Innovation pédagogique : la notion de jumeau numérique expliquée aux collégiens

Dans l’industrie, on utilise des jumeaux numériques pour reproduire le comportement de systèmes réels, afin de simuler, analyser ou optimiser leur fonctionnement.

Pour amener les collégiens à comprendre cette notion de jumeau numérique, une équipe d’enseignants du pôle technologie de la Délégation académique au numérique éducatif a conçu un support d’étude (un ascenseur urbain) constitué de 3 composantes complémentaires :

une maquette réelle instrumentée représentant l’ascenseur ;
une maquette virtuelle 3D ;
une communication et une interaction directe entre les 2 systèmes permettant d’illustrer la notion.

Afin de bénéficier à l’ensemble des collégiens de l’académie, 180 maquettes réelles ont été produites en plexiglas et medium, au lycée Paul Constans (Montluçon), au lycée Jean Monnet (Yzeure), au fablab de Vichy communauté et à Hall32.

Lundi 20 avril 2026, les 25 enseignants de technologie référents de tous les bassins de l’académie ont participé au FabLab de Hall 32 à une journée de formation pour prendre en main les maquettes et les parcours pédagogiques associés. Tous sont repartis avec un système complet pour animer à leur tour la formation des collègues, au bénéfice final des collégiens.

Un partenariat au service de l’innovation pédagogique

Ce projet académique ambitieux a été développé dans le cadre de l’appel à projet régional France 2030, programme « Projets de formation Professionnelle », sous la désignation « Hall 32 – Offre digitale ».
Il est le fruit d’un partenariat entre le rectorat de l’académie (Délégation académique au numérique éducatif, Ecole académique de la formation continue) et Hall 32, centre de promotion des métiers de l’industrie situé à Clermont-Ferrand.

Le projet est composé :

d’un volet principal qui propose la transformation numérique 4.0 d’un plateau technique en digitalisant des machines de production industrielle
et d’un volet pédagogique visant à former les enseignants de technologie collège de l’académie, à partir d’un support pédagogique concret abordant la notion de jumeau numérique, désormais centrale dans les pratiques industrielles contemporaines.

Ce projet illustre la volonté de l’académie de rapprocher l’enseignement de la technologie des pratiques industrielles contemporaines.

Le programme de technologie au collège a pour objectif de préparer les élèves à relever les défis technologiques d’aujourd’hui et de demain en prenant en compte les transitions énergétique, numérique et écologique. Le groupe d’enseignants a fait le choix d’aborder le concept de jumeau numérique de manière concrète avec des manipulations, des expérimentations et de la réalisation, comme il est écrit dans le programme : faire pour apprendre et apprendre à faire.

C’est exactement l’intérêt de ces travaux qui s’appuient sur un support d’étude : un ascenseur urbain, dispositif permettant d'améliorer la mobilité douce en milieu urbain, notamment dans des environnements présentant des dénivelés importants. Les élèves sont amenés à étudier ce système à travers plusieurs approches :

analyse du besoin à partir d’un véritable cahier des charges ;
étude et proposition de solutions techniques ;
conception et réalisation d’une partie du système ;
programmation du système ;
et surtout l’interaction directe entre le système réel et le modèle virtuel.

C’est là qu’intervient la notion clé : le jumeau numérique. Ce type de technologie est déjà utilisé dans les entreprises, notamment pour la maintenance prédictive : cela permet de détecter une anomalie avant qu’une panne ne survienne, et d’intervenir au bon moment — ni trop tôt, ni trop tard. Le secteur de l’aéronautique est à la pointe de cette technologie.

Des activités pédagogiques structurées sur la plateforme Eléa

L’ensemble du parcours pédagogique se structure autour de 7 missions, mobilisant différentes compétences du programme de technologie collège.

Mission 1 : Analyse d’un Cahier des Clauses Techniques Particulières (CCTP) et découverte du système

Les élèves analysent un CCTP et découvrent la maquette de l’ascenseur. Ils réalisent notamment :

un diagramme de blocs interne ;
l’identification de la chaîne d’énergie ;
l’identification de la chaîne d’information.

Compétences programme :

Décrire et caractériser l’organisation interne d’un objet ou d’un système technique et ses échanges avec son environnement (énergies, données) : fonctions, solutions, constituants de la chaîne d’information ; fonctions, solutions, constituants de la chaîne d’énergie.

Mission 2 : Conception 3D de la cabine

Les élèves conçoivent la cabine de l’ascenseur :

réalisation de croquis ;
prise de mesures ;
modélisation 3D collaborative dans Onshape.

Compétences programme :

Mission 3 : Réalisation d’une maquette en carton

La cabine conçue est ensuite prototypée en carton afin de valider les dimensions et l’assemblage.

Mission 4 : Fabrication par découpe laser

Les élèves découvrent ensuite la fabrication numérique avec la découpe laser pour produire un prototype plus précis.

Compétences programme :

Imaginer, concevoir et réaliser une ou des solutions en réponse à un besoin, à des exigences (de développement durable, par exemple) ou à la nécessité d’améliorations dans une démarche de créativité : la modélisation et la fabrication ; décrire et caractériser l’organisation interne d’un objet ou d’un système technique et ses échanges avec son environnement (énergies, données) ; matériaux et procédés.

Mission 5 : Programmation du déplacement de la cabine

Cette mission permet d’aborder la programmation et l’algorithmique :

réalisation d’un logigramme ;
programmation avec Scratch ou MakeCode ;
étude d’un diagramme d’état.

Compétences Technologie :

Comprendre et modifier un programme associé à une fonctionnalité d’un objet ou d’un système technique : la programmation d’une nouvelle fonctionnalité ; concevoir, écrire, tester et mettre au point un programme ; la programmation des Objets ou Systèmes Techniques.

Mission 6 : Immersion dans un environnement 3D

Les élèves découvrent un environnement virtuel immersif réalisé avec OpenSpace3D.

Mission 7 : Découverte du jumeau numérique

Cette dernière mission met en relation :

la maquette réelle ;
la maquette virtuelle.

Les élèves observent ainsi comment un modèle numérique peut reproduire et simuler le comportement du système réel.
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