Votre ville a-t-elle vraiment besoin d'un jumeau numérique ?

Un jumeau numérique de ville permet de modéliser l’évolution potentielle du trafic après la fermeture d’une route, d’identifier les quartiers les plus exposés au risque d’inondation ou de déterminer si une tour en projet privera les habitations voisines de lumière naturelle. Cela en fait une solution attrayante pour les maires et les urbanistes, qui subissent des pressions pour construire des logements, s’adapter au changement climatique et entretenir des infrastructures vieillissantes. Pourtant, créer un modèle urbain tridimensionnel impressionnant n’équivaut pas à améliorer une ville. Cette technologie n’a d’intérêt que si elle aide les responsables à prendre une décision précise de manière plus précise, plus transparente ou moins coûteuse que les systèmes dont ils disposent déjà.

Qu'est-ce qu'un jumeau numérique de ville, au juste ?

Un jumeau numérique est une représentation numérique d'un bien, d'un processus ou d'un système physique. Dans le contexte d'une ville, il peut associer des cartes en trois dimensions à des informations sur les bâtiments, les routes, les réseaux de services publics, les transports en commun, la consommation d'énergie, la qualité de l'air, l'eau ou les déplacements des piétons.

Le terme “ jumeau ” peut prêter à confusion, car le modèle n’est jamais une réplique parfaite de la vie urbaine. Il ne contient que les éléments et les informations que ses concepteurs ont choisi et réussi à y intégrer. Certains modèles de ville sont mis à jour grâce à des données en temps réel provenant de capteurs, tandis que d’autres s’appuient principalement sur des archives historiques et des enquêtes périodiques.

Une carte 3D détaillée n'est pas nécessairement un jumeau numérique. Pour mériter cette appellation, le modèle doit normalement refléter le fonctionnement d'un système urbain et permettre aux utilisateurs d'analyser les changements, de tester des scénarios ou de surveiller les conditions.

L'intérêt pratique réside dans la mise en relation d'informations qui, sans cela, resteraient dispersées dans les bases de données des différents services. Un planificateur des transports, un ingénieur des eaux et une équipe chargée du logement peuvent ainsi examiner un même projet d'aménagement à partir d'une représentation commune de la ville.

Commencez par prendre une décision

On encourage souvent les villes à mettre en place des plateformes globales capables de modéliser tous les aspects, de la circulation à la consommation d'énergie. Cela donne lieu à un programme technologique de grande envergure et coûteux avant même que les responsables n'aient déterminé quelles décisions ce programme permettra d'améliorer.

Un meilleur point de départ consiste à se poser une seule question concrète. Où faudrait-il aménager une nouvelle voie réservée aux bus ? Quelles rues nécessitent un système de drainage supplémentaire ? Quel serait l'impact d'un projet de construction de logements sur la circulation, l'ombrage et la pression exercée sur les services locaux ?

Une fois la décision prise, la ville peut déterminer les données minimales et les capacités de modélisation nécessaires. Un projet de prévention des inondations peut nécessiter des informations sur les altitudes, les précipitations, le réseau d'évacuation des eaux et les sols. Il ne nécessite pas forcément un modèle détaillé de chaque devanture de magasin ou de chaque lampadaire.

Commencer à petite échelle permet également de procéder à une évaluation. Les responsables peuvent comparer les prévisions du modèle avec les résultats réels, déterminer si cela a influencé une décision et décider si cette approche mérite un investissement supplémentaire.

Un jumeau numérique qui cherche à représenter l'ensemble de la ville dès le départ risque de devenir un outil techniquement impressionnant, mais sans véritable utilité pour l'utilisateur.

Les inondations constituent l'un des cas d'utilisation les plus marquants

L'adaptation au changement climatique constitue une raison impérieuse de mettre en réseau les données urbaines. Les inondations dépendent des précipitations, de l'altitude, du réseau d'évacuation des eaux, des revêtements de sol, des cours d'eau et de l'emplacement des bâtiments vulnérables. Ces facteurs relèvent souvent de la compétence de différentes autorités.

Un jumeau numérique permet de simuler les zones où l'eau pourrait s'accumuler selon différents scénarios de précipitations et de montrer comment un nouveau projet d'aménagement, une modernisation du réseau de drainage ou la création d'un parc pourrait modifier ces résultats. Les ingénieurs peuvent ainsi tester différentes options avant de se lancer dans les travaux.

