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Le nuage de points prend du volume

JULIE NICOLAS |  le 26/01/2018  |  ArchitectureRéalisationsGirondeParis

Modélisation -

Moins chers et plus performants, les scanners laser 3D se démocratisent. Leur usage modifie les habitudes de travail sur les chantiers.

« Il y a quelques années, utiliser un scanner laser 3D pour réaliser un nuage de points était exceptionnel. Aujourd'hui, dès qu'il y a un doute sur un chantier, nous y avons recours », constate Vincent Blattner, chargé d'études techniques au bureau d'études Atèn. Progrès technologiques et baisse des prix ont largement contribué à démocratiser ces appareils. Leurs performances se mesurent selon quatre critères. Leur portée, qui va de quelques mètres à 1 kilomètre. Leur vitesse d'acquisition des données, passée de 60 points par seconde au début des années 2000 à 1 million de points par seconde aujourd'hui. Leur précision, au millimètre près. Et, enfin, les fonctionnalités qu'ils embarquent.

Cibler ses besoins. Les prix, quant à eux, ont presque été divisés par deux pour des technologies équivalentes, sachant qu'un scanner laser coûtait dans les 100 000 euros il y a vingt ans. Le modèle d'entrée de gamme chez Leica Geosystems est à 16 000 euros, tandis que l'appareil le plus perfectionné et le plus récent coûte 90 000 euros. Le choix de l'outil utilisé dépend des applications finales. « Si les données acquises par le scanner laser 3D sont traitées par des logiciels de plus en plus performants, il est important de définir leur usage dès le départ afin d'éviter d'être surchargé d'éléments inutiles », met en garde Benjamin Outrey, spécialiste des solutions 3D chez Leica Geosystems.

Ainsi, pour Vincent Blattner, il n'est pas nécessaire de modéliser tout le nuage de points en Building Information Modeling (BIM). Pour l'installation des nouveaux locaux techniques de l'Assemblée nationale (lire encadré p. 74) , ce professionnel a choisi de ne redessiner que les zones utiles, c'est-à-dire celles où les nouveaux équipements seront installés, ainsi que les branchements avec les réseaux existants. Fabrice Castello, responsable technique et modélisation 3D chez Trimble MEP, précise : « Des informations très précises peuvent être extraites directement du nuage de points, telles que la mesure des volumes, les prises de cotes, la réalisation de coupes, les annotations, la vérification des niveaux, de l'aplomb des murs, des flexions des poutres, etc. »

La Vitesse d'acquisition des données des scanners lasers est aujourd'hui de 1 million de points/seconde.

Repenser les habitudes de travail. Les professionnels férus de nuages de points repensent ainsi leurs habitudes de travail : « Lors d'une rénovation, une entreprise voulait réaliser un plan complet de l'existant alors qu'elle n'avait besoin que des dimensions des ouvertures, se souvient Benjamin Outrey. Or, ces informations peuvent être simplement tirées du nuage de points, sans passer par une modélisation. » Toujours dans le cas des rénovations, l'usage du nuage de points est utile pour connaître l'existant et limiter les surprises lors du chantier. Si tout n'est pas détectable en amont, cet ensemble de données, le plus souvent géoréférencées, permet d'estimer les quantités de matériaux et d'optimiser la logistique. Dans une version moins détaillée, il sert aussi à établir des plans de l'existant dans le cadre de la gestion de patrimoine. « Le niveau de détail peut varier en fonction des zones et des besoins. Une précision fine peut être nécessaire pour des moulures ou des détails très ouvragés. Elle sera inutile pour réaliser de simples plans », indique Benjamin Outrey.

Modéliser en vue de la déconstruction. Les scanners 3D sont aussi de plus en plus utilisés pendant les chantiers, pour vérifier et valider le « tel que construit » et alimenter le modèle numérique d'un projet avec une modélisation issue de la réalité. C'était d'ailleurs le travail de la société AurBlanc sur le chantier de la Cité du vin à Bordeaux (lire ci-contre). Enfin, de plus en plus souvent, les nuages de points servent à modéliser des ouvrages en vue de leur déconstruction. La numérisation sert alors à identifier les matériaux en présence et à évaluer les volumes à évacuer et à recycler.

Les usages évoluent en même temps que la technologie. Côté matériel, les ingénieurs cherchent à augmenter la portée, accroître la vitesse d'acquisition des points et améliorer la portabilité de l'équipement. Côté logiciel, le graal est la reconnaissance automatique d'images, avec la reconnaissance semi-automatique comme étape intermédiaire. Leica Geosystems estime atteindre 70 % d'extraction automatique, permettant par exemple de reconnaître des tuyaux. Mais pour François Metteil, directeur France de Trimble MEP, la reconnaissance automatique complète n'est pas pour demain.

