Stage – Conception de jumeaux numériques interopérables basés sur les modèles sémantiques et l’IA Agentique

Contexte du stage

Au sein de l’Institut de Recherche Technologique SystemX, situé au cœur du campus scientifique d’excellence mondiale de Paris-Saclay, vous prendrez une part active au développement d’un centre de recherche technologique de niveau international dans le domaine de l’ingénierie numérique des systèmes. Adossé aux meilleurs organismes de recherche français du domaine et constitué par des équipes mixtes d’industriels et d’académiques, ce centre a pour mission de générer de nouvelles connaissances et solutions technologiques en s’appuyant sur les percées de l’ingénierie numérique et de diffuser ses compétences dans tous les secteurs économiques. Vous serez encadré par un ingénieur-chercheur SystemX du domaine Interaction Humain-IA. Vous travaillerez au sein du projet SystemX  JNI5 (Jumeaux numériques des systèmes industriels) qui vise à définir des jumeaux numériques capables d’acquérir des données en temps réels afin de contribuer à la gestion de la R3 des systèmes complexe technico organisationnel et d’augmenter les capacités du système. La R3 fait référence aux trois propriétés non fonctionnelles suivantes : Reliability (Fiabilité), Robustness (Robustesse), Resilience (Résilience). Les partenaires industriels du projet sont Safran Aircraft Engine, Sherpa Engineering, Orange, Trialog et le partenaire académique est l’ENS Paris Saclay

Présentation du sujet

Le concept de jumeau numérique (JN) a été introduit et de plus en plus utilisé dans l’industrie manufacturière et la maintenance industrielle [1-3]. Le jumeau numérique est une représentation virtuelle et en temps réel de systèmes ou de composants, utilisé pour simuler son comportement réel et, ainsi, améliorer les activités de fabrication et de maintenance [4]. Il peut représenter les performances, les opérations, l’environnement, la géométrie du produit et l’état des ressources sur la base des données collectées en continu, des mises à jour et des changements de sa contrepartie physique. D’une part, dans le contexte de l’industrie 4.0, l’Asset Administration Shell (AAS) [1] est un nouveau standard de modèle d’information qui vise à offrir une modélisation interopérable des « actifs », c’est-à-dire des produits, machines, services ou jumeaux numériques dans le contexte de l’IIoT. Actuellement, de nombreuses plateformes IIoT reposent sur des modèles d’information propriétaires proches de l’AAS, sans toutefois adopter de standard commun, limitant ainsi leur interopérabilité. Dans ce contexte, la plateforme de jumeaux numériques industriels développée en open source dans le cadre du programme JNI s’appuie partiellement sur le modèle AAS. Parallèlement, la plateforme Thing’in the Future d’Orange propose une approche fondée sur les graphes sémantiques, reliant objets physiques et espaces de données. Elle favorise la cohérence, l’inférence et le raisonnement sur des entités hétérogènes grâce à l’usage d’ontologies et de technologies issues du Web sémantique. Ces deux plateformes présentent des capacités complémentaires pour la mise en œuvre de jumeaux numériques et l’amélioration de leur interopérabilité sémantique.

Dans ce cadre, ce stage de recherche propose une approche innovante où l’IA agentique agit comme assistant intelligent pour la conception et la configuration de jumeaux numériques [8-10]. En s’appuyant sur la compréhension sémantique, le raisonnement par apprentissage et la modélisation conforme aux standards, le système vise à automatiser, standardiser et simplifier la création de jumeaux numériques interopérables et intelligents, adaptés aux environnements cyber-physiques modernes.

Objectifs

L’objectif principal de ce stage est d’explorer l’utilisation de l’IA agentique pour la conception, la configuration, l’exécution et l’adaptation autonomes de jumeaux numériques. Le travail portera dans un premier temps sur le périmètre des données/représentation de JN, afin d’assurer une portée maîtrisée et de disposer du temps nécessaire pour un développement et une démonstration de l’approche proposée.

Le système visé combinera plusieurs composantes clés, notamment :

• Interopérabilité entre deux plateformes de jumeaux numériques, grâce à une approche sémantique orienté service pour la conception, le développement de jumeaux numériques interopérables ;
• Prise en compte des buts, objectifs et contraintes propres à chaque jumeau numérique ;
• Élaboration et utilisation de modèles sémantiques (ontologies ou modèles de données) ;
• Intégration d’ensembles de données structurés (issus de capteurs, logs, etc.) ;
• Prise en compte du niveau de fidélité de JN adapté à chaque contexte

Travail attendu :

Les travaux attendus sont de nature recherche appliquée, allant de la recherche bibliographique à l’implémentation.

