Projets

Paris-Saclay expérimente un jumeau numérique simulable

De g. à dr., Hugues de Bantel (Cosmo Tech), Grégoire de Lasteyrie (Paris-Saclay) et Paul Labrogère (SystemX) ont présenté le résultat de leur partenariat, le jumeau numérique Decarbonized City.

Avec ses partenaires, l'institut de recherche technologique SystemX et la start-up Cosmo Tech, la communauté d'agglomération Paris-Saclay a mis en oeuvre un jumeau numérique simulable pour répondre aux enjeux de la transition énergétique, dénommé Decarbonized City.

PublicitéÀ l'occasion d'une conférence de presse, le 9 février 2022, la communauté d'agglomération de Paris-Saclay a présenté le projet Decarbonized City, un jumeau numérique simulable, conçu avec ses partenaires, l'institut de recherche technologique (IRT) SystemX et la start-up Cosmo Tech, spin-off de l'ENS de Lyon.

La communauté d'agglomération de Paris-Saclay regroupe 27 communes au nord-ouest de l'Essonne et compte près de 320 000 habitants. Le territoire se caractérise par un important pôle scientifique, avec de nombreux centres de recherche publics et privés, ainsi qu'une université qui a obtenu en 2021 la 13e place au classement de Shanghai et la première en mathématiques. C'est aussi un pôle important sur le plan économique, accueillant plus de 25 500 entreprises et 180 000 emplois, ainsi qu'un territoire avec 60% d'espaces naturels et agricoles. Depuis la loi de transition énergétique pour la croissance verte de 2015, l'agglomération est chargée du pilotage et de la réalisation d'un plan climat-air-énergie territorial (PCAET), visant à réduire la consommation d'énergie, les émissions de gaz à effet de serre (GES) et l'exposition aux aléas climatiques. La feuille de route 2019-2024 prévoit des objectifs précis, comme la réduction de 24% de la consommation énergétique en 2024 par rapport à 2012 ou le recours à 20% d'énergie renouvelable. « Le projet Decarbonized City nous donne les moyens de mettre en oeuvre cette politique environnementale et énergétique », affirme Grégoire de Lasteyrie, président de la communauté d'agglomération de Paris-Saclay.

Une réplique virtuelle fruit de trois ans de travail

L'idée est née fin 2018, de la volonté de l'agglomération de placer les choix énergétiques au coeur de sa stratégie de transition. « Il est essentiel d'avoir des outils offrant une visualisation immédiate des réseaux et des consommations d'énergie pour se projeter dans l'avenir, sans avoir à passer par le jeu habituel des cabinets extérieurs, qui vont rendre une étude dans six mois », pointe Grégoire de Lasteyrie. Pour cela, elle a initié un partenariat avec SystemX et Cosmo Tech, réunissant acteurs publics et privés, institutionnels et collectivités. « L'innovation n'est pas que technologique, c'est aussi d'avoir tous ces acteurs qui travaillent ensemble », souligne le président de Paris Saclay. « La collaboration a démarré avec l'agglomération qui avait cette vision, ce besoin de mesurer l'impact économique et écologique de ses décisions sur le long terme », indique Paul Labrogère, directeur général de l'IRT SystemX. L'IRT a apporté son expertise en modélisation, simulation et analyse de systèmes complexes, tandis que Cosmo Tech a fourni la plateforme servant à créer les modèles et les simulateurs. Le projet, qui représente un des deux lots du projet de recherche Paris-Saclay Énergies (PSE) de SystemX, a été financé à parts égales par l'IRT, lui-même financé pour moitié par le programme d'investissements d'avenir (PIA) de l'État et par les autres partenaires, pour un total d'un peu plus d'un million d'euros selon le président de l'agglomération.

