Les jumeaux numériques dans l’industrie du transport maritime – avantages, cas d’utilisation et possibilités

Que sont les jumeaux numériques ? 

En 2002, le scientifique Michael Grieves a inventé pour la première fois le terme et le concept de « jumeau numérique » lors d’une conférence organisée dans le Michigan à l’intention des ingénieurs de fabrication. Aujourd’hui, un jumeau numérique est plus qu’un modèle classique, il évolue de manière dynamique : tout ce qui arrive à l’objet ou au système physique arrive aussi à sa réplique, le jumeau numérique.  

Le concept de jumeau numérique est apparu pour la première fois en 1960, dans le cadre de la mission Apollo 13. La NASA a créé un modèle numérique du vaisseau spatial pour permettre aux scientifiques et aux ingénieurs restés sur Terre de tester les solutions possibles en cas de problème.  Ce système de jumeaux numériques, le premier du genre, a joué un rôle essentiel dans la mission de sauvetage des astronautes en 1970, bien qu’il n’ait pas été appelé jumeau numérique à l’époque. La NASA a utilisé 15 simulateurs pour tester les paramètres de la mission et permettre aux ingénieurs de comprendre ce qui n’avait pas fonctionné pendant la mission. Après avoir évalué les solutions possibles, la meilleure a été transmise à l’équipage.  

L’utilisation généralisée des jumeaux numériques n’a toutefois commencé qu’après l’introduction de la connectivité IoT et de la technologie des capteurs, combinées à des techniques d’analyse de données plus avancées.  

Chez Hapag-Lloyd, nous essayons également d’intégrer l’IoT dans notre activité quotidienne, par exemple, avec notre solution de visibilité Live Position.

Quels sont les avantages des jumeaux numériques ? 

Les jumeaux numériques aident déjà des industries entières à moderniser des processus complets. En analysant et en interprétant les données, ils permettent de prendre des décisions plus efficacement.   

• Visualisation : la conception d’un jumeau numérique permet aux autorités portuaires, par exemple, de simuler le processus de construction et d’exploitation, puis de visualiser en temps réel les différents éléments d’infrastructure des navires, des locaux ou d’autres objets. L’ensemble des opérations portuaires, telles que l’accostage des navires, la manutention des marchandises et l’allocation de l’espace de stockage, peuvent ainsi être optimisées en simulant d’abord les scénarios avec le jumeau numérique.  
  
• Prévisions et dépannage : en combinant la réalité virtuelle et physique, les problèmes peuvent être identifiés et résolus à un stade précoce. Par exemple, les processus d’entreposage et de livraison peuvent être optimisés en utilisant des jumeaux numériques des locaux pour expérimenter virtuellement divers scénarios d’optimisation du stockage et des processus.  
  
• Clarté :  les jumeaux numériques transforment les données maritimes difficiles à comprendre en possibilités d’action compréhensibles. Par exemple, les secteurs d’entrée du jumeau numérique mesurent le comportement du navire en réponse à diverses influences environnementales telles que les vagues, les courants, le vent et la température. Cela permet non seulement d’accroître l’efficacité des processus logistiques, mais aussi de minimiser les risques.  
  
• Développement des produits : les modèles en 3D et les simulations sur un jumeau numérique permettent d’entrevoir l’avenir et de produire plus rapidement. Ils peuvent par exemple analyser en quoi l’élévation du niveau de la mer va affecter les processus de la chaîne d’approvisionnement et le transport par conteneurs en général. Les jumeaux numériques peuvent également être utilisés pour tester de nouvelles formes ou de nouvelles hélices jusqu’à ce que le format idéal pour une efficacité maximale ait été trouvé. Ils peuvent aussi servir à prévoir les interventions de maintenance avant qu’elles ne se produisent.  
  
• Amélioration de la sécurité et de la longévité : les jumeaux numériques facilitent la maintenance proactive et la gestion des risques, en réduisant la probabilité de pannes d’équipement, d’accidents et d’incidents environnementaux, améliorant ainsi les normes de sécurité et le respect des réglementations.  
  
• Gestion de la durabilité : en optimisant la consommation de carburant, la planification des itinéraires et l’affectation des ressources, les jumeaux numériques contribuent à réduire les émissions de carbone, la consommation d’énergie et l’impact sur l’environnement, conformément aux objectifs de l’industrie en matière de durabilité et d’éco-efficacité. 
  

