Alors que le monde est confronté à l’urgence de réduire les émissions de carbone et de lutter contre le changement climatique, les chercheurs de l’université de Sharjah (Emirats Arabes Unis) se tournent vers une technologie de pointe qui pourrait redéfinir l’avenir de l’énergie : les jumeaux numériques alimentés par l’IA.
Selon les chercheurs, ces répliques numériques du monde physique ont le potentiel de transformer la production, la gestion et l’optimisation de l’énergie sur diverses plateformes d’énergie propre, accélérant ainsi la transition vers l’abandon des combustibles fossiles, que les scientifiques environnementaux associent au réchauffement climatique.
La capacité des jumeaux numériques à reproduire et à interagir avec des systèmes complexes en a fait une pierre angulaire de l’innovation dans tous les secteurs, favorisant l’amélioration de l’efficacité, la réduction des coûts et le développement de solutions novatrices.
Cependant, les scientifiques soulignent que les modèles actuels de jumeaux numériques présentent encore des limites notables qui restreignent leur plein potentiel en matière d’exploitation des énergies éolienne, solaire, géothermique, hydroélectrique et biomasse.
« Les jumeaux numériques sont très efficaces pour optimiser les systèmes d’énergie renouvelable », écrivent les chercheurs dans la revue Energy Nexus. « Cependant, chaque source d’énergie présente des défis uniques, allant de la variabilité des données et des conditions environnementales à la complexité des systèmes, qui peuvent limiter les performances des technologies de jumeaux numériques, malgré leur potentiel considérable pour améliorer la production et la gestion de l’énergie. »
Dans leur étude, les auteurs ont procédé à une analyse approfondie de la littérature existante sur l’application des jumeaux numériques dans les systèmes d’énergie renouvelable. Ils ont examiné divers contextes, fonctions, cycles de vie et cadres architecturaux afin de comprendre comment les jumeaux numériques sont actuellement utilisés et où subsistent des lacunes.
Afin d’extraire des informations significatives, les chercheurs ont utilisé des techniques avancées d’exploration de texte, en s’appuyant sur l’intelligence artificielle, l’apprentissage automatique et le traitement du langage naturel. Cette approche scientifiquement rigoureuse leur a permis d’analyser de grands volumes de données brutes et de mettre au jour des modèles structurés, des concepts et des tendances émergentes.
À partir de cette analyse approfondie, les auteurs ont tiré plusieurs conclusions clés. Ils ont identifié les lacunes en matière de recherche, proposé de nouvelles orientations et souligné les défis à relever pour exploiter pleinement le potentiel de la technologie des jumeaux numériques dans le secteur des énergies renouvelables.
Après une discussion détaillée sur l’intégration des jumeaux numériques dans diverses applications liées aux énergies renouvelables, les auteurs ont résumé leurs conclusions les plus significatives pour cinq sources d’énergie majeures : l’éolien, le solaire, la géothermie, l’hydroélectricité et la biomasse. Chaque source présente des opportunités et des défis uniques, et l’étude offre un aperçu complet de la manière dont les jumeaux numériques peuvent être adaptés pour optimiser les performances dans chaque domaine.
L’étude révèle que les jumeaux numériques offrent des avantages significatifs dans divers systèmes d’énergie renouvelable :
Énergie éolienne : les jumeaux numériques peuvent prédire des paramètres inconnus et corriger des mesures inexactes, améliorant ainsi la fiabilité et les performances du système.
Énergie solaire : ils aident à identifier les facteurs clés qui influencent l’efficacité et la puissance de sortie, permettant une meilleure conception et optimisation du système.
Énergie géothermique : les jumeaux numériques peuvent simuler l’ensemble du processus opérationnel, en particulier le forage, facilitant ainsi l’analyse des coûts et réduisant à la fois le temps et les dépenses.
Énergie hydroélectrique : les modèles basés sur l’IA simulent la dynamique du système afin d’identifier les facteurs d’influence. Dans les anciennes centrales hydroélectriques, ils sont utilisés pour atténuer l’impact de la fatigue des travailleurs sur la productivité.
Énergie issue de la biomasse : les jumeaux numériques améliorent les performances et la gestion en offrant des informations approfondies sur les processus opérationnels et les configurations des centrales.
Mais la contribution des auteurs dans ce domaine se distingue en soulignant les limites critiques de l’application de la technologie des jumeaux numériques à ces sources d’énergie. Leur analyse souligne la nécessité de disposer de modèles plus robustes, capables de relever les défis spécifiques à chaque système d’énergie renouvelable.
Les auteurs identifient plusieurs limites dans l’application des jumeaux numériques à différents systèmes d’énergie renouvelable :
Énergie éolienne : les jumeaux numériques rencontrent des difficultés pour modéliser et surveiller avec précision les conditions environnementales. Ils peinent à simuler des facteurs critiques tels que l’érosion des pales, la dégradation des boîtes de vitesses et les performances des systèmes électriques, en particulier dans les éoliennes vieillissantes.
Énergie solaire : malgré leur potentiel, les jumeaux numériques ne parviennent toujours pas à prédire de manière fiable les performances à long terme. Ils ont du mal à suivre la dégradation des panneaux et à tenir compte des influences environnementales au fil du temps, ce qui affecte leur précision et leur utilité.
Énergie géothermique : l’un des principaux obstacles est le manque de données de haute qualité, qui entrave la capacité des jumeaux numériques à simuler les incertitudes géologiques et les conditions souterraines. La technologie est également confrontée à la complexité de la modélisation du comportement à long terme des systèmes géothermiques, notamment le transfert de chaleur et la dynamique des fluides.
Énergie hydroélectrique : appliqués à des projets hydroélectriques, les jumeaux numériques rencontrent des difficultés pour modéliser avec précision la variabilité du débit d’eau et pour prendre en compte les contraintes environnementales et écologiques. Ces limites réduisent leur efficacité dans l’optimisation des performances et de la durabilité des systèmes.
Énergie issue de la biomasse : lorsqu’ils sont utilisés avec des systèmes d’énergie issue de la biomasse, les jumeaux numériques ont encore du mal à simuler l’ensemble de la chaîne d’approvisionnement de la production. Ils ne parviennent pas à fournir des modèles précis pour les processus biologiques, la conversion de la biomasse et les réactions biochimiques et thermochimiques complexes impliquées.
Les auteurs soulignent les implications plus larges de ces lacunes pour le secteur des énergies renouvelables. Pour relever ces défis, ils proposent un ensemble de lignes directrices et une feuille de route de recherche visant à aider les scientifiques à améliorer la fiabilité et la précision des technologies de jumeaux numériques.
Leurs recommandations se concentrent sur l’amélioration des méthodes de collecte de données, le perfectionnement des techniques de modélisation et l’expansion des capacités de calcul afin de garantir que les jumeaux numériques puissent fournir des informations fiables pour la prise de décision et l’optimisation des systèmes.
Article : « Harnessing the future: Exploring digital twin applications and implications in renewable energy » – DOI : 10.1016/j.nexus.2025.100415
Source : U. Sharjah
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