PublicitéPendant trois ans, une équipe constituée de cinq personnes a élaboré un jumeau numérique du territoire, opérationnel fin 2021. Celui-ci est une réplique virtuelle énergétique des 27 communes du territoire, basé sur des données réelles, certaines disponibles en open data et d'autres fournies par les communes. Il est actuellement alimenté par 17 sources différentes et comporte une centaine de jeux de données, dont la carte du territoire, les données cadastrales, la population, les bâtiments, les réseaux énergétiques ainsi que les données de consommation et de production d'énergie, notamment les énergies renouvelables. Sur la base de cette modélisation, on peut ensuite exécuter un certain nombre de simulations. « Il s'agit d'une approche holistique, il est essentiel d'identifier l'ensemble des acteurs qui interagissent », souligne Paul Labrogère. « Cette vision holistique est primordiale pour intégrer l'ensemble des éléments, mais un tel projet fait également appel à l'expertise, celles des représentants de la collectivité, celle de SystemX, pour décrire les différents éléments et les encapsuler dans un modèle », ajoute Hugues de Bantel, cofondateur et directeur général de Cosmo Tech.

Le jumeau numérique offre une réplique virtuelle des différents quartiers.

Explorer des scénarios énergétiques par quartier

Aujourd'hui, ce jumeau numérique permet de travailler des scénarios de choix énergétiques à l'échelle d'un quartier. « Selon le quartier, différents types d'énergies sont envisageables, mais les choix optimums varient d'une zone à l'autre, en fonction du vent, de l'ensoleillement, des installations à proximité... Grâce à l'outil, on peut balayer très rapidement ces différents scénarios, afin de parvenir à être plus sobre, d'abord à l'échelle du quartier, puis du territoire », explique Grégoire de Lasteyrie. Par exemple, pour un projet de nouvelle zone d'aménagement concerté (ZAC), le jumeau permet de créer des scénarios afin d'évaluer la capacité à répondre à l'augmentation de la demande d'énergie. L'utilisateur peut créer un nouveau réseau, préciser le type d'énergie (géothermie, biomasse, etc.), le réseau de raccordement, le coût de l'investissement initial et celui de la maintenance... En fonction des options choisies, la simulation calcule les impacts sur différents critères environnementaux, économiques et sociaux, évaluant le retour sur investissement et le rendement pour chaque scénario. « On peut voir qu'avec une configuration basée sur la géothermie, les émissions de GES auront diminué de 75% dans 20 ans et que la consommation sera stabilisée. En revanche, la satisfaction des usagers sera en baisse, car le réseau est sous-dimensionné pour répondre aux pics hivernaux », illustre Grégoire de Lasteyrie. Hugues de Bantel explique que l'outil peut exécuter trois grands types de simulations : des scénarios « what if », pour étudier les conséquences d'une hypothèse, mais aussi des modélisations prescriptives, en vue de trouver le meilleur chemin pour arriver à un résultat souhaité. Il peut enfin effectuer des simulations opérationnelles à très court terme, pour trouver la meilleure façon d'opérer en tenant compte des critères environnementaux. « Les simulations permettent aux élus de prendre des décisions optimales et de voir les conséquences de leurs actions. Elles peuvent offrir une vision très opérationnelle, à court terme, mais aussi à plus long terme », résume Hugues de Bantel.

La simulation permet d'évaluer l'évolution de la consommation énergétique sur le moyen et long terme.

À brève échéance, l'outil Decarbonized City, encore en phase expérimentale, va aider la communauté à maîtriser et optimiser ses flux énergétiques. « Nous devons établir plusieurs schémas directeurs pour les énergies renouvelables en 2022, nous allons pouvoir les mettre en perspective avec ce jumeau numérique simulable », indique Grégoire de Lasteyrie. Le projet va également servir à ouvrir des champs d'étude sur de nouveaux sujets, comme le pilotage énergétique des bâtiments, l'implantation de datacenters et les réseaux de chaleur pour récupérer une partie de l'énergie fatale, ou encore la compensation carbone. Dans le même temps, l'équipe ambitionne d'aller plus loin, en ouvrant le projet à tous les territoires qui voudraient s'y impliquer. Un appel à candidatures est prévu cet été pour développer un démonstrateur territorial à partir des fondations mises en place. Enfin, le modèle est conçu pour être évolutif et pourra être enrichi pour intégrer de nouvelles sources d'énergie, des données sur la mobilité et tout autre aspect jugé pertinent.