Scan 3D, Photogrammétrie
et BIM !

Photogrammétrie, quésako ?

Le CNRTL nous en donne une definition très claire :

« La photogrammétrie est une technique permettant de déterminer les dimensions et les volumes des objets à partir de mesures effectuées sur des photographies montrant les perspectives de ces objets. »

Cela permettra à un logiciel adéquat d’assembler ces images et d’extrapoler les volumes de cet objet. Il pourra alors recréer alors artificiellement cet objet 3D en un nuage de points plus ou moins dense.

La photogrammétrie est utilisée dans bien des domaines dont la modélisation pour les jeux video, mais nous ne parlerons ici que de photogrammétrie concernant le travail des géomètres à savoir la photogrammétrie aérienne.

Topographie
Action drone hexarotor en carrière

Décollage du drone hexarotor du cabinet Nicolas dans une carrière Morbihannaise

La photogrammétrie aerienne

La démocratisation de l’espace aérien avec l’utilisation des drones a porté très haut (ah ah ) l’intérêt de la photogrammétrie pour les Géomètres-Experts :

Collecter une grande quantité de données, sur de grandes surfaces en un temps record est devenu très abordable.

Les nuages de points générés permettent d’avoir toute une donnée exhaustive d’un site, ceci dans différents domaines, que ce soit des carrières pour des calculs de volumes, dans les relevés de bâtiments ou relevé de plans de façade.

Carrière vue de drone à 45°
Topographie superposée à l'assemblage photo

La photogrammétrie aérienne, ce n’est pas nouveau !

Pour ceux qui s’intéressent à l’histoire, on ne peut que vous inviter à aller découvrir avec notre ami Wikipédia la naissance de la photogrammétrie dès 1849 !

Si le principe de la photogrammétrie existe depuis longtemps, ce n’est que depuis peu que les géomètres l’utilisent véritablement sur le terrain.

Il aura fallu attendre bien sûr la démocratisation des drones mais aussi l’évolution technologique des capteurs embarqués, ainsi qu’une précision à-minima du système GPS embarqué pour utiliser les données finales de manière fiable.

 

Tout le monde peut faire de la photogrammétrie ! Oui mais…

Aujourd’hui acquérir de la donnée est accessible à tous.

Prenez vote smartphone, photographiez en tournant autour d’une statue, d’un arbre, ou de n’importe quel objet dont vous pouvez faire le tour. Vos photos qui sont géoréférencées vous permettront d’en obtenir une version modélisée à travers un logiciel gratuit ou non.

 

L’homme de la juste mesure

Si l’acquisition de données est devenue simple, Il faut avoir les compétences nécessaires de manière à s’assurer de la bonne justesse de la qualité des mesures et garantir ainsi au client que la donnée fournie par un plan, volume ou maquette, soit cohérente juste et précise, à hauteur de son besoin.

Un référentiel global

Ainsi par exemple dans une carrière, le système RTK permettra non seulement de géoréférencer le résultat dans un référentiel commun international mais aussi de conforter la précision du nuage global.

Il est ainsi aisé de «superposer» les résultats de la couche de l’année n avec celle de l’année n-1 pour en faire émerger les volumes consommés.

La même procédure permettra par exemple de calculer le déplacement d’une dune d’une année sur l’autre : les volumes n’auront pas forcément changé mais recalée dans un référentiel global, le recul de cette dune pourra être mesuré, quantifié.

Encore plus fort : le scanner 3D !

Scanner en action dans la zone Oceane 3, Auray

Les limites de la photogrammétrie

Selon les travaux, le choix du matériel utilisé et de ses paramètres sera dicté par le degré de qualité attendu.

La photogrammétrie apporte une précision très largement suffisante sur de gros volumes telles les carrières où la précision peut tourner, selon la hauteur du vol, le capteur utilisé, le recouvrement des images, etc… entre 2 et 10 cm sur des hectares ou dizaines d’hectares.

Vue de drone, couverture forêts

Mais la photogrammétrie a aussi ses limites. Étudier la topologie générale d’un terrain avec un maillage des points hauts et des points bas, suppose qu’il n’y ait pas d’obstacle entre le capteur et le sol. Toute végétation, arbres, arbustes, hautes herbes, champ de maïs etc… empêcheront une modélisation précise.

