Approche DevOps pour le développement et l’évolution systématique des jumeaux numériques appliqués aux environnements bâtis

Aissat, Sara (2025). Approche DevOps pour le développement et l’évolution systématique des jumeaux numériques appliqués aux environnements bâtis. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Au cours de la dernière décennie, les jumeaux numériques ont connu un essor remarquable, porté par leur fort potentiel et leur impact tangible dans divers secteurs, notamment celui de l’environnement bâti, où ils offrent des perspectives inédites en termes d’optimisation de la gestion des actifs et d’amélioration de l’efficacité opérationnelle. Leur mise en oeuvre repose, toutefois, sur des systèmes logiciels complexes, nécessitant non seulement une intégration rigoureuse, mais aussi une maintenance continue et une capacité d’évolution soutenue pour s’adapter aux exigences changeantes des utilisateurs.

Le développement des jumeaux numériques, malgré les avancées dans le domaine, reste freiné par l’absenced’approches systématiques et évolutives. Ce manque se révèle d’autant plus critique que leur mise en oeuvre exige une collaboration interdisciplinaire, mobilisant des expertises variées. En ingénierie logicielle, le paradigme DevOps s’est quant à lui imposé comme un levier stratégique pour améliorer la qualité et la fiabilité des systèmes, grâce à l’adoption de bonnes pratiques issues du génie logiciel appliquées à l’ensemble du cycle de vie des applications.

Le présent mémoire propose une approche DevOps adaptée aux jumeaux numériques dans le contexte de l’environnement bâti. Elle vise à encourager un développement agile et itératif, capable de générer rapidement de la valeur tout en assurant une évolution continue des systèmes, notamment grâce à l’automatisation des processus à travers des pipelines d’intégration et de déploiement continus (CI/CD). JuNo-OPS, un framework conçu selon une architecture microservices, favorisant la modularité, la scalabilité et l’indépendance des services, est ainsi présenté. Il repose sur une infrastructure pensée pour abstraire les aspects techniques transversaux du développement, permettant aux experts du domaine de se concentrer sur l’apport fonctionnel des jumeaux numériques spécifiques à leurs cas d’usage, qu’il s’agisse de gestion énergétique, de confort thermique, de qualité de l’air ou tout autre besoins métiers.

L’approche proposée s’appuie sur l’observation et l’analyse des développements de divers jumeaux numériques dans le domaine de l’environnement bâti, mettant en lumière les pratiques actuelles ainsi que les principaux défis associés. Le framework a été développé, testé et exploré dans le contexte d’une salle multifonctionnelle à l’ÉTS. Il s’articule autour de deux aspects principaux : l’architecture modulaire du logiciel et l’infrastructure DevOps mise en place pour soutenir son développement, son intégration continue et son déploiement continu. Enfin, ce mémoire aborde les défis rencontrés ainsi que les perspectives d’évolution du framework, visant à en améliorer l’efficacité et à élargir son champ d’application.

Titre traduit

A DevOps approach for the systematic development and evolution of built assets digital twins

Résumé traduit

Over the past decade, digital twins have experienced remarkable growth, driven by their high potential and tangible impact across various sectors, particularly in the built environment, where they open new possibilities for optimizing asset management and enhancing operational efficiency. However, deploying digital twins relies on complex software systems that require not only rigorous integration but also ongoing maintenance and the ability to evolve continuously to meet changing user requirements.

Despite progress in this field, the development of digital twins remains hindered by the lack of systematic and scalable approaches. This gap is especially critical given the interdisciplinary collaboration required, drawing on a wide range of expertise. In software engineering, the DevOps paradigm has emerged as a key strategy to improve system quality and reliability, by applying best practices from software development across the entire application lifecycle.

This thesis introduces a DevOps-based approach tailored for digital twins in the built environment. The goal is to foster agile, iterative development that can quickly deliver value while supporting the continuous evolution of systems, particularly through the automation of integration and deployment processes (CI/CD pipelines). It presents JuNo-OPS, a framework built on a microservices architecture designed to promote modularity, scalability, and service independence. The framework relies on an infrastructure that abstracts away cross-cutting technical concerns, enabling domain experts to focus on the functional contributions of digital twins tailored to their specific use cases, whether in energy management, thermal comfort, air quality, or other operational needs.

The proposed approach is grounded in the observation and analysis of various digital twin developments within the built environment, highlighting current practices and key challenges. The framework was developed, tested, and explored in the context of a multifunctional room at ÉTS. It is structured around two main pillars : the modular software architecture and the DevOps infrastructure supporting continuous development, integration, and deployment. Finally, the thesis discusses the challenges encountered and outlines future directions for enhancing the framework’s effectiveness and expanding its applicability.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire par articles présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie logiciel". Comprend des références bibliographiques (pages 133-141).
Mots-clés libres:	jumeau numérique (JN), DevOps, actifs/environnements bâtis, BIM, IoT, microservices, méthodologie logicielle, pipelines CI/CD
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Bordeleau, Francis
Codirecteur:	Codirecteur Poirier, Erik Andrew
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	30 juin 2025 14:28
Dernière modification:	30 juin 2025 14:28
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3643

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