Un concept de jumeau numérique pour sécuriser le ciel urbain
La maintenance aéronautique moderne repose généralement sur des calendriers appliqués à l’ensemble d’une flotte et établis à partir des hypothèses de conception les plus pessimistes. Autrement dit, tous les aéronefs d’une même catégorie sont entretenus et retirés du service au même moment, indépendamment de leur historique d’exploitation réel. «Cette approche uniforme est à la fois coûteuse et inefficace», explique Marek Vančo, coordinateur du projet AVATAR(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) chez EVEKTOR(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), en Tchéquie. «Les aéronefs moins sollicités que la moyenne sont retirés du service prématurément, tandis que ceux soumis à des conditions plus exigeantes peuvent ne pas être suffisamment surveillés entre deux inspections.»
Un jumeau numérique pour des analyses en temps réel
Financé par l’UE, le projet AVATAR entendait optimiser l’exploitation et la maintenance des aéronefs existants grâce à une surveillance continue en temps réel, tout en facilitant le déploiement sécurisé de nouveaux matériaux et conceptions. L’équipe du projet a développé une architecture évolutive de jumeau numérique (JN) destinée au suivi en temps réel de l’état structurel et de l’utilisation des aéronefs. Un JN est la réplique virtuelle d’un système qui se met à jour en temps réel grâce aux données issues de capteurs, à l’intelligence artificielle et à l’analyse de données. «L’architecture repose sur trois composantes intégrées», explique Zahra Sharif Khodaei, de l’Imperial College(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) au Royaume-Uni, coordinatrice scientifique du projet AVATAR. «D’abord, un système physique de capteurs IdO assure une mesure continue, légère et in situ de la réponse structurelle pendant le vol.» La deuxième composante consiste en un système virtuel de prédiction fondé sur l’apprentissage automatique probabiliste pour le diagnostic en temps réel des dommages, tandis que la troisième repose sur une plateforme sécurisée de communication des données reliant les systèmes physiques et virtuels grâce à l’informatique en périphérie embarqué et au traitement dans le cloud. «Ensemble, ces composantes créent une réplique virtuelle continuellement mise à jour de chaque aéronef, reflétant son historique d’exploitation réel plutôt qu’un modèle générique fondé sur des hypothèses de conception», ajoute Zahra Sharif Khodaei.
Analyse après le vol et analyse globale du vol
Ces trois composantes ont été intégrées dans un tableau de bord opérationnel hébergé dans le cloud. La plateforme fournit des analyses post-vol et des analyses regroupées des vols pour deux profils d’utilisateurs distincts: les analystes structurels et les pilotes. L’équipe du projet a ensuite démontré l’efficacité du concept de JN grâce à des vols d’essai réalisés sur un aéronef habité d’EVEKTOR ainsi qu’à des essais de drones en laboratoire. «Chaque cas reposait sur une philosophie de conception structurelle différente et eixgeait donc une configuration spécifique du JN», explique Zahra Sharif Khodaei. Des données collectées en vol ont été traitées à travers l’ensemble de la chaîne JN, validant pour la première fois cette architecture dans des conditions d’exploitation réelles. «Le prochain défi consiste désormais à passer à l’échelle et à commercialiser la technologie», ajoute Marek Vančo. «Les trois principales composantes, à savoir la couche de capteurs IdO, le système de prédiction virtuel et la plateforme de communication, sont désormais prêtes pour une nouvelle phase de développement vers des produits certifiés et commercialisables.»
Conception technique, réalité opérationnelle et sécurité
Pour l’équipe du projet AVATAR, cette innovation marque un changement fondamental dans la manière d’envisager les liens entre conception technique, réalité opérationnelle et garanties de sécurité. En réduisant les immobilisations inutiles, une maintenance conditionnelle fondée sur l’état réel des aéronefs pourrait contribuer à réduire le prix des billets tout en rendant les opérations plus durables. «Dans le domaine de la conception aéronautique, l’accès continu à des données d’utilisation réelles pourrait accélérer la certification de nouveaux matériaux et configurations, notamment les conceptions composites et hybrides-électriques qui façonneront la prochaine génération de l’aviation durable», souligne Zahra Sharif Khodaei. À plus long terme, l’impact le plus profond pourrait concerner la mobilité aérienne urbaine. À mesure que les taxis aériens électriques et les véhicules aériens autonomes commenceront à circuler dans des zones densément peuplées, l’acceptation du public dépendra de garanties de sécurité démontrables et vérifiées en continu. «L’architecture de jumeau numérique développée par AVATAR apporte précisément cela: une garantie en temps réel, fondée sur des données concrètes, de l’intégrité structurelle de chaque appareil et de chaque vol», explique Marek Vančo. «Cette capacité sera essentielle pour intégrer en toute sécurité les nouveaux véhicules aériens dans l’environnement urbain et renforcer la confiance du public.»
