Jumeau numérique & IA : anticipation des risques du bloc opératoire au cockpit

Même dans l'environnement hautement contrôlé d'un bloc opératoire, où des chirurgiens expérimentés suivent des protocoles rigoureux, l'imprévu peut survenir : panne d'équipement, complication physiologique ou rupture de communication, aux conséquences parfois graves.

Selon la Haute Autorité de Santé (HAS), plusieurs milliers d'événements indésirables graves sont recensés chaque année dans les établissements de santé français. Un rappel constant de la nécessité d'inventer des approches plus intelligentes pour prévenir les risques.

Avec le vieillissement des populations et la complexification croissante des actes médicaux, les systèmes de santé doivent sans cesse améliorer les résultats pour les patients, tout en restant efficaces. D'où cette question :

Et si les équipes médicales pouvaient anticiper les événements critiques avant qu'ils ne se produisent ?

C'est tout l'enjeu du projet PRIA (Prédiction des Risques par Intelligence Artificielle), une initiative portée par Akkodis qui combine intelligence artificielle, analyse prédictive et technologie du jumeau numérique pour aider les équipes médicales à identifier les risques en temps réel.

« L'objectif est de dépasser la simple alerte réactive pour aller vers une véritable anticipation proactive des risques. En synchronisant un jumeau numérique avec l'environnement réel, nous pouvons modéliser, prédire et anticiper les risques avant qu'ils ne surviennent. »"

Imen Abidi, Cheffe de projet PRIA

L'intelligence prédictive s'invite au bloc opératoire

Le secteur de la santé connaît une transformation technologique rapide. Si les innovations permettent des traitements et des interventions chirurgicales toujours plus sophistiqués, elles s'accompagnent aussi d'une complexité opérationnelle croissante.

Pour relever ce défi, l'équipe PRIA a développé le jumeau numérique d'un bloc opératoire : une représentation virtuelle synchronisée en continu avec son pendant physique.

Grâce à des modèles d'IA et à l'analyse prédictive, le système surveille simultanément de multiples variables et détecte les schémas associés à d'éventuels événements indésirables, notamment :

• Les dysfonctionnements d'équipements
• Les signes vitaux anormaux chez le patient
• Les risques infectieux élevés
• La surcharge cognitive au sein des équipes médicales
• Les scénarios d'escalade vers des soins critiques

Plutôt que de simplement réagir aux incidents, le système aide les cliniciens à les anticiper, pour une prise de décision plus rapide et mieux informée.

Un jumeau numérique qui apprend et s'adapte

Au cœur de PRIA se trouve une architecture de jumeau numérique sophistiquée, conçue pour restituer toute la complexité d'un véritable bloc opératoire.

L'équipe projet, qui a rassemblé entre 10 et 20 spécialistes au fil de son développement, a opté pour une approche de système multi-agents. Différents agents intelligents se chargent de la surveillance, de la prédiction, de l'adaptation et de l'aide à la décision, permettant à la plateforme de réagir de façon dynamique à l'évolution des conditions.

« L'idée centrale, c'est le jumeau numérique lui-même », explique Imen Abidi. « Nous avons un bloc opératoire physique et son équivalent numérique. Les deux systèmes se synchronisent régulièrement, ce qui permet à l'environnement numérique de modéliser, simuler, apprendre et anticiper. »

Cet échange continu entre les mondes physique et numérique crée une boucle de rétroaction puissante, qui soutient à la fois la performance opérationnelle et l'apprentissage futur du système.

La plateforme intègre également de l'apprentissage par renforcement, ce qui permet au jumeau numérique d'affiner ses prédictions au fil du temps, à mesure qu'il analyse de nouveaux scénarios et leurs résultats.

Des défis relevés au service de la sécurité des patients

Développer une IA prédictive pour la santé n'a pas été sans obstacles.

L'un des principaux défis du projet a porté sur l'accès aux données cliniques. Pour contourner cette limite tout en respectant les exigences de confidentialité, l'équipe de recherche a eu recours à des données synthétiques pour entraîner et valider ses modèles.

Malgré ces contraintes, l'équipe a délibérément choisi la santé comme terrain d'application initial, en raison de l'impact sociétal potentiel de cette technologie.

