Elaboration du cadastre 3D par photogrammetrie numerique

Les demandes croissantes en informations en trois dimensions (3D) dans les différentes applications urbaines ont entrainé la définition et l’implémentation de nombreux modèles et méthodes de gestion. On en retrouve un bon exemple dans le développement des systèmes d’informations municipaux pour lesquels l’utilisation d’objets 3D devient de plus en plus importante. Par conséquent, ce sont les systèmes de DAO, offrant depuis longtemps la 3D qui ont été utilisés très largement dans le cadre de l’étude des aménagements urbains. Ces systèmes de DAO 3D contiennent des outils de visualisation 3D, des liaisons avec des bases de données pour l’analyse mais sont limités dans le domaine de l’analyse spatiale 3D. Ainsi cette tendance en 3D vient toucher plusieurs domaines dont l’un est la gestion du système cadastral.

Au cours de ces dernières décennies, l’utilisation du sol a non seulement considérablement augmenté, mais s’est complexifiée et diversifiée. Cette tendance entraîne une importance croissante de la description précise et fiable de la propriété foncière. Dans la plupart des cas, une description des droits de la propriété en deux dimensions suffit pour donner des informations claires sur le statut juridique de l’immobilier. En cas d’utilisation multiple de l’espace, avec des droits de propriété en sous-sol ou sursol, le cadastre 2D n’est plus suffisant et cela nous oblige de tendre vers une solution en trois dimensions. Le projet ainsi décrit dans ce mémoire consiste à concevoir une structure 3D en intégrant des données cadastrales pour une gestion suivant une altitude donnée. Ainsi donc pour rester dans le domaine de la topographie, le processus choisi pour l’acquisition des données est la photogrammétrie aérienne. Cela nous permettra d’avoir en général, la reconstruction des bâtiments qui est l’objectif principal de cette étude.

GENERALITES SUR LE CADASTRE 3D 

La croissance démographique, le développement des villes et l’urbanisation durant les deux derniers siècles, ont considérablement augmenté. Les pressions sur l’utilisation des terres ont suscité un intérêt croissant pour l’utilisation de l’espace en dessus et au-dessous du sol. Des infrastructures souterraines comme les tunnels, métro, stationnements, des bâtiments multiniveaux partout dans le monde sont les résultats de l’urbanisation et des représentations des propriétés superposées dans l’espace. La gestion des données devient de plus en plus complexe, ce qui implique l’installation de nouveau système.

Le terme « cadastre 3D » fut énoncé pour la première fois en 1998 par la publication du rapport intitulé Cadastre 2014 par la Fédération Internationale des Géomètre (FIG). Ceci créa une inspiration chez les professionnels et dans les administrations publiques pour la mise en place de ce système. La thèse de Jantine Esther Stoter intitulé « 3D Cadastre » fut la première étude. Depuis, plusieurs pays dans le monde essaient de l’appliquer.

La Fédération Internationale des Géomètres (FIG) a effectué une enquête sur le cadastre 3D à travers le Monde [FIG 1995]. Le but principal de cette enquête était de pouvoir dresser un inventaire des différents modes de gestion de la troisième dimension dans le système cadastral surtout sur les propriétés superposées. Beaucoup de Pays ont répondu au questionnaire tel que l’Allemagne, l’Angleterre, l’Argentine, l’Australie, l’Autriche, le Brésil, la Chine…

Principe du cadastre 3D

Plusieurs chercheurs et organisations ont montré les rôles et les apports d’une représentation en trois dimensions dans le système cadastral. Depuis, la Fédération Internationale des Géomètres (FIG) fait des enquêtes sur ce thème à travers le monde. J.Stoter était le premier qui a fait l’approche du système [Stoter 2004].

Il existe 3 types de cadastre selon lui : le cadastre avec une étiquette 3D, le cadastre hybride et le cadastre entièrement 3D. Ce sont les principes de base qui servent de réflexion pour d’autres études à venir.