Comment les jumeaux numériques sont-ils utilisés dans les ports et le transport de conteneurs ? 

Le transport maritime de conteneurs nécessite également des prévisions et des diagnostics constants afin d’optimiser les processus. En effet, la construction navale est un domaine de développement extrêmement complexe. Les jumeaux numériques sont également utilisés dans les ports pour relever des défis tels que l’efficacité, le contrôle des émissions et l’ergonomie des systèmes d’exploitation.  

Voici quelques exemples d’utilisation des jumeaux numériques dans le domaine du transport maritime :  

• Maintenance prédictive : les répliques numériques des composants des navires, tels que les moteurs et les systèmes de propulsion, permettent de réaliser une maintenance prédictive en analysant les données des capteurs en temps réel. Il est ainsi possible d’anticiper les défaillances et de programmer des réparations proactives, ce qui minimise les temps d’arrêt et optimise les performances.  
  
• Visibilité de la chaîne d’approvisionnement : les jumeaux numériques complets de la chaîne d’approvisionnement offrent une visibilité en temps réel sur les niveaux de stocks, les itinéraires de transport et les délais de livraison, ce qui permet aux entreprises d’identifier les engorgements, d’atténuer les risques et d’améliorer la résilience et la réactivité de la chaîne d’approvisionnement dans son ensemble.  
  
• Optimisation des opérations portuaires : les représentations virtuelles des installations portuaires, y compris des postes d’amarrage, des grues et des zones de stockage, facilitent l’optimisation des opérations portuaires en simulant l’accostage des navires, la manutention des marchandises et l’allocation de l’espace de stockage, ce qui permet d’améliorer l’efficacité et de réduire l’encombrement.  
  

Le port italien de Livourne en est un exemple concret. Il travaille sur son infrastructure technologique depuis 2016 - et des jumeaux numériques sont déjà utilisés. L’ensemble du port a été modélisé virtuellement pour reproduire les éléments physiques tels que les conteneurs, les caméras et les entrepôts de marchandises générales.  

Les caméras WDR (Wide Dynamic Range) capturent tous les aspects du travail quotidien et modélisent le port sous forme de jumeau numérique. Grâce aux applications de réalité virtuelle, les opérateurs peuvent naviguer dans le jumeau numérique et obtenir une vue d’ensemble de la zone portuaire numérique. En effet, la précision et l’efficacité du stockage et de la localisation des marchandises sont essentielles pour les processus logistiques.  

L’avenir du transport maritime par conteneurs sera également déterminé par les jumeaux numériques des navires. Le passage à un système de contrôle virtuel permet d’optimiser des flottes entières et les opérations portuaires. Les jumeaux numériques des navires peuvent réaliser une intégration logicielle et agir ainsi comme des simulateurs pour l’objet physique. Ils peuvent donc analyser des situations réelles telles que les entretiens ou même les pannes de moteur et les prévenir.    

Même l’un des ports les plus grands et les plus fréquentés du monde, le Port de Rotterdam, s’appuie sur les jumeaux numériques. L’une des innovations du port est l’utilisation de « dolphins numériques », c’est-à-dire des murs de quai et des bouées équipés de capteurs pour suivre les marées, la vitesse du vent et d’autres mesures liées aux conditions météorologiques.   

Le port utilise également un concept innovant : un conteneur 42 équipé de toutes sortes de capteurs et fonctionnant comme un outil de recherche qui voyage à travers le monde. Grâce aux capteurs, il est possible de suivre non seulement les données relatives à l’intérieur du conteneur, telles que la température et l’humidité, mais aussi les données relatives à l’ensemble du trajet. Les données collectées permettront d’améliorer et de repenser les trajets.

Le pouvoir d’innovation des jumeaux numériques    

En conclusion, les jumeaux numériques représentent une technologie transformatrice dotée d’un immense potentiel pour repenser le paysage de l’industrie du transport maritime et de la logistique. En utilisant la puissance de la réplication virtuelle, l’analyse des données en temps réel et la modélisation prédictive, toute l’industrie peut atteindre de nouveaux niveaux d’efficacité, de sécurité et de durabilité dans toutes ses opérations. L’adoption de nouvelles technologies telles que les jumeaux numériques contribuera à tracer la voie vers un avenir plus connecté, plus résilient et plus agile.