GCRI · Science des systèmes et modélisation
Jumeaux numériques : méthode et limites
A jumeau numérique is a model of a real system that is continuously updated with data from it, used to monitor, predict and test decisions. Twins of cities, grids, water networks and factories are widely proposed, and many are dashboards or static models under a new name. This page sets out what makes a digital twin, how twins are built and validated, and what evidence serves the institutions considering them.
Digital twins: method and limits on the record.
Digital twins: method and limits: how the risk develops.
What a twin can and cannot represent, and how it is kept honest. The dossier below sets out how the risk develops, what is measured, where the data come from, how it is modelled and who decides.
Data keep the model current
A twin assimilates sensor and operational data so that its state tracks the real system, which needs reliable data flows and quality control.
Models must be fit for purpose
A twin is only as good as its underlying models. Visualisation without validated models is a dashboard, not a twin.
Decisions close the loop
Twins add value when used to test options and inform action, and when outcomes are fed back to improve the model.
Integration creates risk
Connecting models to live data and to controls raises cybersecurity, data protection and accountability questions.
Connected activity in North America.
Night lights, population density and land cover over North America, from NASA GIBS. Each layer carries its own date.
La carte interactive requiert JavaScript ; la liste des couches et les sources figurent ci-dessous.
Couches 3
Activité connectée, pour cette page
À propos de cette couche
- Preuves
- Observé
- Sources
- VIIRS Black Marble (VNP46A2) (NASA LAADS DAAC)
- Fournisseur
- NASA LAADS DAAC
- Licence
- Données ouvertes de la NASA
- Millésime
- quotidien ; radiance satellitaire, corrigée de la lumière lunaire et de l'atmosphère
- Les plus récents à la construction
- 2026-10-12
- Résolution
- grille d'environ 500 m
- Incertitude
- Radiance nocturne satellitaire pour la date indiquée ; les lumières sont un indicateur indirect de la consommation d'électricité et des pannes, et non une mesure de l'approvisionnement ou de l'accès.
- Accessible par
- gibs.earthdata.nasa.gov, uniquement après que vous avez autorisé la carte en direct
À propos de cette couche
- Preuves
- Estimé
- Sources
- Gridded Population of the World v4.11 (NASA SEDAC (CIESIN, Université Columbia))
- Fournisseur
- NASA SEDAC (CIESIN, Université Columbia)
- Licence
- CC BY 4.0
- Millésime
- null ; estimation fondée sur le recensement, statique (2020)
- Résolution
- grille d'environ 1 km
- Incertitude
- Estimation fondée sur le recensement du nombre d'habitants par kilomètre carré en 2020, présentée comme contexte d'exposition ; ce n'est pas un décompte des personnes touchées par un aléa.
- Accessible par
- gibs.earthdata.nasa.gov, uniquement après que vous avez autorisé la carte en direct
À propos de cette couche
- Preuves
- Observé
- Sources
- VIIRS NOAA-20, réflectance corrigée (NASA LANCE)
- Fournisseur
- NASA LANCE
- Licence
- Données ouvertes de la NASA
- Millésime
- quotidien ; image satellitaire
- Les plus récents à la construction
- 2026-10-14
- Résolution
- grille d'environ 250 m
- Incertitude
- Image satellitaire. Raster satellitaire ou de modèle tel que le fournisseur le publie. Les nuages, les lacunes de fauchée et les erreurs de restitution laissent des lacunes et du bruit ; les valeurs sont des indicateurs, et non des mesures en un lieu donné.
- Accessible par
- gibs.earthdata.nasa.gov, uniquement après que vous avez autorisé la carte en direct
À propos de cette couche
- Preuves
- Modélisé (dernière année publiée par GIBS)
- Sources
- MODIS Terra et Aqua, occupation du sol (MCD12Q1) (NASA LP DAAC)
- Fournisseur
- NASA LP DAAC
- Licence
- Données ouvertes de la NASA
- Millésime
- annuel ; classification satellitaire ; dernière année publiée par GIBS
- Les plus récents à la construction
- 2024-01-01
- Résolution
- grille d'environ 500 m
- Incertitude
- Classes d'occupation du sol par satellite pour l'année indiquée, y compris les terres cultivées ; une classification comportant des erreurs connues, et non un registre des exploitations agricoles.
