le domaine économique que celui social.

Les questions et les réponses sur les effets de la virtualisation numérique du monde

La modélisation est-elle précise, faisable et fiable ?

La réponse à cette question dépend des données et de ce que les procédures numériques font de ces informations. En effet, pour mener à bien la virtualisation numérique, il faut se baser sur la qualité des données. Cela signifie considérer leur qualification, représentation et fiabilité qui doivent répondre aux objectifs dédiés de leur utilisation. Le but est de construire ou/et d’alimenter le modèle durant son fonctionnement, ce, dans les conditions de connectivité et de sécurité fiables.

La virtualisation numérique soulève aussi la question de fiabilité, robustesse et logique :

• du modèle,
• de l’algorithme,
• de l’intelligence artificielle qui croisent les données d’exploitation et les données internes ou externes.

Pour cause, ces caractéristiques sont importantes dans la mesure où elles garantissent le bon fonctionnement du process et évitent les risques de panne.

On se rend aussi compte que la virtualisation numérique a ses limites, surtout dans la duplication d’un être humain. En effet, à l’instar de ce qui s’est passé avec le projet Human Brain, celui-ci est tellement complexe qu’il peut nécessiter de gigantesques puissances pouvant aller jusqu’en exaflops.

La virtualisation numérique est-elle facile à implémenter ?

La virtualisation numérique est difficile à implémenter à cause de la diversification de son univers. En font en effet partie :

• des mastodontes de l’informatique,
• des experts de la simulation 3D,
• des opérateurs du cloud computing,
• des spécialistes de l’Intelligence artificielle, etc.

Une telle variété oblige le marché à choisir entre deux solutions : opter pour un outil générique et essayer de le personnaliser, quitte à y passer beaucoup de temps, ou choisir un logiciel très spécifique, mais qui manque de fonctionnalités. Le marché peut aussi faire face à l’inexistence de méthodologie et de standards qui ne permettent pas de définir et de mener à bien un projet de duplication numérique. En effet, celle-ci fait intervenir plusieurs acteurs internes et externes qui se différencient les uns des autres et dont les technologies doivent être combinées même si elles n’ont pas été conçues pour être compatibles ou fonctionner ensemble.

En outre, la conception et l’exploitation de systèmes de simulation intégrés nécessitent une révision organisationnelle. En engendrant une transformation culturelle, celle-ci génère de la résistance au changement.

De manière plus simple, l’implémentation de modèles, duplication ou simulation numérique a un coût. Elle nécessite :

• des équipements,
• des offres de service internes et externes,
• la formation des équipes.

Ce coût est d’autant plus élevé pour les entreprises dotées de structure digitale obsolète, aussi bien en cloud qu’en Internet des objets. Il en est de même pour celles dont les systèmes antipiratage informatiques ne remplissent pas correctement leur rôle.

Quels sont les aspects juridiques à définir ?

Actuellement, il est courant d’utiliser des outils digitaux dans le secteur tertiaire, surtout après la pandémie du covid-19. On se sert de plus en plus de solutions de communication et de collaboration comme Zoom, Teams, Skype et autres pour digitaliser les professions. Devenant des plateformes virtuelles, celles-ci combinent :

• les réunions avec avatars,
• les téléportations,
• les hologrammes dans des espaces dignes des plus beaux jeux vidéo et autres pour motiver les collaborateurs et stimuler leur sens créatif.

Pour qu’elles soient efficaces et pérennes, ces méthodes de travail innovantes doivent être régies par une nouvelle législation. Cela doit également être le cas pour le recrutement digital qui nécessite l’élaboration d’un nouveau cadre réglementaire.

Il importe également de sécuriser les données personnelles sensibles collectées lors de :

• des achats en ligne,
• des démarches administratives,
• des jeux en ligne
• des déplacements dans une ville intelligente qui dispose d’un jumeau numérique.

