Les data centers posent des problèmes, ETAP peut les résoudre en utilisant IA et jumeaux numériques !

Depuis environ une décennie, on entend de plus en plus parler de jumeaux numériques. Le terme a été introduit en 2010 par un des membres de la Nasa, John Vickers. Une page explicative à ce sujet, sur le site d'IBM, précise que le concept derrière la technologie des jumeaux numériques actuelle remonte aux années 1960, lorsque la Nasa construisait des répliques physiques de ses engins spatiaux pour étudier leur réponse à différentes conditions avant d'envoyer leurs homologues réels en orbite.

On peut trouver également dans un rapport des Académies nationales aux États-Unis, datant de 2024, la définition suivante d'un jumeau numérique : « Un ensemble de constructions d'informations virtuelles qui imite la structure, le contexte et le comportement d'un système naturel, artificiel ou social (ou d'un système de systèmes), et qui est mis à jour dynamiquement avec les données de son jumeau physique, possédant une capacité prédictive et qui éclaire les décisions créatrices de valeur. L'interaction bidirectionnelle entre le virtuel et le physique est essentielle au jumeau numérique. »

Essayons d'éclaircir un peu tout ça en prenant justement l'exemple d'une fusée que l'on veut lancer et en particulier si elle est destinée à envoyer une capsule habitée sur orbite.

Le campus de Paris-Saclay a accueilli le 9 février 2023 le colloque intitulé : « Jumeaux Numériques : Diversité, défis scientifiques, enjeux sociétaux et industriels ». Les explications du professeur Pierre Jehel, qui travaille au laboratoire de Mécanique de Paris-Saclay. © CentraleSupélec

Les multiples avatars du concept de jumeau numérique

Bien évidemment, les ingénieurs vont chercher à optimiser et à rendre le lanceur aussi sûr que possible. Il faut faire le choix d'un type de moteur, d'un type de carburant et cela implique de tenir compte d'un très grand nombre de phénomènes physiques : la résistance mécanique des pièces d'un moteur, alors que du carburant y circule ou l'effet de la chaleur sur ces pièces, les vibrations et propagations d'ondes qui ne vont pas manquer d'accompagner le fonctionnement d'un tel moteur et qui peuvent détruire ses pièces ou d'autres éléments de la fusée, etc.

Bref, on comprend bien que pour aboutir aux objectifs visés, il faudrait pouvoir construire un grand nombre de fusées différentes pour faire des tests sur leur comportement et le comprendre, ce qui implique de pouvoir faire diverses mesures sur les températures et les mouvements mécaniques des différents éléments de la fusée, à la recherche des conditions, qui soit sont optimales pour le lancement, soit conduisent à un accident.

On comprend vite qu'il est bien plus facile, sûr et moins coûteux de faire des simulations numériques de la fusée, simulations où l'on peut faire varier à volonté la structure du moteur et les conditions de fonctionnement.

En ce sens, on peut faire remonter le concept de jumeau numérique aux années 1940, quand les ordinateurs prennent leur essor en même temps que les armes et les réacteurs nucléaires avec le projet Manhattan. Des mathématiciens, du calibre de John von Neumann et Stanislaw Ulam, vont alors se lancer avec leurs collègues dans la simulation numérique des armes nucléaires et se servir des ordinateurs pour explorer et simuler bien d’autres phénomènes.

On dit souvent d'ailleurs que von Neumann s'est lancé dans la conception et la construction des ordinateurs parce qu'il voulait au départ faire des prédictions météorologiques, ce qui nécessite justement de faire un jumeau numérique de la Terre, jumeau que l'on doit nourrir par des mesures de températures et de vitesses des vents dans l'atmosphère pour lui permettre de faire des prédictions.

On peut transposer la situation au climat où l'on utilise des jumeaux numériques de la Terre pour prédire le réchauffement climatique, en tenant compte notamment des diverses évolutions des sources de CO2 de la production industrielle selon plusieurs scénarios.

