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206 - Regards croisés Suisse-Québec sur l’utilisation des technologies géomatiques appliquées à la surveillance précise des infrastructures et ouvrages d’art

Le mardi 8 mai 2018

Le Québec et la Suisse ont un en commun d’être des producteurs d’hydroélectricité, d’où la présence sur leur territoire respectif d’ouvrages d’art importants. Fort de cet exemple, l’auscultation de ceux-ci est essentielle pour l’optimisation de l’exploitation des barrages et les constructions liées à leur exploitation. Ce constat peut être généralisé à d’autres types d’infrastructures (pont, tunnels, ports, etc). Tous ces ouvrages sont aussi exposés à des perturbations et aléas climatiques, qui peuvent les affecter.

Ces ouvrages d’art et leurs abords doivent régulièrement être contrôlés géométriquement afin de détecter d’éventuelles déformations. C’est le but de l’auscultation qui soulève des problématiques d’acquisition, de traitement, de gestion et de représentation de gros volumes de données géolocalisées.

Les technologies de la géomatique ont considérablement évoluées ces dernières années du fait de l’apparition de nouveaux systèmes de mesures, tels les scanners lasers, de logiciels et de l’augmentation considérable de la capacité informatique, notamment pour le stockage et les opérations de calcul. Les méthodes d’auscultation d’ouvrages d’art suivent également cette tendance, cependant, de nombreux développements restent encore à faire dans ce domaine de la géomatique.

Ce colloque a donc pour but principal de mettre en commun l’état de l’art en Suisse et au Québec quant aux techniques photogrammétriques, lasergrammétriques, bathymétriques, GPS dans l’auscultation d’ouvrage et de milieux naturels, ainsi que des méthodes de calculs et de représentation associées. Cet échange transatlantique sera d’autant plus fructueux que les méthodes varient également d’un pays à l’autre pour différentes raisons (habitudes de travail, réglementation, topographie, connaissance du géoïde, densité de stations permanentes, climat, etc). Il sera ainsi profitable à tous de découvrir les points de vue suisses et québécois ainsi que de remettre en cause nos pratiques.

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Colloque
Section 200 - Sciences naturelles, mathématiques et génie
Responsables
Université Laval
Thierry Badard
Université Laval
Eveline BERNIER
Université Laval
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Avant-midi
08 h 30 à 12 h 00
Communications orales
Session 1
Présidence/Animation : Francis Roy (Université Laval)
Batiment : UQAC
Local : P2-4140
08 h 30
Mot de bienvenue
Francis Roy (Université Laval), Thierry Badard (Université Laval), Thomas Touzé (HEIG-VD)
08 h 45
De l’étalonnage d’équipements d’arpentage classiques au calibrage d’équipements modernes d’acquisition de données géospatiales
Christian Larouche (Université Laval)

À la base des opérations de surveillance précise des infrastructures et ouvrages d'art, il est essentiel d’estimer les performances et incertitudes associées aux technologies géomatiques utilisées pour effectuer ces opérations. Grâce à ses infrastructures uniques et adaptées, le Laboratoire de métrologie de l’Université Laval offre un environnement contrôlé de qualité pour l’étalonnage d’équipements d’arpentage classiques. Certains travaux d’étalonnage effectués sur des équipements servant notamment à l’auscultation de barrages hydro-électriques seront présentés.

Ces infrastructures présentent également un potentiel fort intéressant pour la vérification et le calibrage d’équipements modernes d’acquisition de données géospatiales, notamment les systèmes LiDAR mobiles (SLM). Au cours des dernières années, des travaux de recherche ont été entrepris pour mettre en place des méthodes de calibrage statique fonctionnant sans positionnement, à partir d’opérations in lab, pour estimer la latence, les angles de visée, les bras de leviers et le biais de portée de ces systèmes. D’autres méthodes de calibrage statique et dynamique (avec positionnement) fonctionnant à partir de données in-situ ont également été mis en place. En parallèle, des travaux de définition d'un modèle d'erreur totale propagée dynamique des SLM ont été réalisés. Une partie de ces recherches et résultats obtenus jusqu’ici seront présentés.

Résumé
09 h 30
Géomatique, l’art de la mesure
Youssef Smadi (Ville de Montréal)

Cette présentation est divisée en deux parties dont la première montre un projet d’auscultation topographique et la deuxième donne un survol sur quelques travaux réalisés à la Division de la géomatique de la Ville de Montréal.