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Assemblée nationale - Un relevé avant de positionner de nouveaux réseaux souterrains

A Paris, les marches du palais Bourbon et sa colonnade doivent être confortées. Une opération qui demande de décaisser le sol sur 5 m de profondeur et de créer une structure en béton. L'espace souterrain ainsi dégagé servira à accueillir les équipements techniques d'une puissance totale de 3 MW en chaud et de 1,4 MW en froid. « Pendant ces travaux, les réseaux existants sont conservés. La difficulté va consister à faire passer les nouveaux tuyaux dans un environnement déjà dense, avec un temps d'interruption de service réduit », résume Vincent Blattner, chargé d'études techniques chez Atèn, qui intervient sur ce chantier pour Eiffage Energie Thermie. Le nuage de points constitue ici un relevé de l'existant. Résultat de 67 stations effectuées sur deux jours, ce relevé a nécessité six heures de post-traitement.

Une maquette pour la maintenance. « Il a permis de mettre en évidence la pente d'une galerie ou de comparer l'existant avec la maquette numérique réalisée à partir des plans », indique Vincent Blattner. Le responsable technique utilise aussi cette « photo » en 3D pour modéliser les zones et équipements qui l'intéressent et prévoir précisément le passage des nouveaux réseaux. Le nuage de points obtenu pour cette opération sera obsolète une fois les travaux réalisés. En revanche, la maquette numérique ainsi créée sera utilisée pour la maintenance et les travaux futurs.

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Louvre - La modélisation couvre les toits du musée

Le Louvre a entamé une démarche originale : numériser l'ensemble de sa toiture, soit une surface totale de 5 hectares. « C'est un ensemble complexe, puisqu'il comporte des pentes très raides, des dômes, des recoins, des verrières, des chéneaux, etc. », détaille Michel Goutal, architecte en chef des monuments historiques en charge du musée parisien. Les toits des différents pavillons utilisent des matériaux différents : du zinc, du verre, de la pierre, de la brique… Etant donné ces volumétries complexes et cette diversité des matériaux, les plans en 2D n'étaient pas adaptés. L'architecte a donc opté pour une maquette numérique : « Dans le cadre des opérations de restauration, le maître d'ouvrage souhaitait disposer d'un diagnostic général du clos-couvert. Ce dernier servira à définir des priorités pour les vingt prochaines années », poursuit-il.

50 milliards de points. Michel Goutal a donc mandaté la société Art Graphique & Patrimoine (AGP) pour réaliser un nuage de points en vue d'une modélisation de l'ensemble des toitures. L'acquisition d'environ 50 milliards de points a nécessité 2 250 stations réalisées par quatre personnes. La précision est ici au millimètre près. La modélisation en cours est ponctuée par plusieurs validations de l'architecte, afin de ne conserver que les éléments importants pour le diagnostic. Elle sera rendue fin février au maître d'œuvre qui y ajoutera les données relatives à l'état sanitaire des toits, leur date de construction et les éléments historiques dont il dispose. Le diagnostic final devrait être prêt d'ici à l'été prochain. Il servira à définir les restaurations prioritaires.

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Cité du vin - Des nuages pour vérifier la bonne position des arcs

A Bordeaux, la Cité du vin se caractérise par sa géométrie courbe obtenue grâce à des arcs en bois lamellé-collé. « Ces formes cintrées empêchent les repérages classiques dans l'espace. Or, nous en avions besoin pour poursuivre le chantier afin de vérifier la position des arcs par rapport à l'ossature secondaire de la vêture à mettre en œuvre ultérieurement », rappelle Aurélien Blanc, gérant de l'entreprise de design industriel AurBlanc. Ici le nuage de points a servi à comparer l'existant avec les plans en 3D du projet. Concrètement, il s'agissait de vérifier que les arcs respectaient un déplacement latéral de 6 cm et un déplacement vertical de 5 cm. Hors de cette zone, l'entreprise Smac, en charge de la vêture, ne pouvait pas compenser les décalages.

Des arcs retoqués. Tous les lots ont été modélisés en 3D en phase études. Les nuages de points ont été réalisés au fil du chantier à travers cinq zones, qui comptaient entre 20 et 30 arcs, avant d'être superposés aux modélisations. Ces résultats ont permis à Smac de refuser les premiers arcs hors des tolérances. Ils ont aussi permis des ajustements entre la charpente et la vêture avec des tiges filetées plus hautes pour compenser des arcs trop bas. Enfin, les panneaux d'aluminium de la vêture ont pu être mis en place avec une précision de 2 mm. Les joints creux qui en résultent ont ainsi été calés très précisément.

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Glossaire

Cibles : sphères ou damiers noir et blanc installés lors des relevés effectués par un appareil de mesure (scanner laser 3D). Ils servent de points de repère pour ensuite « superposer » et assembler les différents relevés.

Nuage : ensemble des points qui reproduit fidèlement l'existant.

Points : coordonnées XYZ qui constituent le nuage (1 million de points par seconde lors du relevé).

Recalage : assemblage des données dans un même système de coordonnées.

Relevé : résultat obtenu avec le scanner laser 3D, avant d'être traité par un logiciel.

Station : emplacement du scanner laser 3D lorsqu'il capte les coordonnées XYZ d'un environnement donné.

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