Il ne faut pas que :

• ces données personnelles soient sauvegardées plus que le temps nécessaire,
• ces informations soient ensuite utilisées à d’autres fins, surtout politiques,
• le traitement de ces informations entraîne une quelconque discrimination suivant la personnalité, les comportements ou les caractéristiques de l’usager.

On parle du body tracking, ce que le smartphone que tout le monde emmène avec soi, fait. C’est à se demander si le RGPD appliqué depuis 2018 suffit pour protéger ces informations. En effet, depuis les 3 ans de sa mise en vigueur, on se rend compte qu’il n’est pas aussi efficace que prévu. Volontairement, des millions d’usagers ont transmis leurs données génétiques à des entreprises américaines qui se spécialisent dans la généalogie et la génétique. Ces données n’ont cependant pas été suffisamment protégées, car ont été soumises aux lois fédérales américaines. Ces lois donnent le droit aux autorités américaines d’y accéder et d’empêcher un voyageur de passer la frontière.

Quels sont les impacts de la virtualisation numérique du monde sur l’environnement ?

Au fil du développement d’activités virtuelles, on utilise à outrance de plus en plus de serveurs et de data-centers gourmands en énergie. Cela nécessite d’extraire encore plus de métaux rares avec toutes les conséquences collatérales néfastes sur la santé et l’environnement que cela engendre. À côté, le recyclage et la réutilisation des matériels obsolètes sont pourtant à la traîne.

La virtualisation aiderait-elle à diminuer l’empreinte écologique ?

La virtualisation permettrait de réduire l’empreinte écologique dans les entreprises qui savent organiser le travail en ligne et les expérimentations immersives. Cela diminuerait les déplacements, donc l’émission de gaz carbonique et leurs conséquences sur l’environnement. Toutefois, ce n’est qu’après la réalisation d’un bilan carbone qu’on peut affirmer si oui ou non la virtualisation numérique peut réduire l’empreinte écologique.

Il n’en est pourtant pas ainsi avec les activités grand public virtuelles, car la plupart d’entre elles ne nécessitent aucun déplacement. Si en théorie, la virtualisation des évènements culturels ou des visites touristiques est réalisable, les publics risqueraient de ne pas apprécier une telle alternative. En effet, plus d’un n’accepterait pas la virtualisation de ses loisirs préférés ni de sa vie sociale. Pour cause, rien ne vaut la richesse des échanges physiques, que ce soit lors de fêtes familiales, retrouvailles entre cousins et cousines, et vacances en famille ou entre amis.

Grâce à ce passage en revue, on peut affirmer que la modélisation ou la simulation, les jumeaux numériques, surtout les métavers dans l’industrie ne datent pas d’hier.  

Ils constituent l’un des moyens qui permettent de prévenir les problèmes dans le cycle de vie des systèmes. Ils font de même dans les process de production de biens et de services privés ou publics. Ils doivent intégrer pour cela des critères de traçabilité, de qualité et de performance énergétique. À part ajuster leur modèle économique, les entreprises et institutions publiques qui ont opté pour la virtualisation numérique en interne ont dû aussi se réorganiser. Elles ont revu leur méthode de distribution des tâches et d’attribution des responsabilités. Elles l’ont fait tout en équilibrant le rapport entre le pourcentage du bénéfice et celui du risque. Cela ne doit toutefois pas faire oublier que bon nombre d’entreprises de petite envergure n’ont pas accès à la virtualisation numérique. Cette technologie ayant un coût, elles doivent attendre pour y accéder.

Petit à petit, on offre aux consommateurs un univers virtuel via les jeux sur console ou les casques RV. On met aussi à leur disposition des enceintes intelligentes et autres applications interactives. Si auparavant, le grand public était des consommateurs passifs, dorénavant, il devient lui-même un acteur de ces systèmes complexes. Il les crée et les amplifie en dépit de leurs conditions d’utilisations difficiles à déchiffrer.

Heureusement que pour l’Homme, le jumeau numérique de la vie réelle ou la reproduction de toutes les activités sociales existant n’est pas encore pour bientôt.