Cadastre avec des étiquettes 3D

Il consiste à marquer à l’aide des étiquettes les informations en 3D sur le plan cadastral informatisé en 2D. Ces étiquettes précisent à l’utilisateur les références correspondant aux documents contenant les informations 3D (acte ou plan). En plus de l’étiquette, une référence peut être ajoutée à un document juridique ou à un dessin qui illustre la situation. La référence peut être mise en œuvre de façon diverse. Le propriétaire est donc chargé de trouver les autres informations complémentaires au sein des bureaux administratifs destinés. L’inconvénient de ce cadastre est qu’il ne répond pas au résultat recherché, celui de comprendre les situations 3D et de gérer ces informations. Il ne permet pas l’automatisation et l’échange des données.

Cadastre hybride

C’est un cadastre où l’on ajoute dans la parcelle 2D existante, les données existantes sur terrain 3D. Les principaux éléments figurés sont les objets physiques ainsi que les droits volumiques rattachés à la parcelle. Il en résulte une solution hybride à l’enregistrement des droits volumiques et un enregistrement de la situation 3D. Ceci peut être réalisé sous forme de texte, d’annotation, de plans et de coupes, de dessins 3D ou de volumes sur les propriétés.

L’utilisation de texte permet d’identifier de manière alphanumérique le plan cadastral. C’est-à-dire, la création d’un lien entre le plan cadastral et des documents complémentaires expliquant la composante verticale de propriétés superposées. Les plans et les coupes sont utilisés pour décrire l’existence des propriétés superposées par les plans annexés au plan Cadastral. Les dessins en 3D permettent une représentation de la situation verticale.

Le cadastre Hybride propose deux solutions : l’enregistrement des droits volumiques en 3D et l’enregistrement des objets physiques.

a) L’enregistrement des droits volumiques en 3D 

Ici, la parcelle est le point de départ de l’enregistrement pour montrer les droits et obligations. Le droit volumique est un espace légal lié à un droit attaché à une parcelle sur les situations en 3D.

L’espace juridique est l’espace dans lequel le propriétaire d’un objet physique demande des droits afin d’assurer sa possession. Par exemple, le propriétaire d’un terrain peut s’étendre dans le tréfonds et le sur-fonds. Ceci dit qu’il a droit sur l’étendue de sa propriété tout en tenant compte de ces droits. Dans le cas de l’existence d’un tunnel au-dessus de la parcelle, les limites du tunnel sont définies par un volume au-dessus de la surface. Le propriétaire de la parcelle est donc limité dans son utilisation de la surface. Il est donc nécessaire de fixer ces droits.

Ainsi, les limites spatiales des droits doivent être précisément décrites dans les actes et plans. Par exemple le droit sur la hauteur des bâtiments en ville ou le droit de construire dans le sous-sol, une servitude de passage. Ainsi, les situations 3D peuvent être consultées puisque les droits sont reliés à une base de données contenant des informations non spatiales. Notons que l’installation de ces droits volumiques dépend du système juridique du pays. Un droit de volume 3D ne peut être enregistré que lorsqu’un droit établi sera enregistré dans l’enregistrement cadastral. Une solution est envisageable pour avoir l’étendue spatiale de tout objet physique dans l’enregistrement cadastral. Cette solution pourrait enregistrer un volume renfermant l’espace juridique de l’objet physique. Ce qui est en effet le cas de l’alternative de combinée 2D/3D.

b) Enregistrement des objets physiques 

Dans ce système, on enregistre les objets vus en 3D sur les parcelles (les constructions ou infrastructures qui se trouvent au-dessus ou en dessous de la surface de la parcelle). Cette solution peut être adaptée même en cas de situation difficile à figurer en 2D. Par exemple dans le cas où un tunnel traverse plusieurs parcelles (cas du tunnel Ambohijatovo).

Seul l’objet sera enregistré dans son intégralité avec des descriptions spatiales à l’aide de plans ou coupes. Ces objets seront ajoutés aux données géographiques. On peut invoquer un système d’immatriculation des objets physiques.