- Accessible par
- gibs.earthdata.nasa.gov, uniquement après que vous avez autorisé la carte en direct
À propos de cette couche
- Preuves
- Observé (les nuages laissent des lacunes)
- Sources
- MODIS Terra EVI (NASA LANCE)
- Fournisseur
- NASA LANCE
- Licence
- Données ouvertes de la NASA
- Millésime
- quotidien ; indice satellitaire ; les nuages laissent des lacunes
- Les plus récents à la construction
- 2026-10-13
- Résolution
- grille d'environ 250 m
- Incertitude
- Indice de végétation par satellite sur les 8 jours précédant la date indiquée, un indicateur de l'état des habitats ; ce n'est pas une mesure des espèces ni de la biodiversité.
- Accessible par
- gibs.earthdata.nasa.gov, uniquement après que vous avez autorisé la carte en direct
À propos de cette couche
- Preuves
- Observé (les nuages laissent des lacunes)
- Sources
- MODIS Terra NDVI (NASA LANCE)
- Fournisseur
- NASA LANCE
- Licence
- Données ouvertes de la NASA
- Millésime
- quotidien ; indice satellitaire ; les nuages laissent des lacunes
- Les plus récents à la construction
- 2026-10-13
- Résolution
- grille d'environ 250 m
- Incertitude
- Indice satellitaire de verdeur sur les 8 jours précédant la date indiquée ; un indicateur de l'état des cultures et des pâturages, et non une estimation de rendement ni une alerte de sécurité alimentaire.
- Accessible par
- gibs.earthdata.nasa.gov, uniquement après que vous avez autorisé la carte en direct
Clavier, lorsque la carte est active
Maintenez Ctrl ou ⌘ et faites défiler pour zoomer
Dernière version disponible
NASA GIBS / EOSDIS · ASTER GDEM (METI, NASA) · Blue Marble (NASA) · © contributeurs d'OpenStreetMap (ODbL) · Natural Earth
Chargement des dernières images de la NASA.
Faites glisser pour déplacer. Ctrl ou ⌘ et défilement, pincement ou boutons pour zoomer ; survolez pour lire les valeurs sous le pointeur ; la réinitialisation ramène à la région.
Connected activity, framed on North America.Produits satellitaires et de modèles tels que la NASA les publie, chacun avec sa propre date. Ce sont des indicateurs, non des évaluations d'un lieu quelconque.
Données : NASA GIBS · ASTER GDEM · Blue Marble · © contributeurs d'OpenStreetMap · Natural Earth · NASA EONET · NASA/NOAA VIIRS · NASA JPL OPERA DIST-ALERTSources et licences
- We acknowledge the use of imagery provided by services from NASA’s Global Imagery Browse Services (GIBS), part of NASA’s Earth Science Data and Information System (ESDIS). Colours redrawn from the published colour map; values averaged into hexagonal cells where shown (modified). Données ouvertes de la NASA
- We acknowledge the use of imagery provided by services from NASA’s Global Imagery Browse Services (GIBS), part of NASA’s Earth Science Data and Information System (ESDIS). Colours redrawn from the published colour map; values averaged into hexagonal cells where shown (modified). Données ouvertes de la NASA
- Lumières nocturnes VIIRS Black Marble, NASA Goddard Space Flight Center ; distribuées par le NASA Level-1 and Atmosphere Archive and Distribution System (LAADS DAAC) ; imagerie via NASA GIBS. Couleurs redessinées d'après la palette publiée ; valeurs moyennées dans des cellules hexagonales lorsque affichées (modifié). Données ouvertes de la NASA
- Center for International Earth Science Information Network (CIESIN), Columbia University. 2018. Gridded Population of the World, Version 4 (GPWv4): Population Density, Revision 11. NASA Socioeconomic Data and Applications Center (SEDAC). Sous licence CC BY 4.0. Couleurs redessinées à partir de la palette publiée ; valeurs moyennées dans des cellules hexagonales lorsque présentées (modifié). doi:10.7927/H49C6VHW. CC BY 4.0