En 2012, le Port de Montréal, la Garde Côtière Canadienne (GCC) et le Service Hydrographique du Canada (SHC) ont mis en place un projet commun pour sécuriser le passage des grands navires sous le pont de Québec. Entre autres, les mesures GPS/GNSS, archivées à la seconde de juillet 2012 à juillet 2013, sont utilisées pour étudier les déformations du pont de Québec. Les résultats ont permis de quantifier les déplacements 3D (et leur précision) de la travée centrale du pont en fonction des facteurs comme les conditions météorologiques et les passages des trains et des automobiles.

À Montréal, les thèmes suivants seront présentés :

- le réseau RTK (GPS/GNSS) et la mise en place d'une solution réseau RTN;

- les ensembles de points de contrôle ayant servi à la référence spatiale des photographies aériennes, dans les inondations printanières et dans les îlots de chaleur;

- la lasergrammétrie et son rôle dans l'auscultation des structures d’ingénierie.

Résumé
10 h 15
Pause
10 h 30
Compensation multi-époques du canevas d'auscultation d’un viaduc autoroutier : Méthodologie et bilan de cette méthode
Thomas Touzé (HEIG-VD)

Sur une autoroute suisse, deux viaducs successifs ont été auscultés à 5 reprises par notre institut entre 2009 et 2015. Les calculs de compensation avaient été jusqu'alors menés de manière traditionnelle en auscultation, en comparant les résultats de chaque époque avec ceux de l'état initial, considéré comme la référence. Le calcul multi-époques se différencie de cette approche dans le fait que toutes les mesures sont compensées ensemble. De plus, chaque point est initialement calculé comme étant variable dans le temps. Lors de l'analyse des résultats de la compensation, il s'agit de démontrer de manière itérative si les déplacements de chaque point dans le temps sont négligeables ou pas. Ainsi, au-delà des concepts de points fixes ou libres, la compensation multi-époques introduit les notions de points stables et instables, ce qui requiert une méthodologie de traitement particulière visant tout d'abord à valider les mesures par époques, puis à tester la stabilité des points de référence, à tester si les points de référence démontrés stables peuvent être fixés, et enfin à tester si les points libres sont stables.

Cette présentation vise à décrire le calcul multi-époques, à proposer une méthodologie et à introduire les outils statistiques nécessaires à ces analyses. On y présentera les avantages de cette méthode, à savoir notamment l'amélioration dans le temps de la précision et de la fiabilité, et donc de l'amélioration de notre capacité à détecter des mouvements.

Résumé
11 h 15
ARRPA : une technologie de la géomatique au service du domaine routier
Gildas Allaz (ARRPA Technologie)

La technologie ARRPA (Auscultation de Revêtements Routiers par Photogrammétrie Automatisée) met à disposition des spécialistes du domaine routier une modélisation tridimensionnelle et imagée intégrale de la surface des chaussées afin de leur faciliter l’analyse de leur état, de leur évolution temporelle et ainsi faciliter leur prise de décision quant à leur entretien.

ARRPA est basée sur les technologies de la photogrammétrie et de la télédétection qui ont particulièrement évolué ces dernières années. Avec des équipements à bas coût et des données géographiques avec une géolocalisation (position géographique) centimétrique et une résolution millimétrique, cette méthode est facilement intégrable dans le processus de production d’une équipe travaillant dans le domaine de la géomatique.

Comparée aux méthodes traditionnellement utilisées dans le domaine routier (observation visuelle, échantillonnage ponctuel, multi-équipement embarqué), ARRPA offre, à partir d’un unique type de capteur, un arrêt sur image d’une chaussée permettant de quantifier objectivement l’évolution de sa détérioration puis d’échanger les géodonnées produites entre les spécialistes de la géomatique et du domaine routier. ARRPA fournit des données adaptées à chaque étape d’un projet routier (évaluation de l’état, projet de réfection, suivi durant le chantier, contrôle de garantie, constat de défaut de construction ou de dégâts ponctuels, recherche et développement).

Résumé
Dîner
12 h 00 à 13 h 00
Dîner
Dîner
Batiment : UQAC
Local : P2-4140
Après-midi
13 h 00 à 16 h 15
Communications orales
Session 2
Présidence/Animation : Thomas Touzé (HEIG-VD)
Batiment : UQAC
Local : P2-4140
13 h 00
Mesure des marées et des vagues à l’aide d’une bouée GNSS HydroBall®
Benoît Crépeau Gendron (Service Hydrographique du Canada), Rock Santerre (Université Laval), Mathieu Rondeau (CIDCO), Nicolas Seube (CIDCO)

Ce projet de collaboration entre l’U. Laval et le CIDCO porte sur la mesure des marées et des vagues à l’aide d’une bouée GNSS. En l’occurrence, une bouée bathymétrique HydroBall® développée par le CIDCO a été adaptée pour le projet. Des modifications comme la stabilisation de l’antenne GNSS, la reconfiguration des composantes électroniques et l’augmentation de son autonomie y ont été apportées dans le but d’améliorer la qualité des mesures GNSS et de permettre l’acquisition des données sur une période de plus d’un mois.