Cela ne signifie pas pour autant que ces prévisions soient certaines. Les régimes pluviométriques, l'obstruction des canalisations et le comportement humain peuvent s'écarter des hypothèses retenues par le modèle. Le changement climatique implique également que les conditions historiques ne constituent plus nécessairement un indicateur fiable des phénomènes extrêmes à venir.

Le modèle devrait donc présenter des scénarios et des incertitudes plutôt qu’une image définitive de ce qui va se passer. Son objectif est d’améliorer la préparation et de comparer les interventions, et non de laisser entendre que la ville a acquis un contrôle total sur la nature.

Le résultat le plus utile pourrait être relativement simple : une liste classée par ordre de priorité des sites nécessitant une inspection physique, des travaux d'entretien ou des investissements.

Les modèles de transport doivent tenir compte du comportement humain

La gestion du trafic est une autre application très prisée. Une ville peut simuler les conséquences d'une modification d'un carrefour, de la suppression de places de stationnement, de la mise en place d'une zone à faibles émissions ou de l'ajout d'une piste cyclable.

Le résultat dépend des hypothèses formulées quant au comportement des usagers. Les automobilistes peuvent modifier leur itinéraire, se déplacer à d'autres moments, opter pour les transports en commun ou continuer à emprunter une route encombrée alors même que le modèle prévoit qu'ils l'éviteront.

Un système de conduite autonome reposant en grande partie sur les données des véhicules peut également ne pas détecter les piétons, les personnes en situation de handicap, les enfants et les personnes qui ne disposent pas d'appareils connectés. L'efficacité des voitures ne va pas de pair avec l'accessibilité ou la qualité de l'espace public.

La modélisation des transports devrait donc être associée à des observations, des enquêtes et des consultations publiques. Un modèle informatique peut estimer les temps de trajet, mais il ne peut pas déterminer quel groupe devrait voir son temps accorder le plus de poids sur le plan politique.

Une mesure qui accélère les trajets régionaux tout en rendant une rue locale plus dangereuse ne constitue pas objectivement un meilleur résultat simplement parce que le flux de circulation global s'en trouve amélioré.

Singapour démontre l'intérêt de l'échelle

« Virtual Singapore » est devenu l'un des exemples les plus marquants de modèle numérique à l'échelle d'une ville. Sa plateforme tridimensionnelle a été développée pour associer des informations sur l'environnement bâti à des données démographiques et environnementales, permettant ainsi aux organismes et aux chercheurs de tester différents scénarios d'aménagement.

Singapour présente plusieurs atouts difficiles à reproduire ailleurs. C'est à la fois une ville et un État, son administration publique est relativement intégrée et le gouvernement dispose de solides capacités géospatiales et numériques.

Ses projets ultérieurs de jumeaux numériques ont également été mieux ciblés. Le jumeau numérique du réseau électrique de Singapour combine des informations sur les infrastructures et l'exploitation du réseau, tandis que son jumeau maritime modélise l'activité autour du port. Le Punggol Digital District utilise les capacités des jumeaux numériques pour gérer des systèmes tels que la climatisation, le stationnement et la sécurité.

Cette évolution est instructive. Les « jumeaux » les plus utiles ne sont peut-être pas un modèle unique et gigantesque visant à gérer l’ensemble de la vie urbaine. Il pourrait s’agir plutôt de « jumeaux » interconnectés, conçus pour des systèmes spécifiques, et utilisant des normes communes là où le partage d’informations s’impose.

Les villes devraient s'inspirer de la rigueur dont fait preuve Singapour en matière d'infrastructures, plutôt que de partir du principe que l'acquisition d'un cadre visuel similaire permettra d'obtenir les mêmes résultats.

Rotterdam met en place les bases nécessaires au traitement des données

La plateforme urbaine ouverte de Rotterdam rassemble des informations numériques sur la ville et comprend un jumeau numérique en trois dimensions. Son objectif est de faciliter la mise en commun et l'utilisation des données urbaines dans les domaines de l'aménagement et de la gestion.

Pour une ville portuaire exposée aux risques d'inondation, aux mutations industrielles et à des infrastructures souterraines complexes, cette vision commune peut faciliter la prise de décisions concernant la gestion de l'eau, la construction, les services publics et l'espace public.

La partie moins visible du travail peut s'avérer plus importante que le modèle visuel. Rotterdam améliore également la manière dont elle recense les éléments situés en surface et sous terre, notamment les câbles et les canalisations. Il est essentiel de disposer de registres précis des actifs, car un jumeau numérique ne peut pas simuler une infrastructure dont il ne connaît pas l'emplacement avec certitude.