La photogrammétrie laissera alors place à la technologie Lidar se basant sur le principe du laser (temps que met une onde envoyée à effectuer un aller retour lorsqu’elle rencontre un obstacle).

De la précision !

Certains travaux nécessitent aussi une précision en dessous du cm.

L’instrument de mesure le plus efficace à l’heure actuelle sera alors le scanner 3D. Grâce à un système de miroirs, le scanner 3D va balayer des dizaines de milliers de rayonnement laser sur 360°.

En moins d’une minute, plus d’un million de points seront ainsi directement calculés. Créant directement ce nuage de points, c’est toute une étape de gagnée par rapport à la photogrammétrie : finie l’interprétation de photos par un logiciel, donc moins de risques d’erreurs et une précision accrue puisque la précision du levé est de l’ordre de quelques mm.

Relever un intérieur, effectuer un levé de façade précis est grandement facilité par cette technologie.

Bati reconstitué par nuage points

Plan éloigné

Bati reconstitué par nuage points

Plan intermédiaire

Bati reconstitué par nuage points

Plan rapproché

Bati reconstitué par nuage points

Gros Plan sur fenêtre

Combiner les techniques

Pour plus d’efficacité et ne pas apporter de précision lourde en informations pour les logiciels, là où elle n’est pas nécessaire, le plus courant est de combiner toutes ces techniques. Un relevé extérieur de bâtiment pourra être fait en photogrammétrie par drone alors que tous les intérieurs seront relevés par scanner 3D. Un nuage de points global sera alors élaboré permettant de naviguer de l’extérieur vers l’intérieur.
Ne reste alors plus qu’un pas pour nous amener naturellement vers le BIM.

Et BIM !

BIM : Building Information Modeling, soit en français Modélisation des Données du Bâtiment.

BIM du sol au plafond !

C’est une modélisation de tous les différents éléments composant l’ensemble de la structure. Des murs aux portes en passant par les fenêtres, les différents câblages, les prises, les aérations, la plomberie etc… le moindre élément est répertorié, référencé.

Le principe est celui d’une immense maquette numérique d’un bâtiment. Tous les acteurs en interaction avec ce bâtiment vont pouvoir venir incrémenter leurs propres données à cette structure générale.

BIM bureaux modélisés

Plus présent à l’heure actuelle dans les pays nordiques, l’état Français met en place des lois qui poussent à une mise en place du BIM car les avantages sont nombreux : instauré dès l’origine du projet, la mise en place d’une maquette numérique permet de planifier et de concevoir l’ensemble de celui-ci, d’optimiser la gestion du bâtiment et d’avoir un meilleur suivi d’entretien. Entraînant ainsi une réduction des dépenses et une meilleure adaptation aux nouvelles normes environnementales.

Le BIM par la pratique

Cuve à modéliser pour remplacement

Nuage de points en niveaux de gris

Nuage de points intensité couleur

Nuage de points maillage

Début de modélisation

Modélisation en cours

Modélisation

Modélisation et volume

Rendu final avec cotes

Prenons un exemple :

Soit un bâtiment déjà construit amené à être rénové. La modélisation s’appuiera en ce cas sur les nuages de points extérieur/ intérieur réalisés grâce à la combinaison photogrammétrie / scanner 3D.

Chaque zone de nuage de points sera «remplacée» par son équivalent modélisé référencé : les zones de « points fenêtres » feront ainsi place au « modèle fenêtre » possédant telles caractéristiques et référencé chez tel fabricant.

Ainsi interviendront tous les corps de métier : l’architecte bien sûr, l’électricien qui mettra en place tout son système électrique, avec tel modèle référencé de câble, de prise, d’ampoule ; idem pour le plombier, le menuisier, la personne en charge du mobilier etc…

Il sera alors plus aisé de calculer l’efficacité du remplacement de toutes les fenêtres par un modèle plus isolant, changer toutes les ampoules de l’aile B tous les 3 ans, programmer et gérer l’entretien des différentes pièces, individualiser les espaces qui sont éventuellement ouverts au public pouvant impliquer un entretien plus régulier, gérer l’ouverture des portes qui seraient informatisées. etc…

Aujourd’hui réservé aux bâtiments les plus importants tels les hôpitaux, les gares, terminaux d’aéroports, centres aquatiques etc… le BIM est le futur à horizon proche de la majorité de nos constructions collectives.

Pour compléter votre lecture sur la topographie, vous pouvez aller sur notre page :