Les techniques automatisées de relevé d’ouvrages et de terrains

Quels types de données génèrent les techniques automatisées de relevés d’ouvrages et de terrains ?

Les topographes et géomètres disposent des compétences pour établir un relevé des mesures topographiques ainsi qu’un état dimensionnel des ouvrages exécutés. Pour cela, ils utilisent désormais des techniques automatisées de relevé, telles que les cannes GPS, les scanners 3D, les appareils photogrammétriques et les drones.

Le géomètre est le garant de la conformité dimensionnelle sur le terrain et par extension devient le garant des données du modèle des ouvrages existants. Il assure une passerelle d’information entre la réalité du terrain et les modèles du projet futur remis au maître d’ouvrage dans le cadre d’un DOE par exemple.

Cette vérification des données par le géomètre permet de connaître l’environnement du projet ou de contrôler la conformité du travail exécuté par rapport au projet défini et modélisé par la maîtrise d’œuvre.

Le terme TQC (Tel Que Construit) qualifie l’état des travaux exécutés.

Une « photographie » des ouvrages exécutés peut être réalisée par le géomètre sous la forme d’un nuage de points en 3D à l’aide d’un scanner laser 3D.

Ce nuage produit une représentation photoréaliste qui peut être ainsi comparée à la géométrie de la maquette numérique d’exécution dites TQM (Tel Que Modélisé). Cette comparaison de la maquette numérique et du nuage de points permet d’évaluer les éventuels écarts entre l’ouvrage construit et l’ouvrage modélisé tout au long de la phase d’exécution.

Le géomètre est responsable de la conformité des données numériques mises à disposition de tous, et qui décrivent la géométrie de l’ouvrage exécuté. Il en assure la mise à jour à l’avancement du chantier, pour accompagner l’ajustement technique du projet.

Le fait de faire intervenir un géomètre expert dans la production des données, en garantissent la conformité, l’intégrité, la qualité et ainsi la valeur administrative (aux yeux de DREAL, d’un concessionnaire, d’un maître d’ouvrage public) et les valeurs technique et financière.

Quels sont les usages propres aux techniques automatisées ?

Les techniques automatisées de relevés d’ouvrages et de terrain sont utilisées pour générer automatiquement un modèle 3D préliminaire des ouvrages existants.

Trois techniques sont mises en œuvre pour parvenir à cette fin :

• les cannes GPS : technique plus traditionnelle qui permet de générer des modèles numériques de terrain, pour des relevés de réseaux, la préparation de plan de récolement.
• le scanner 3D : technique plus moderne utilisant un système de balayage laser capable de générer un nuage de plusieurs millions de points ; Le scanner laser est utilisé pour les relevés de surfaces en 2D et 3D. Chaque fois que le laser émis, rencontre une surface, il génère un point. Ainsi le nombre de points générés chaque seconde peut être défini par l’opérateur pour ajuster le niveau de définition.
• la photogrammétrie : technique plus ancienne qui se base sur une série de photos très détaillées pour générer un modèle maillé. L’opérateur choisira la définition de l’image en fonction de ses besoins de précision. Le nombre de pixels par pouce (dpi) apporte le niveau de détail requis.

Les techniques automatisées de relevés d’ouvrages et terrains s’inscrivent pleinement dans la démarche de projet BIM et peuvent être utilisées à plusieurs stades du projet pour répondre à différents besoins, par exemple :

• pour la création de rendus photo-réalistes du projet en superposant la maquette numérique de l’ouvrage à l’environnement réel. On utilise la technique de la photogrammétrie sur des images réelles pour intégrer l’ouvrage dans son futur environnement, notamment en phase d’avant-projet afin de produire des supports commerciaux permettant aux acteurs (élus, citoyens, investisseurs potentiels) de se projeter

• pour scanner en intégralité un ouvrage avant sa rénovation ou sa démolition, ou pour vérifier la conformité d’un ouvrage en phase d’exécution ou de livraison. On utilise généralement la combinaison du scan 3D pour reproduire la peau de la maquette, correspondant à l’ouvrage vu de l’extérieur, et de la photogrammétrie pour générer l’intérieur du bâtiment ou de l’ouvrage et les zones difficiles d’accès comme le toit

• pour mesurer des volumes de matériaux ou des surfaces à traiter sur un chantier de grande ampleur ou une carrière. On utilise dans ce cas la technique de la photogrammétrie aérienne, en employant un drone

Quelles sont les principales techniques de relevés d’ouvrages et de terrains ?

Le scan 3D
Les scanners 3D sont basés sur la technologie de triangulation laser en analysant la réflexion d’un rayon laser ou d’un faisceau laser-laser sur la surface d’un objet ou d’un ouvrage à représenter : le laser est d’abord projeté par le scanner 3D, puis il se reflète par l’objet ou l’ouvrage et revient au scanner. Le temps que met le rayon pour revenir au scanner après son émission renseigne sur la distance de l’ouvrage dans la direction du rayon laser.

Pour modéliser l’ensemble d’un ouvrage ou d’un objet, le scanner 3D est déposé sur un trépied géolocalisé et balaye l’objet ou l’ouvrage en émettant une série de faisceaux laser (plusieurs milliers). La position du trépied définit un référentiel spatial. La maquette est construite à partir du nuage de points autour de ce point de référence. Pour scanner toutes les façades d’un bâtiment par exemple, le géomètre collecte plusieurs nuages de points et les calibrent par rapport à des repères fixes dans son champ de vision.

A noter que le scanner 3D peut être embarqué sur un drone volant, roulant ou flottant.

La photogrammétrie
La photogrammétrie numérique est un ensemble de techniques qui, à partir d’une image réelle, permet de modifier sa projection, ses dimensions et sa position. En d’autres termes, on prend une série de clichés d’un bâtiment ou ouvrage à modéliser, en multipliant les angles de prises de vue, puis un algorithme les compile pour reconstituer la forme en 3 dimensions. Plus le nombre de photos est important et plus les angles de prise de vue sont diversifiés, plus le rendu sera de bonne qualité.

Deux types de photogrammétrie nous intéressent :

• la photogrammétrie aérienne, obtenue à partir des clichés issus de prises de vues aériennes, souvent des drones, quelquefois des hélicoptères. Elle permet de générer des représentations d’un territoire étendu, des zones naturelles difficiles d’accès ou les ouvrages de grande hauteur.
• la photogrammétrie terrestre, obtenue à partir des clichés pris au sol. Elle est suffisante pour générer les représentations de bâtiments et petits ouvrages. Son principal avantage est son faible coût comparé à la photogrammétrie aérienne.

Souvent, les deux types de photogrammétrie sont associés : drone et prise de vues au sol, afin de multiplier les angles sous lesquels l’ouvrage est perçu.