Il s'agit là d'une faiblesse courante dans les projets technologiques municipaux. Il arrive que les responsables acquièrent des logiciels de pointe alors que les données de base restent fragmentées, incohérentes ou obsolètes.

Avant d'investir dans une simulation sophistiquée, une collectivité locale devrait se demander si elle sait où se trouvent ses actifs, à qui appartiennent les données et à quelle fréquence les informations sont mises à jour. La gestion des données n'est pas une phase préliminaire qui s'achève avec le lancement de la ville jumelle. Elle devient une responsabilité publique permanente.

Les décisions en matière de logement pourraient gagner en transparence

Les jumeaux numériques peuvent aider les urbanistes à analyser l'impact d'un projet d'aménagement sur la lumière du jour, les vues, le vent, la circulation, les transports en commun et la demande en matière d'écoles ou de soins de santé.

Cela peut permettre aux habitants de mieux comprendre des projets complexes. Au lieu de consulter des plans techniques, les citoyens pourraient ainsi visualiser un projet d'aménagement depuis le niveau de la rue ou comparer différentes options.

Le réalisme visuel comporte ses propres risques. Une simulation soignée peut donner l'impression qu'une proposition est inévitable ou plus certaine qu'elle ne l'est en réalité. Les couleurs, les angles de prise de vue et les hypothèses concernant les arbres, la circulation et la météo peuvent influencer la perception.

Les modèles destinés au grand public devraient donc préciser ce qui a été mesuré, ce qui a été estimé et quelles informations font défaut. Les habitants devraient pouvoir comparer différents scénarios, plutôt que de se voir présenter uniquement le résultat privilégié par les autorités.

Un jumeau numérique peut améliorer la consultation lorsqu'il met en évidence les compromis. Il devient un outil de persuasion lorsque son objectif principal est de faire accepter un projet prédéfini.

Les capteurs ne sont pas forcément nécessaires

Les données en temps réel sont souvent présentées comme indispensables à un véritable « jumeau urbain ». Dans la pratique, tous les problèmes d'urbanisme ne nécessitent pas pour autant une surveillance continue.

Un modèle servant à analyser les ombres projetées par les bâtiments peut s'appuyer sur des données géométriques stables. La gestion des inondations peut tirer parti des capteurs mesurant les précipitations et les niveaux d'eau en temps réel. La gestion du trafic peut nécessiter des informations en temps quasi réel, ce qui n'est pas forcément le cas pour une stratégie de logement à long terme.

L'ajout de capteurs entraîne une augmentation des coûts d'acquisition, de connectivité, de maintenance et de cybersécurité. Les appareils tombent en panne, perdent en précision et doivent finalement être remplacés. Ils peuvent également collecter des informations sur les personnes, même lorsque leur objectif initial concerne les infrastructures.

Les villes devraient collecter des données à la fréquence requise par la décision à prendre. Le temps réel n'est pas nécessairement préférable. Dans certaines applications, des informations mensuelles ou annuelles fiables sont plus utiles qu'un flux de mesures de mauvaise qualité.

L'objectif est de disposer d'une base de données probantes suffisante, et non d'un volume de données aussi important que possible.

La protection de la vie privée doit être intégrée dès la conception

Un jumeau numérique de ville peut regrouper des informations relatives aux transports, à l'énergie, aux appareils mobiles, aux caméras et aux bâtiments. Même lorsque les ensembles de données ne contiennent pas de noms, il est parfois possible de remonter jusqu'à des personnes ou des foyers à partir d'informations détaillées sur leur localisation et leurs habitudes.

La ville devrait déterminer quelles informations sont nécessaires, quel doit être leur niveau de précision et pendant combien de temps elles seront conservées. L'agrégation pourrait permettre aux urbanistes de comprendre les déplacements sans suivre des personnes identifiables.

L'accès doit également être différencié. Un service public d'urbanisme peut avoir besoin de données agrégées au niveau des quartiers, mais pas de dossiers individuels. Les services d'urgence peuvent avoir besoin d'informations plus détaillées dans des circonstances clairement définies.

Les habitants doivent savoir quelles données sont utilisées dans le modèle et à quelles fins. Le fait que ces informations soient techniquement disponibles ne signifie pas pour autant que toutes les autorités publiques doivent les combiner et les réutiliser.