Deux types de traitements ont été expérimentés tant pour la mesure des marées que des vagues : le mode relatif (ou différentiel), utilisant une station de référence GNSS; et le mode absolu PPP (Positionnement Ponctuel Précis), sans utilisation de station de référence GNSS. Deux séries de résultats seront présentées : 1) les observations de niveau d’eau effectuées à la marina de Rimouski sur une période de plus d’un mois et comparées aux mesures du marémètre de Rimouski situé à proximité (~250 m); 2) les expérimentations faites au Laboratoire Hydraulique Environnemental de l’INRS pouvant générer des vagues contrôlées de diverses amplitudes et périodes.

Pour la mesure des marées, la qualité du positionnement vertical est de l’ordre de quelques cm et la précision des altitudes GNSS est de l’ordre de 1-2 cm. Pour la mesure des vagues, l’HydroBall® permet d’estimer leur amplitude avec une précision cm et la période de celles-ci à une précision de 0.2 seconde.

Résumé
13 h 45
Calibration de systèmes LiDAR pour drones par la méthode Lis-PAC
Nicolas Seube (CIDCO), Rabine Keyetieu (CIDCO, Centre Interdisciplinaire pour le développement de la cartographie des océans), Stéfanie Van-Wierts (Microdrones Canada Inc), Thomas Touzé (HEIG-VD), Christian Larouche (Université Laval)

Microdrones a développé un drone professionnel couplant, de manière totalement intégrée, un LiDAR et un système GNSS hybridé par INS (Inertial Navigation System). Le flux de donnée d’un tel système comporte des mesures d’angles, de portée, de position et d’intensité du retour. Le système hybridé GNSS/INS fournit la position et les attitudes dans un système géodésique donné. Un des problèmes majeurs d’une telle intégration est la détermination des paramètres de calibration (latence, bras de levier entre capteurs, angles de visées entre capteurs) pour garantir une qualité de données optimale. Dans les applications drones, les deux paramètres les plus importants sont la latence entre l’INS et le LiDAR (i.e. la non synchronisation des estampillages temporels) et les angles de visée entre le repère de l’INS et le repère du LiDAR. Des erreurs de calibration peuvent compromettre la cohérence spatiale des données en générant des erreurs relatives entre les fauchées scannées par le drone.

Le projet présenté vise le développement de nouvelles méthodes de calibration et d’outils d’analyse de performances de systèmes LiDAR. Notamment, nous avons conçu (1) une méthode de calibration de latence et une méthode de calibration des angles de visée fonctionnant à partir de données in-situ : LiS-PAC (LiDAR Systems Parameters Automatic Calibration) et (2) une méthode de calibration statique fonctionnant sans positionnement. Ces deux méthodes ainsi que les résultats des tests seront présentés.

Résumé
14 h 30
Auscultation sans réflecteur
Bertrand Cannelle (HEIG-VD), Vincent Barras (HEIG-VD), Guillaume Chapotte (HEIG-VD)

De nos jours, la surveillance d’ouvrage par tachéométrie nécessite, dans la plupart des cas, la pose de nombreux équipements, cibles, prismes ou autres repères. Est-il possible de s’affranchir de cette matérialisation qui peut être couteuse, difficile et longue à mettre en place ? Dans le but d’obtenir des réponses à cette question, des tests ont été réalisés sur plusieurs ouvrages tels que le Pont sur l’Eau Noire (VS), l’Abbatiale de Payerne (VD) et la falaise d’Hauterive (FR). Sur le premier ouvrage, des mesures tachéométriques ponctuelles et directes sont réalisées tandis que pour les deux autres sites, les déplacements sont détectés suite à des numérisations 3D via scanners laser.

Les précisions obtenues varient principalement en fonction du mode opératoire utilisé et de l’état de la surface. Sur des ouvrages réguliers en béton, des variations de quelques millimètres sont détectables. Par contre sur une surface naturelle comme une falaise, une finesse de 1 à 2 centimètres au maximum est atteignable en raison de la végétation et de la structure de la roche. Pour fiabiliser les mouvements soupçonnés sur des secteurs encombrés par la végétation, la photographie est un appui important et une aide à la décision très intéressante.

Résumé
15 h 15
Pause
15 h 30
Plénière
Soir
16 h 30 à 17 h 30
Cocktail
Cocktail
Batiment : UQAC
Local : P2-4140