- Produits VIIRS en quasi-temps réel (inondation, température de surface terrestre, couverture neigeuse, réflectance corrigée), NASA LANCE ; imagerie via NASA GIBS. Couleurs redessinées d'après la palette publiée ; valeurs moyennées dans des cellules hexagonales lorsque affichées (modifié). Données ouvertes de la NASA
- Produits terrestres MODIS (indices de végétation, production primaire brute, occupation du sol), NASA LP DAAC et LANCE ; imagerie via NASA GIBS. Couleurs redessinées d'après la palette publiée ; valeurs moyennées dans des cellules hexagonales lorsque affichées (modifié). Données ouvertes de la NASA
- ASTER GDEM est un produit du METI et de la NASA (ASTER Global Digital Elevation Model V003, NASA LP DAAC) ; imagerie via NASA GIBS. Couleurs redessinées d'après la palette publiée ; valeurs moyennées dans des cellules hexagonales lorsque affichées (modifié). Citer comme : NASA/METI/AIST/Japan Spacesystems and U.S./Japan ASTER Science Team (2019). ASTER Global Digital Elevation Model V003. doi:10.5067/ASTER/ASTGTM.003. Données ouvertes de la NASA
- Réalisé avec Natural Earth. Données cartographiques vectorielles et matricielles libres sur naturalearthdata.com. Domaine public
- © Contributeurs d'OpenStreetMap (ODbL), via NASA GIBS (côtes, frontières, routes et noms de lieux). Couleurs redessinées d'après la palette publiée ; valeurs moyennées en cellules hexagonales lorsqu'elles sont affichées (modifié). ODbL
- Blue Marble, NASA Earth Observatory ; imagerie via NASA GIBS. Couleurs redessinées d'après la palette publiée ; valeurs moyennées dans des cellules hexagonales lorsque affichées (modifié). Données ouvertes de la NASA
- Contexte sur le globe et la carte plane : côtes, frontières, routes et toponymes issus des couches de référence NASA GIBS (données OpenStreetMap, ODbL, © contributeurs d'OpenStreetMap) ; imagerie Blue Marble comme fond facultatif ; relief 3D et lecture de l'altitude à partir de l'indice de couleur d'altitude ASTER GDEM (classes de 5 m à 200 m, exagérées pour la lisibilité). Les frontières sont tracées telles que publiées et n'impliquent aucune position sur un territoire.
- Événements en direct : suivi des événements naturels de l'Observatoire de la Terre de la NASA (EONET) ; les événements sont indicatifs et conservent les liens de leur source d'origine.
- Observed (EO): NASA/NOAA VIIRS (Suomi NPP). We acknowledge the use of imagery provided by services from NASA’s Global Imagery Browse Services (GIBS), part of NASA’s Earth Science Data and Information System (ESDIS).
- Observed (EO): NASA JPL OPERA DIST-ALERT (contains modified Copernicus Sentinel data 2026). We acknowledge the use of imagery provided by services from NASA’s Global Imagery Browse Services (GIBS), part of NASA’s Earth Science Data and Information System (ESDIS).
- NASA GIBS: We acknowledge the use of imagery provided by services from NASA’s Global Imagery Browse Services (GIBS), part of NASA’s Earth Science Data and Information System (ESDIS).
- Les couches facultatives (5 sources dans la liste des couches : en direct, prévision, observé et contexte) affichent le crédit de leur fournisseur sur la carte et ici lorsqu'elles sont activées ; les prévisions sont des sorties de modèles et les indices dérivés sont des estimations.