On peut donner un autre exemple de jumeau numérique, celui de World3, qui a permis la simulation informatique des interactions entre population, croissance industrielle, production de nourriture et limites des écosystèmes terrestres derrière les thèses du fameux Club de Rome. Thèses qui ont été résumées en 1972 dans le livre The Limits to Growth (en français, Les limites à la croissance) de Donella Meadows, Dennis Meadows, Jørgen Randers et William W. Behrens III.

Terminons en expliquant qu'avant les jumeaux numériques, il y avait ce que l'on pourrait appeler les jumeaux analogiques - jumeaux qui sont aujourd'hui numérisés. Le concept est très similaire et permet de bien saisir aussi celui de jumeaux numériques. Il est bien illustré par un passage dans le fameux cours de physique du prix Nobel Richard Feynman, où se trouvent en gros les explications suivantes, qui peuvent compléter celles que l'on a données précédemment ou les rendre plus facilement compréhensibles.

Prenez un véhicule comme une voiture ou un camion. Il possède des pièces métalliques de diverses formes et compositions, qui peuvent se mettre à vibrer lorsque l'engin roule à une certaine vitesse sur un terrain donné. Lorsque l'on se trouve sur une résonance, une des pièces, par exemple un essieu, peut se rompre. On pourrait imaginer construire des centaines d'exemplaires différents d'un tel engin et faire des tests sur des autoroutes ou des pistes dans le désert, mais cela coûterait plutôt cher.

La solution est de construire un seul système avec des condensateurs, des inductances et des résistances variables. L'ensemble constituera un système d'équations différentielles mathématiquement identiques à celui décrivant les oscillations mécaniques des pièces de la voiture (par exemple) que l'on veut construire. Il n'est pas nécessaire de savoir résoudre ce système, il suffit de voir comment il se comporte selon les diverses valeurs de ses dipôles électriques en réponse à une excitation donnée, pour savoir si l'engin résistera bien ou non.

Une présentation de Electrical Transient Analyzer Program (ETAP) il y a dix ans. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ».© ETAP Software

Le problème ubiquiste de la modélisation des réseaux de transports électriques

Nos sociétés sont de plus en plus gourmandes en énergie, en matière première... et puissance de calcul. Elles sont aussi plus complexes et en demande d'une sécurité croissante. On comprend dès lors qu'avec la montée de la puissance de calcul des ordinateurs et celle de l’IA, on a aussi besoin de plus en plus de jumeaux numériques pour optimiser des machines, des usines, des réseaux de communication et des villes intelligentes.

Pour illustrer cet état de fait, bien que comme on l'a dit les jumeaux numériques sont là pour résoudre des problématiques et leurs défis depuis des décennies, on peut prendre l'exemple de l'évolution récente de Electrical Transient Analyzer Program (ETAP). Fondée en 1986 par l'ingénieur d'origine iranienne Farrokh Shokooh, cette société a fonctionné pendant des décennies comme une entreprise de logiciels privée et indépendante basée à Irvine, en Californie. Il y a quelques années, elle a été rachetée par la société française Schneider Electric.

Techniquement, ETAP est un leader mondial des solutions logicielles pour la conception, la simulation, l'exploitation et l'optimisation des systèmes électriques. Prenons un exemple simple à ce propos, celui d'un réseau d'alimentation électrique d'un pays, mais on aurait pu utiliser aussi l'exemple d'une usine ou d'une mine.

Nous avons tous été confrontés à des pannes d'électricité, qui peuvent avoir des causes multiples à l'échelle d'un pays. Son alimentation dépend du bon fonctionnement des sources d'électricité, de la consommation électrique des usagers, du vieillissement des moyens de transport de l'électricité, etc. On est alors devant un système complexe avec des instabilités, comme dans le cas des fusées de la Nasa ou des véhicules que l'on simulait autrefois avec des jumeaux analogiques.