La confiance peut être ébranlée lorsqu'un système mis en place pour gérer la congestion ou la consommation d'énergie s'étend progressivement au contrôle policier, à la surveillance des comportements ou au profilage commercial, sans qu'il y ait eu de débat public.

Les algorithmes peuvent reproduire les inégalités existantes

Un jumeau numérique reflète la ville telle qu'elle est représentée par ses données. Les quartiers dotés de capteurs plus performants, de registres fonciers plus précis ou dont les habitants sont plus actifs sur le plan numérique peuvent apparaître de manière plus fidèle que les communautés informelles, plus pauvres ou moins connectées.

Les décisions d'investissement fondées sur ce modèle peuvent alors aggraver ce déséquilibre. Les zones pour lesquelles les données sont incomplètes peuvent sembler avoir moins de besoins, simplement parce que moins de problèmes y sont recensés.

Les données historiques peuvent également refléter des priorités antérieures. Un modèle entraîné à partir de données passées relatives à la circulation ou aux décisions d'entretien pourrait reproduire un système qui favorisait les quartiers aisés et les automobilistes.

Les villes doivent examiner qui apparaît dans les données, qui en est absent et quels résultats sont privilégiés. La participation du public n’est pas un simple exercice de communication facultatif ajouté après le travail technique. C’est un moyen d’identifier les réalités que les données ne parviennent pas à saisir.

Un modèle doit favoriser la prise de décision démocratique, et non remplacer les divergences d'opinion par un calcul apparemment neutre.

La cybersécurité devient un enjeu d'infrastructure

Une « ville jumeau » peut fournir des informations sur l'emplacement et l'état des routes, des réseaux énergétiques, des infrastructures hydrauliques et des bâtiments publics. Certaines de ces informations sont déjà accessibles au public, mais leur regroupement au sein d'une plateforme unique et accessible peut accroître leur caractère sensible.

Les pirates pourraient chercher à voler des données, à perturber les opérations ou à manipuler les informations utilisées par les décideurs. Un capteur compromis pourrait transmettre de fausses mesures au modèle, tandis qu’un rançongiciel pourrait rendre le système indisponible en cas d’urgence.

La conception de la sécurité doit refléter le fonctionnement des doubles dispositifs de contrôle. Un modèle de planification qui génère des recommandations présente des risques différents de ceux d'un système directement relié aux feux de signalisation, aux équipements énergétiques ou aux systèmes de gestion des bâtiments.

Les villes ont besoin de contrôles d'accès, de registres d'audit, de dispositifs de sauvegarde et d'une méthode viable permettant d'assurer la continuité des opérations sans recourir à la plateforme. Un jumeau numérique ne doit pas devenir un point de défaillance unique pour les services essentiels.

Les coûts liés à la cybersécurité et à la maintenance doivent être pris en compte dans l'analyse de rentabilité à long terme, plutôt que d'être considérés comme des détails techniques relevant de la responsabilité du fournisseur.

Évitez de devenir dépendant d'un seul fournisseur

Les jumeaux numériques associent la cartographie, le cloud computing, les capteurs, la simulation et la visualisation. Les villes risquent de se retrouver liées à un seul fournisseur, car il est difficile et coûteux de transférer ultérieurement les données, les modèles et les intégrations personnalisées.

Les contrats doivent préciser à qui appartiennent les données sous-jacentes, les modèles de simulation et les résultats. La ville doit pouvoir exporter les informations dans des formats documentés et permettre à d'autres prestataires de mettre en place des services compatibles.

Les normes ouvertes et les composants interopérables sont au cœur de l'approche actuelle de la Commission européenne en matière de jumeaux numériques locaux. Le recours à des outils partagés pourrait aider les petites communes à éviter de se doter d'emblée d'une plateforme entièrement propriétaire.

Une ville n'a pas besoin de posséder toutes les technologies, mais elle doit garder le contrôle sur ses informations publiques et conserver la possibilité de changer de prestataire.

Plus le jumeau prend de l'importance dans la planification et les opérations, moins il est acceptable que la connaissance de son fonctionnement reste l'apanage exclusif d'un prestataire externe.

Qu'est-ce qui vaut la peine d'être payé ?

Il vaut la peine d'investir dans des données géospatiales de haute qualité. Une ville doit disposer d'un inventaire précis et régulièrement mis à jour des bâtiments, des routes, des terrains, des réseaux et des biens publics avant que les simulations avancées puissent devenir fiables.