Couches et dates
- Lumières nocturnes, quotidien : VIIRS Black Marble (VNP46A2), NASA LAADS DAAC · 12 oct. 2026
- Densité de population, 2020 : Population : CIESIN, Columbia University, Gridded Population of the World v4.11 (2018), NASA SEDAC, CC BY 4.0 · statique
- Couleurs naturelles : réflectance corrigée VIIRS NOAA-20, NASA LANCE · 13 oct. 2026
- Type de couverture terrestre (IGBP), annuel : MODIS Terra and Aqua land cover (MCD12Q1), NASA LP DAAC · 2024
- Indice de végétation amélioré, glissant sur 8 jours : MODIS Terra EVI, NASA LANCE · 13 oct. 2026
- Verdissement de la végétation (NDVI), sur 8 jours glissants : MODIS Terra NDVI, NASA LANCE · 13 oct. 2026
Digital twins mirror systems in each domain, with limits.
Method studies are designed for the série Methods and Technical. ISO 23247 frames twins for manufacturing; a twin is only as good as its data and validation, recorded under NS-12 of the proposed Nexus Standards.
- Twin validation studies.
- Data latency measurements.
Exécuteur de modèles couplés.
L'écran qu'une équipe utiliserait pour suivre ce sujet : ses mesures, ses états et ses décisions. Les noms sont des exemples et les valeurs sont illustratives.
Exécuteur de modèles couplés
Digital twins: method and limits · Coupled model A · Scenario set 3
Graphe de couplage des modèles
nœuds : modèles · arêtes : variables échangées
Composants couplés
| Hydrologie | 1 day | ruissellement | Oui |
| Système électrique | 1 h | demande, pannes | Oui |
| Économie | 1 trimestre | production, prix | Partiel |
| Population | 1 year | exposition | Oui |
Sortie d'ensemble
Ce qui est mesuré, et avec quelle qualité.
Chaque indicateur porte son unité, sa périodicité, le type de source qui le sous-tend et l'étiquette de preuve que porterait une valeur. Aucune valeur n'est affichée : un programme les fournit sous sa propre autorité.
| Indicateur | Unité | Fréquence | Type de source | Étiquette |
|---|---|---|---|---|
| Data latency from system to twin | minutes | continu | Data pipeline monitoring | OBSERVÉ |
| State estimation error | error metric | per evaluation | Validation against measurements | ESTIMÉ |
| Decisions informed by the twin | nombre | per period | Registres des décisions | DÉCLARÉ |
| Sensor coverage of the system | percent of key variables measured | par évaluation | Sensor inventory | DÉCLARÉ |
| Model components validated | percent | par évaluation | Validation records | DÉCLARÉ |
| Security assessments completed | nombre | par évaluation | Security records | DÉCLARÉ |
Model digital twins: method and limits as a system. Run the cascade.
Assembled from the Nexus Standards area profile Normes sur les aléas composés et en cascade: the hazards it names, the systèmes and sectors that carry the loss, the controls that dampen it and the data that observe it. Choose the components, pick an initiating hazard and step through the cascade. The Map view places the run on an example geography with open data. Every coupling weight is a stated assumption you can change. A teaching model, not a forecast, an assessment or a certification. To model a place of your own choosing, open the full Constructeur de systèmes.
Aléas
- Natech event
- Chemical spill or leak (déclenché en aval)
- Emergency-response overload (déclenché en aval)
- Toxic gas release (set off downstream)
- Industrial fire (set off downstream)
Systèmes et couplages
Commandes
NS-0Constitution et principesNS-3UNI des enregistrements de risque (grammaire, table de correspondance héritée, autorité d'attribution)NS-9UNI contextuels (déploiements, instances, instances de programme)NS-11Vérification et suivi (éléments probants, attestations, observation de la conformité zero trust)NRS-H61Famille d'aléas : défaillance en cascade (NHS-1 sys.cascade)NRS-H62Famille d'aléas : événements composés et multialéas (NHS-1 sys.compound)NRS-H60Famille d'aléas : perturbation des chaînes d'approvisionnement et des flux (NHS-1 sys.supply-chain)NRS-H94Famille d'aléas : événements cyber systémiques (NHS-1 cyber.systemic-cyber)NRS-H107Famille d'aléas : concentration et monoculture de l'infrastructure numérique (NHS-1 tech.digital-concentration)NRS-H7Famille d'aléas : anomalies de la circulation à grande échelle (NHS-1 atmo.climate-mode)
Observation
- Copernicus EMS rapid mapping activations (listed for reference)
- OpenStreetMap planet and replication (listed for reference)
- ERA5 reanalysis (Copernicus Climate Data Store) (listed for reference)
- Pertes économiques directes attribuées aux catastrophes par rapport au PIB mondial
- Number of disruptions to basic services attributed to disasters
Géographie d'exemple
- Bangladesh : 134 cellules hexagonales
- Lumières nocturnes de ce soir, pannes (VIIRS Day/Night Band), NASA GIBS
- Carbon monoxide, smoke transport (AIRS), NASA GIBS
- Vegetation disturbance alerts, 30 m (OPERA DIST-ALERT), NASA GIBS
D'où proviennent les données probantes.