« Si un système est capable d'anticiper les risques de façon proactive et d'aider les équipes médicales à prévenir les événements indésirables, il peut contribuer directement à sauver des vies », affirme Imen Abidi.

La prochaine étape pourrait consister à tester la plateforme dans des blocs opératoires réels, afin de valider ses capacités prédictives en conditions réelles.

Au-delà de la formation : un nouveau modèle de gestion des risques

Les jumeaux numériques sont souvent associés à la simulation et à la formation. PRIA va bien au-delà.

En combinant données opérationnelles en temps réel et IA prédictive, la plateforme crée un environnement dans lequel les professionnels de santé peuvent évaluer de potentiels scénarios futurs avant même qu'ils ne se concrétisent.

Ce passage d'une surveillance réactive à une gestion proactive des risques marque une avancée majeure pour l'innovation en santé.

Le résultat est un système capable de :

• Anticiper les risques émergents
• Soutenir la prise de décision clinique
• Améliorer les résultats pour les patients
• Renforcer l'efficacité opérationnelle
• Consolider la résilience globale du système

Des blocs opératoires d’hôpitaux aux cockpits d'avion

Bien que conçue initialement pour la santé, la technologie qui sous-tend PRIA trouve des applications bien au-delà de la médecine.

« L'innovation clé réside dans le concept même de jumeau numérique », explique Imen Abidi. « Il peut s'appliquer à tout système complexe et non déterministe impliquant de multiples entités en interaction. »

L'aviation en est un exemple emblématique.

Les cockpits d'avion partagent de nombreux points communs avec les blocs opératoires : un haut niveau de complexité, une charge cognitive importante et une exigence absolue de sécurité.

L'équipe PRIA a déjà commencé à appliquer son expertise à des cas d'usage aéronautiques.

En collaboration avec un grand constructeur aéronautique, les chercheurs ont analysé des données issues :

• des systèmes de gestion de vol 
• des moteurs d'avion 
• du suivi électroencéphalographique (EEG) 
• des mesures électrocardiographiques (ECG) 
• des systèmes de suivi oculaire (eye-tracking) 
• des capteurs respiratoires 

L'objectif : mieux comprendre la charge cognitive, la fatigue et la prise de décision des pilotes en conditions opérationnelles.

Accompagner l'avenir des vols monopilotes

L'une des applications les plus pertinentes concerne le débat en cours autour des opérations à pilote unique (Single Pilot Operations, ou SPO).

Alors que l'industrie aérospatiale explore différents modèles de SPO, la sécurité demeure la priorité absolue.

La technologie du jumeau numérique prédictif pourrait apporter un soutien précieux, en aidant à détecter les risques émergents, à surveiller l'état cognitif du pilote et à fournir une aide à la décision en temps réel.

« Dans un environnement SPO, le pilote assume des responsabilités considérables », indique Imen Abidi. « Un système de support prédictif, capable d'anticiper les risques et d'assister la prise de décision, pourrait améliorer à la fois la sécurité et l'efficacité opérationnelle. »

Si l’Agence de l'Union européenne pour la sécurité aérienne (AESA) continue d'évaluer ces futurs modèles opérationnels avec prudence, les jumeaux numériques pilotés par l'IA pourraient jouer un rôle clé pour garantir que toute transition respecte les plus hauts standards de sécurité.

L'avenir des jumeaux numériques pilotés par l'IA

Le projet PRIA illustre comment les jumeaux numériques dépassent aujourd'hui leur rôle d'outils de simulation, pour devenir des systèmes intelligents capables de prédire, d'apprendre et de soutenir des décisions critiques en temps réel.

Santé, aérospatiale, industrie, énergie ou infrastructures intelligentes : partout, les organisations ont de plus en plus besoin de technologies capables de transformer l'incertitude en enseignements exploitables.

« La principale force des jumeaux numériques réside dans leur capacité à maintenir la synchronisation entre les mondes numérique et physique », conclut Imen Abidi. « Même en cas d'incertitudes ou d'erreurs, le système peut s'adapter et se mettre à jour rapidement. »

Des blocs opératoires aux cockpits d'avion, les jumeaux numériques pilotés par l'IA aident les organisations à anticiper ce qui vient, tout en renforçant la sécurité, la résilience et la performance.

Pour les jumeaux numériques, le ciel n'est plus une limite. Ce n'est qu'un commencement.