L'intégration peut également justifier des investissements importants. Le regroupement d'informations compatibles provenant des services chargés des transports, de l'aménagement du territoire, de l'eau et de l'énergie peut améliorer la prise de décision avant même la création d'une ville jumelle visuellement sophistiquée.

La modélisation spécialisée s'avère utile lorsque la décision prise a des conséquences importantes sur le plan financier ou en matière de sécurité, comme dans le cas de la protection contre les inondations, des grands projets d'infrastructure ou de la lutte contre la chaleur urbaine.

Les compétences du personnel sont tout aussi importantes que les logiciels. Les agents municipaux doivent comprendre ce que le modèle permet de déduire, d’où proviennent ses hypothèses et comment remettre en question ses résultats. Une ville qui s’en remet entièrement à des consultants peut disposer d’une plateforme sans pour autant posséder l’expertise nécessaire pour la gérer.

Les interfaces publiques peuvent apporter une valeur ajoutée lorsqu'elles facilitent réellement la compréhension des projets d'urbanisme et permettent aux habitants d'explorer différentes options, plutôt que de se contenter de visionner une animation promotionnelle.

Ce qui pourrait être superflu

Une ville de petite taille n'a peut-être pas besoin d'un modèle photoréaliste de l'ensemble de son territoire. Les systèmes d'information géographique existants et les outils d'ingénierie spécialisés peuvent déjà apporter les réponses nécessaires à moindre coût.

Les flux de données en temps réel ne sont pas nécessaires lorsque les décisions sont prises une fois par an ou que l'actif sous-jacent évolue lentement. Les expériences de réalité virtuelle peuvent attirer l'attention sans pour autant améliorer la qualité technique de la planification.

Les villes devraient également faire preuve de prudence lorsqu'elles mettent en place une infrastructure générale en prévision d'utilisations qui n'ont pas encore été définies. La technologie a tendance à devenir obsolète plus rapidement que les routes, les bâtiments et les réseaux d'adduction d'eau, tandis que les coûts d'entretien continuent de s'accumuler une fois que l'enthousiasme politique initial s'est estompé.

On préfère souvent l'outil le plus simple et le plus adapté à celui qui offre l'expérience la plus immersive.

Un meilleur test avant l'achat

Commencez par identifier un problème d'intérêt public, puis déterminez quels sont les décideurs qui utiliseront le résultat. Déterminez comment la décision est prise aujourd'hui et quelle lacune le projet jumeau est censé combler.

Définissez ce que vous entendez par « succès mesurable ». Il peut s'agir d'une meilleure prévision des inondations, d'une réduction des erreurs d'excavation, d'une analyse de planification plus rapide ou d'un plus grand nombre de riverains capables de comprendre un projet.

Vérifier les données disponibles, notamment leur exactitude, les autorisations légales et les communautés manquantes. Déterminer ce qui peut être réutilisé et ce qu'il faudrait collecter.

Mener un projet pilote à échelle réduite dans un seul district ou un seul réseau scolaire. Comparer les prévisions aux résultats réels et publier les hypothèses et les limites.

Calculez le coût total sur plusieurs années, en tenant compte du personnel, des mises à jour des données, des services cloud, de la sécurité, des capteurs et des changements de fournisseurs. Exigez dès le départ l'interopérabilité et les droits d'exportation.

Enfin, déterminez ce qui ne doit en aucun cas être relié au « twin ». Un projet responsable définit les limites aussi clairement que les capacités.

Les jumeaux numériques urbains peuvent aider les autorités à comprendre des systèmes complexes avant d'engager des dépenses ou de modifier physiquement des quartiers. C'est dans des domaines spécifiques, tels que les inondations, les infrastructures, l'énergie et les grands projets d'aménagement, où plusieurs types d'informations doivent être pris en compte conjointement, qu'ils apportent le plus de valeur.

Ce ne sont pas des reproductions objectives de la réalité urbaine, et elles ne peuvent pas déterminer quels compromis une collectivité doit accepter. Une simulation peut montrer qu’un tracé routier permet de faire circuler davantage de voitures ou qu’un projet immobilier projette une ombre plus longue. Il revient toujours aux élus et aux habitants de décider du type de ville qu’ils souhaitent.

La ville la plus « intelligente » n’est donc pas celle qui dispose de la reproduction virtuelle la plus détaillée. C’est celle qui sait quelles décisions méritent d’être modélisées, qui gère correctement les informations et qui reste prête à remettre en question les conclusions du modèle.