Jeux de données publics et registres institutionnels nommés, chacun avec sa catégorie de licence. Les sources fournies dans le cadre d'accords ne sont utilisées que selon leurs conditions et ne sont jamais republiées.
| Sources | Ce qu'elle apporte | Catégorie de licence |
|---|---|---|
| ISO 23247 Cadre de jumeau numérique de l'IRGC | Reference architecture for manufacturing digital twins | Licensed standard, purchase required |
| Digital Twin Consortium definitions and resources | Industry definitions and capability frameworks | Public, terms to check |
| National academies reports on digital twins | Assessment of foundational research gaps | Public, terms per publisher |
| Data assimilation literature | Methods for combining models and observations | Licence per publication |
| Published city and utility digital twin case studies | Applied twins and lessons | Licence per publication |
How digital twins: method and limits is modelled, measured and tested.
Le modèle, ses hypothèses, ses données et son incertitude, sous la forme qu'un scientifique ou un ingénieur vérifierait. Les structures suivent des méthodes publiées. Les valeurs représentées sont illustratives, ce ne sont pas des résultats.
Modèle, équations et hypothèses
The model structure used for digital twins: method and limits, the assumptions it makes and how each is tested.
Ri = f(Hi, Ei, Vi, Ci)aléa, exposition, vulnérabilité et capacité à faire faceEAL = ∑k pk · Lksur les événements k de probabilité annuelle pkxt+1 = A xt + B ut + εtA carries the couplings, u the shock, ε the error| Hypothèse | Pourquoi il est réalisé | Comment il est testé |
|---|---|---|
| Aléa et exposition sont indépendants au sein d'un événement | Garde l'intégrale des pertes calculable | Comparer avec un ajustement de copule sur des relevés conjoints |
| Les couplages sont linéaires près du point de fonctionnement | Laisse les chocs se propager à travers A | Perturber au-delà de la plage linéaire et comparer |
| Les courbes de vulnérabilité se transposent d'un lieu à l'autre | Les courbes locales sont rarement disponibles | Valider par rapport aux pertes observées lorsqu'elles existent |
- Entrées
- jeux de données versionnés avec provenance
- Productions
- des distributions, jamais des nombres isolés
- Code
- publié avec la fiche de modèle et les tests
- Reproduction
- mêmes données, code, environnement et graine
Qui décide, et à quoi servent les données probantes.
systèmes Science and Modelling prepares evidence. The decisions below are taken by the authorities named, under their own rules, and never by the platform.
| Qui décide | La question | Données probantes servies par cette page |
|---|---|---|
| Operators and city authorities | Whether a jumeau numérique is worth building and for which decisions | Capability assessments |
| Engineering teams | How to validate and secure a twin | Validation designs; architecture reviews |
| Procurement bodies | How to distinguish twins from dashboards in tenders | Capability criteria |
Résultats que produit ce thème
- Digital twin capability assessments
- Validation designs for twin state estimates
- Architecture and data flow reviews
- Teaching material on twins as a method
What experts ask about digital twins.
- What does the twin represent, at what resolution, and what does it leave out?
- How often is it updated with data, and how is qualité des données checked?
- How is the twin’s accuracy tested, and for which purposes?
- How are uncertainties shown to users?
- Who is accountable when decisions rely on the twin?
What twins can and cannot do.
