Optimizing Digital Twin for Net-Zero Retrofitting for UK Existing Building Stock

Les bâtiments dans lesquels nous vivons et travaillons constituent une part massive du problème climatique. Au Royaume-Uni, le secteur du bâtiment est responsable de près d'un quart des émissions de carbone du pays. Le défi réside dans le fait que la plupart des bâtiments censés être debout en 2050 ont déjà été construits. Cela signifie que le chemin vers un avenir plus propre ne repose pas sur la construction de nouvelles structures parfaites, mais sur la réparation des anciennes. La méthode traditionnelle de modernisation de ces bâtiments — souvent appelée rénovation énergétique ou « retrofitting » — consiste généralement à ajouter de l'isolation ou à remplacer les systèmes de chauffage sur la base de plans statiques. Cependant, ces méthodes échouent souvent à prédire comment un bâtiment se comportera réellement une fois que les gens y vivront, ce qui crée un écart entre les économies d'énergie promises sur le papier et la réalité sur le terrain. Pour combler cet écart, les chercheurs se tournent vers un outil appelé jumeau numérique. Imaginez un jumeau numérique comme une copie virtuelle vivante et respirante d'un bâtiment physique. Contrairement à un simple plan, cette version numérique est connectée à des données en temps réel, ce qui lui permet de simuler la façon dont le bâtiment réagit à la météo, la manière dont les gens l'utilisent et la performance de ses systèmes énergétiques au fil du temps. Cela offre un moyen de tester différentes améliorations dans un espace virtuel avant de dépenser de l'argent pour des changements physiques, promettant une voie plus intelligente et plus efficace vers les émissions nettes zéro.

Une équipe de chercheurs de l'Université de Lincoln et de l'Université de Westminster a entrepris de voir si cette technologie pouvait réellement résoudre la crise de la rénovation énergétique au Royaume-Uni. Ils ne s'intéressaient pas seulement à la théorie des jumeaux numériques, mais à la réalité pratique de leur utilisation sur les milliers de bâtiments existants à travers le pays. Pour le découvrir, ils ont interrogé 383 professionnels du secteur, notamment des architectes, des ingénieurs, des entrepreneurs et des responsables politiques. C'étaient les personnes responsables de la conception, de la construction et de la gestion des rénovations. Les chercheurs les ont interrogés sur leurs méthodes actuelles, leur familiarité avec la technologie du jumeau numérique et ce qui freinait son utilisation. L'objectif était d'aller au-delà du battage médiatique pour comprendre les barrières réelles qui empêchent ces outils puissants d'être utilisés pour décarboner le parc immobilier du pays.

Les résultats ont brossé le portrait d'une industrie qui comprend le potentiel, mais qui peine à faire le premier pas. Les professionnels interrogés ont généralement convenu que les jumeaux numériques pourraient être incroyablement utiles. Ils ont reconnu que les données en temps réel et la capacité de suivre les performances après une rénovation sont cruciales pour combler l'écart entre les économies d'énergie attendues et réelles. En fait, les répondants ont jugé très importante l'intégration des données en temps réel. Cependant, lorsqu'on les interrogeait sur leur propre expérience de la technologie, le tableau changeait. La plupart se sont décrits comme n'ayant qu'une connaissance légère ou modérée des jumeaux numériques. Bien qu'ils puissent parler du concept, très peu l'ont réellement utilisé dans un projet concret. L'étude a révélé que la technologie est actuellement à ses débuts dans le secteur de la rénovation, son adoption étant limitée principalement aux projets pilotes ou aux discussions théoriques plutôt qu'à la pratique quotidienne.

La découverte la plus surprenante fut peut-être que la simple connaissance de la technologie ne garantit pas son utilisation. Les chercheurs ont analysé les données pour voir si la familiarité d'une personne avec les jumeaux numériques, sa confiance en ses propres compétences numériques ou sa croyance en le financement public pouvaient prédire l'adoption d'un nouveau cadre basé sur cette technologie. La réponse fut négative. Aucun de ces facteurs individuels n'était assez fort pour prédire l'adoption à lui seul. Cela suggère que le problème n'est pas un manque de sensibilisation ou de volonté individuelle. Au contraire, la barrière est systémique. L'industrie n'attend pas qu'une seule personne devienne experte ; elle attend que l'ensemble du système change. Les professionnels ont identifié que les véritables obstacles sont structurels : l'incapacité de différents logiciels à communiquer entre eux, l'absence de méthodes standardisées pour partager les données et l'insuffisance de financement pour soutenir la transition.

L'enquête a mis en évidence cinq domaines spécifiques que l'industrie estime devoir être traités pour que les jumeaux numériques fonctionnent. La priorité la plus fréquemment mentionnée était l'interopérabilité des données, c'est-à-dire la capacité de différents programmes informatiques et bases de données à échanger des informations de manière fluide. Sans cela, un jumeau numérique ne peut pas fonctionner car il ne peut pas collecter les données nécessaires provenant des capteurs, des modèles de conception ou des factures d'énergie. La deuxième et la troisième priorité étaient le besoin de cadres standardisés et de meilleurs financements ou incitations financières. Les professionnels estimaient que les politiques gouvernementales actuelles étaient bien intentionnées mais mal mises en œuvre, les laissant sans les règles claires ou les filets de sécurité financière nécessaires pour investir dans de nouveaux outils numériques. La quatrième et la cinquième priorité étaient la collaboration entre les différents secteurs et le développement de programmes de formation pour monter en compétence la main-d'œuvre.

Sur la base de ces conclusions, les chercheurs ont proposé un nouveau cadre pour guider la transition du Royaume- l'Unité. Cette approche ne consiste pas seulement à installer un logiciel ; c'est une stratégie en quatre volets qui traite le problème comme un système global. Le premier pilier se concentre sur la construction d'un écosystème national de données où tous les différents outils numériques peuvent parler le même langage. Le deuxième pilier appelle à un ensemble de politiques cohérentes qui lie le financement public à l'utilisation de ces outils numériques, garantissant que le soutien financier n'est disponible que lorsque les projets respectent des normes de données spécifiques. Le troisième pilier met l'accent sur le renforcement des capacités, ce qui signifie que les universités et les organismes professionnels doivent former la prochaine génération d'architectes et d'ingénieurs pour qu'ils soient fluents dans la modélisation numérique et l'analyse de données. Le dernier pilier est une gouvernance collaborative, qui suggère la création d'alliances entre le gouvernement, l'industrie et le milieu universitaire pour partager les connaissances et tester de nouvelles idées dans des contextes réels.

L'étude conclut que la technologie pour optimiser le parc immobilier du Royaume-Uni existe, mais qu'elle est actuellement bloquée dans un cycle de sensibilisation sans action. Les professionnels sont prêts à avancer, mais ils ont besoin d'un environnement de soutien qui lève les obstacles techniques et financiers. Les chercheurs soutiennent que le chemin vers le net-zéro n'est pas une question d'attendre que la technologie devienne parfaite, mais de construire l'écosystème qui permet de l'utiliser efficacement. En se concentrant sur les normes de données, une politique cohérente, la formation de la main-d'œuvre et la collaboration, le Royaume-Uni peut transformer son vieux parc immobilier d'un passif carbone en un modèle d'efficacité. Le passage d'un bâtiment statique et inefficace à un actif dynamique et net-zéro nécessite plus qu'un nouvel outil ; cela nécessite une nouvelle façon de travailler ensemble.