La représentation de l’objet doit refléter la réalité et une mise à jour permanente. Ces bases de données cadastrales des objets physiques à disposition permettent une meilleure vue d’ensemble de la réalité. Elles offrent une solution pour les bâtiments complexes ou les infrastructures. Au Pays-Bas, les conclusions juridiques ne peuvent être tirées de fait mais de l’enregistrement cadastral. On se base sur l’interrogation des enregistrements cadastraux en 3D sans examiner le document source comme les actes ou les plans. Par conséquent, la qualité des représentations 3D doit être précise pour l’utilisation pratique. On peut élargir l’étude sur l’enregistrement des objets physiques.

Table des matières

INTRODUCTION
PARTIE I : GENERALITES
CHAPITRE I : GENERALITES SUR LE CADASTRE 3D
I. Introduction
II. Principe du cadastre 3D
1) Cadastre avec des étiquettes 3D
2) Cadastre hybride
3) CADASTRE ENTIEREMENT 3D
III Cadastre 3D dans le Monde
1) Cas d’Australie (Queensland)
2) Cas de l’Espagne
3) Cas du Cadastre québécois
4) Cas de Pays-Bas
5) Synthèse des quatre systèmes cadastraux examinés
CHAPITRE II : Généralités sur l’immatriculation des appartements à Madagascar
I Démembrement
1) Définition
2) Système de Démembrement
3) Travail en démembrement
II Les parties prenantes
1) Société de construction
2) Copropriétaires des immeubles
PARTIE II : TECHNIQUE D’ACQUISITION
CHAPITRE I : PHOTOGRAMMETRIE NUMERIQUE
I Notion générale
1) Définition
2) Principe général
3) Processus de traitement en photogrammétrie
II Spécifications des levés photogrammétriques
1) Prise de vue
2) Choix de la focale
3) Résolution spatiale
4) Synthèse générale
III Modélisation 3D en Photogrammétrie
1) Situation actuelle
2) Obtention des images numériques
3) Photographie aérienne des zones urbaines
IV Restitution photogrammétrique
1) Définition
2) Matériel de restitution
3) Méthode de Restitution
CHAPITRE II : LIDAR
I Généralités sur Lidar
1) Définition
2) Principe général
3) Principe géométrique
4) Principe d’écho multiple
II Outils et matériels
1) Matériel utilisé
2) Plan de vol
III Contrôle de précision LiDAR
1) Détection des échos
2) Densité des points
3) Système de référencement
IV Spécification pour le système cadastre 3D
1) Mode Multi-écho
2) Plan de vol
3) Système de référencement
PARTIE III : CONCEPTION DU CADASTRE 3D
CHAPITRE I : PRESENTATION DES DONNEES
I Traitement des données brutes
1) Etape de traitement
2) Logiciel de traitement
3) Format des images
II Analyse des données
1) Données de la Restitution photogrammétrique
2) MNT de l’agglomération d’Antananarivo
3) Dossier de Démembrement
4) Choix de la zone
CHAPITRE II : CONCEPTION DU PROTOTYPE CADASTRE 3D (CAS DE LA COPROPRIETE)
I Prise en main des données
1) Gestion des calques dans AUTOCAD/COVADIS
2) Traitement par étage
II Gestion des bâtiments
1) Présentation des bâtis sur TERRA EXPLORER
2) Gestion proposée
III Autres possibilités offertes
1) Modélisation du Sous-sols
2) Modélisation des scènes urbaines
3) Modélisation de restrictions publiques
4) Rôle du géomètre expert
CHAPITRE III : PERSPECTIVE LiDAR
I Traitement des données brutes
1) Notion de nuage de point
2) Préparation des données
3) Contrôle des données
4) Méthodologie de traitement
II Phase de Prétraitement
1) Logiciel
2) Chargement du bloc
III Filtrage des points
1) Création du Modèle Numérique du Terrain
2) Création d’une classification
3) Classification des points
VI Modélisation des bâtiments
1) Classification des bâtiments
2) Création de la modèle Numérique de Surface
3) Vectorisation des bâtiments
CHAPITRE IV : ETUDE COMPARATIVE
I Comparaison sur la précision
1) Précision des données sur trajectographie
2) Générations des points
3) Identification image
II Tableau de synthèse des deux méthodes
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
WEBOGRAPHIE
ANNEXE

Lire le rapport complet