A twin combines models with live or regularly updated data. Data assimilation adjusts the model state to match observations, which can make short-term predictions more accurate. Twins are useful for monitoring, testing interventions virtually and training operators.
A twin is still a model. It represents only the processes and components that were built into it, at the resolution chosen, and it inherits the uncertainties and assumptions of its components. Visual realism can create an impression of completeness that the underlying model does not justify.
Twins can drift. As the real system changes, through new construction, ageing or changing behaviour, the twin must be updated and revalidated. A twin that is not maintained becomes a misleading picture.
Les méthodes et leurs limites.
- 01
Assimilation de données
Combining model predictions with observations, using statistical methods. Requires good observation coverage.
- 02
Validation for purpose
Testing the twin against independent data for each intended use, using quantification de l'incertitude.
- 03
Ingénierie des systèmes
Defining scope, interfaces and requirements, using ingénierie des systèmes.
- 04
Computing infrastructure
Running and updating twins, using informatique. Costs and security must be managed.
A digital twin is a representation, not reality. Its outputs carry the uncertainty of its models and data, and they are shown with that uncertainty.
Comment c'est étudié, et ce que les méthodes ne peuvent pas dire.
- 01Ingénierie des systèmesExigences pour les modèles de décision · Contrôle des interfaces pour les modèles couplésAppliqué ici
- 02Calcul haute performance, en nuage et en périphérieConception d'ensembles dans les limites budgétaires · Orchestration des flux de travail · Environnements reproductiblesAppliqué ici
- 03Quantification de l'incertitude et validation des modèlesBudgets d'incertitude · Modèles de substitution pour les simulations coûteuses · Évaluation de la crédibilitéAppliqué ici
- 04Optimisation et recherche opérationnelleOrientations pour la formulation des problèmes · Comparaisons robustes et stochastiques · Bancs d'essai des solveursAppliqué ici
Where this page’s references lead.
Les organismes et documents à l'aune desquels cette page se lit. Les statuts et éditions changent ; chaque lien mène à l'organisme émetteur.
Questions et réponses.
What is a digital twin?
How is a digital twin different from a simulation?
What is data assimilation?
Is a 3D city model a digital twin?
Can a twin predict the future?
How is a twin kept honest?
Does GCRI certify digital twins?
Apportez des éléments de preuve depuis cette page.
Rapports is the Consortium’s quarterly publication. What you know about this subject can become evidence, a case or a correction in the next edition, credited to you and published under CC BY 4.0 where it is your own work.
- E-mailPasserelle GW-GCRIL'envoyer depuis cette pageUne preuve, une correction, un cas, une méthode, un examen, une traduction ou un apport au profil. Elle arrive étiquetée avec cette page, afin que le rédacteur responsable la reçoive.
- ZenodoDépôt ouvertLe déposer et le soumettre à la communautéPubliez votre propre fiche sur Zenodo avec votre identifiant ORCID, puis soumettez-la à la communauté Reports qui s'y trouve. Des curateurs l'examinent ; le DOI reste le vôtre.
- RapportsGCRIVoir toutes les façons de contribuerLes types de contribution, la manière dont chacune est examinée, la reconnaissance accordée, la licence et ce qui n'est jamais accepté.
N'envoyez jamais de données personnelles, de détails sensibles sur des infrastructures ni rien que vous n'avez pas le droit de communiquer. Une contribution est examinée avant utilisation ; son envoi ne confère ni qualité d'auteur ni droits éditoriaux, et un parrainage n'achète jamais une conclusion.
Apportez une méthode, un jeu de données ou une question.
L'information et les demandes sont ouvertes dès aujourd'hui. Une demande reçoit une référence et indique l'étape suivante ; candidatures, paiements, allocations de calcul et inscriptions n'ouvrent que lorsque l'équipe, les conditions et la capacité d'examen existent.
Documents juridiques.
Les cartes, données et chiffres de ce site sont présentés à titre de contexte et d'information générale. Ils ne constituent ni des conseils, ni des prévisions, ni des alertes ; les limites de l'information sont exposées dans les Avertissements et les Notices sur les données.