Phase d’état de l’art

Une première phase concerne l’état de l’art, et notamment les aspects suivants :

• État de l’art sur les approches agentiques pour les jumeaux numériques de systèmes industriels
• Identifier les modèles sémantiques pour le JN 
• Identifier les propriétés d’une ontologie pivot pour la transformation de modèle de JN 

Phase conceptuelle 

• Analyse la plateforme Thing’In d’Orange pour comprendre la structure de représentation de JN sous forme de graphe sémantique 
• Concevoir une approche agentique et interopérable pour transformer un modèle sémantique vers un modèle de représentation de JN de d’Industrie 4.0 basé AAS. Des services existants proposés par la plateforme de jumeaux numériques de l’IRT SystemX et de la plateforme Thing’In d’Orange sont disponibles pour répondre à ce besoin.

Phase d’Implémentation  

• Concevoir et développer des agents d’IA pour la transformation de modèle sémantique/JN graph de/vers une représentation AAS 
• Prendre en compte le niveau de fidélité nécessaire lors de l’instanciation du JN
• S’assurer du niveau de synchronisation du JN sur la base du niveau de fidélité et de la configuration de départ
• Expérimenter et évaluer la solution sur des cas d’usage concrets issus des cas d’usages internes.

Références bibliographiques sur le sujet  

• [1] Abdelhadi Belfadel, Stephen Creff, Amira Ben Hamida. Advancing Industrial Digital Twins: Towards An Open Platform Aligned with Standards. 21st International Conference on Product Lifecycle Management, Jul 2024, Bangkok, Thailand. ⟨hal-04612160⟩
• [2] Leng, J., Wang, D., Shen, W., Li, X., Liu, Q., Chen, X.: Digital twins-based smart manufacturing system design in industry 4.0: A review. Journal of manufacturing systems 60, 119–137 (2021)
• [3] Tao, F., Qi, Q., Wang, L., Nee, A.: Digital twins and cyber–physical systems toward smart manufacturing and industry 4.0: Correlation and comparison. Engineering 5(4), 653–661 (2019)
• [4] Jiang, Y., Yin, S., Li, K., Luo, H., Kaynak, O.: Industrial applications of digitaltwins. Philosophical Transactions of the Royal Society A 379(2207), 20200360 (2021)
• [5] S. Derrien, P. Meye and P. Raıpin, « Thing in, a research platform for the Web of Things, » 2019 IEEE 27th International Symposium on Modeling, Analysis, and Simulation of Computer andTelecommunication Systems (MASCOTS), Rennes, France, 2019, pp. 431-432, doi: 10.1109/MASCOTS.2019.00056.
• [6] Erkan Karabulut, Salvatore F. Pileggi, Paul Groth, Victoria Degeler, Ontologies in digital twins: A systematic literature review, Future Generation Computer Systems, Volume 153, 2024, Pages 442-456, ISSN 0167-739X, https://doi.org/10.1016/j.future.2023.12.013.
• [7] L. Obrst, Ontologies for semantically interoperable systems, in: Proceedings of the Twelfth International Conference on Information and Knowledge Management, 2003, pp. 366–369
• [8] Kusiak, A. (2025). Agentic manufacturing system = digital twin + manufacturing. Journal of Intelligent Manufacturing, 1–2.
• [9] Xia, Y., Xiao, Z., Jazdi, N., & Weyrich, M. (2024). Generation of asset administration shell with large language model agents: Toward semantic interoperability in digital twins in the context of industry 4.0. IEEE Access, 12, 84863-84877.
• [10] Timms, A., Langbridge, A., Antonopoulos, A., Mygiakis, A., Voulgari, E., & O’Donncha, F. (2025, April). Agentic AI for Digital Twin. In Proceedings of the AAAI Conference on Artificial Intelligence (Vol. 39, No. 28, pp. 29703-29705). 

Profil et compétences

De formation : BAC +5 / école d’ingénieur ou Master, dans le domaine de l’informatique, l’IA, la science des données.

Compétences souhaitées 

• Ingénierie Informatique, avec connaissance du web sémantique ou d’ontologie
• Base solide en IAG/ML, en particulier IA Agentique
• Première expérience avec les modèles génératifs
• Connaissance des jumeaux numériques
• Expérience en développement Web (HTML/CSS, VueJS, Python ou autre)

Aptitudes personnelles

• Bon relationnel,
• Curiosité, esprit d’initiative, capacité d’analyse et rigueur,
• Autonomie, travail collaboratif,
• Capacité de s’adapter aux changements et d’être force de proposition,

Pour postuler, Merci de joindre CV, lettre de motivation, relevé de notes et autres documents utiles comme une lettre de recommandations. Deadline pour candidater : 12/12/2025.