De nos jours, il y a aussi la perspective de moduler le transport électrique d'un pays en fonction de l'énergie renouvelable disponible via des panneaux solaires ou des éoliennes, en complément des autres moyens de production comme des centrales nucléaires. Il y a, là aussi, des questions d'optimisation et de prévisions du fonctionnement du réseau en cas de défaillance de certains de ses éléments, une surproduction électrique à cause de vents très violents ou une mise à l'arrêt nécessaire d'une ou plusieurs centrales nucléaires par exemple.

ETAP a donc développé depuis des décennies des logiciels pour répondre à ces demandes à diverses échelles. En fait, et c'est très impressionnant, la très grande majorité des centrales nucléaires de la Planète utilise les jumeaux numériques d'ETAP pour leurs réseaux électriques.

Un des principaux enjeux actuels est le bon fonctionnement des data centers (centres de données) et des AI factories quand ils sont là aussi raccordés au réseau électrique dans un monde en plein évolution technologique et confronté au changement climatique. Cela concerne notamment la France qui possède une énergie nucléaire décarbonée abondante et qui investit dans les data centers et l'IA.

ETAP 2026 représente une avancée majeure dans la conception, l'exploitation et l'optimisation des réseaux électriques. Ce logiciel repose sur neuf piliers d'innovation, chacun répondant à une dimension essentielle de l'écosystème électrique moderne et redéfinissant ensemble les possibilités. Au cœur d'ETAP 2026 se trouve la bibliothèque d'ingénierie ETAP, l'une des collections les plus complètes de modèles d'équipements vérifiés et validés du secteur. Cette version enrichit considérablement cette base, avec plus de 23 000 nouveaux modèles, dont plus de 17 500 dispositifs de protection, plus de 900 modèles de câbles et plus de 5 000 modèles de panneaux solaires provenant des plus grands fabricants mondiaux. Bien plus qu'une simple mise à jour logicielle, cette version marque un tournant fondamental vers un jumeau numérique du système électrique, basé sur la physique et enrichi par l'IA, pour une gestion énergétique continue. Des explications de Tanuj Khandelwal, P.-D.G. d’ETAP. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © ETAP Software

Des jumeaux numériques dopés à l'IA pour l'IA et les data centers

Au mois de mai 2026 s'est d'ailleurs tenue à Paris une conférence de presse sur l'expertise que peut apporter ETAP sur ces questions, d'autant plus que l'entreprise utilise maintenant aussi l'IA pour ses nouveaux jumeaux numériques. 

À cette conférence était présent Tanuj Khandelwal, P.-D.G. d'ETAP, et comme le montre le communiqué sur le site de l'entreprise, celui-ci a expliqué que « les data centers et les AI factories ne sont pas seulement des infrastructures numériques : ce sont d'abord des infrastructures électriques critiques. Leur capacité à fonctionner, à évoluer et à se raccorder au réseau dépend de la qualité de leur conception électrique, de leur modélisation et de leur pilotage opérationnel. Notre ambition est d'apporter en France cette expertise spécifique au secteur des data centers ». 

En ce qui concerne les AI factories, si vous posez la question de ce qu'elles sont à ChatGPT, il vous répondra que « les AI factories - ou « usines d'IA » - sont des infrastructures conçues pour produire de l'intelligence artificielle à grande échelle, un peu comme une usine transforme des matières premières en produits finis.

Ici, la matière première, ce sont les données ; les machines, ce sont des supercalculateurs, GPU, réseaux rapides, stockage massif et logiciels d'entraînement/inférence ; et le produit final, ce sont des modèles d'IA, agents, applications, prédictions, images, textes, simulations ou "tokens" ».

Il ajoutera : « Dans le vocabulaire de Nvidia et des grands acteurs du calcul, une AI factory est un centre de calcul spécialisé pour l'IA, capable de gérer tout le cycle de vie : ingestion de données, entraînement de grands modèles, fine-tuning, évaluation, déploiement et inférence massive. Nvidia parle d'une infrastructure qui "fabrique" de l'intelligence en temps réel, en convertissant énergie et données en sorties utiles de modèles d'IA. »