Soutenance mémoire
Les logiciels de traitement photogrammétrique
L‟utilisation des logiciels photogrammétriques est nécessaire pour la construction de modèle tridimensionnel (3D) à partir de photographies bidimensionnelles. Ainsi, on distingue, les logiciels photogrammétriques libres et commerciaux et les solutions cloud. Ce sont des solutions logicielles automatisées, qui permettent d‟informatiser le calcul des orientations et de rendre la création de nuage de point entièrement automatique. Ces logiciels diffèrent selon leur coût d‟acquisition, leur rapidité de calcul, leur capacité à produire un modèle de qualité, leurs outils permettant d‟orienter et de mettre à l‟échelle les modélisations (Arles et al., 2011).
Les solutions cloud
Ils sont principalement destinés au grand public, et permettent notamment de traiter des images qui n’ont pas été acquises selon un protocole photogrammétrique strict, au prix d’une reconstruction parfois approximative. On peut citer par exemple les logiciels 123D Catch (développé par Autodesk) et Photosynth (développé par Microsoft), utilisé par (Arles et al., 2011), dans leur étude sur la « photogrammétrie appliquée à l’archéologie minière ». Ils sont gratuits et peuvent être téléchargés librement. On a aussi, Photomodeler implémenté dans windows (Murtiyoso et al., 2016), qui lui par contre n‟est pas gratuit.
Les logiciels libres
Ce sont des logiciels gratuits encore appelés « Open source », qu‟on peut télécharger, utiliser sans condition et même modifier pour l‟adapter à un usage précis. On peut citer les logiciels Apero et Micmac (développés par le laboratoire MATIS de l‟IGN), VisualSFM, et PMVS (Patch-based multi-view stereo) qui ont été testé par (Murtiyoso et al., 2016) pour sa recherche. D‟après ce dernier, les logieciels Apero et Micmac sont utilisés en complémentarité. En effet, le premier fournit les orientations de chaque prise de vue ainsi que le résultat de calcul d‟auto-calibration. Ensuite le second utilise ces résultats pour créer le nuage de points dense. De même pour les logiciels VisualSFM et PMVS : PMVS effectue son appariement steréo-vues en commençant par un nuage clairsemé généré par VisualSFM.
Les logiciels commerciaux
Ce sont des logiciels vendus par des sociétés spécialisées en la matière et dont l‟utilisation est conditionnée par l‟achat d‟une licence d‟utilisation. Ils ont un fonctionnement professionnel et ne sont pas modifiable à cause de la fermeture de leur code source. De plus, ils ont pour avantage la possibilité d’utiliser des points d’appui permet ainsi de compenser d’éventuelles dérives, mais aussi de qualifier la précision des calculs (Tournadre, 2015). Il en existe plusieurs dont on peut citer entre autres : Photoscan de la société Agisoft, SURE, et Pix4D, cité par (Murtiyoso et al., 2016). Par ailleurs, celui utilisé pour ce travail est le logiciel Pix4D. Il a été conçu par une société dérivée de l‟école polytechnique fédérale de Lausanne spécialisée dans le traitement des images. Un rapport relativement complet est produit à la fin de chaque étape de traitement, ce qui permet de contrôler le résultat.
Les drones
Définition
Les drones sont, par définition, des aéronefs (machine volant plus lourd que l‟air, par opposition à aérostats : plus légers que l‟air) capables de voler et d‟effectuer une mission sans présence humaine à bord. Cette première caractéristique essentielle justifie leur désignation de Unhabited (ou Unmanned) Aerial Vehicle (UAV) (Mecili & Chriette, 2012). Ils permettent d‟embarquer des charges utiles permettant de réaliser des missions diverses et variées. Cependant, les spécialistes préfèrent parler de « Systèmes drones », puisque le drone n’est en fait qu’un des éléments d’un système, conçu et déployé pour assurer une ou plusieurs missions. En effet il est constitué de deux sous-ensembles principaux(Mecili & Chriette, 2012) :
● Un segment “air” constitué d‟un ou plusieurs drones, porteurs de la charge utile adaptée à la mission (ex : caméra gyrostabilisée et/ou infrarouge, radar, brouilleurs, etc.) et des équipements de transmission.
● Un segment “sol” comprenant l‟ensemble des matériels nécessaires à la préparation, à la mise en œuvre (ex : station de contrôle pilotage de la plate-forme, exploitation des données, communication, lancement et récupération des drones, etc.) et au soutien logistique (ex : maintenance et reconditionnement, etc.) du système.
 l‟origine, le drone a été conçu à des fins militaires telle que la surveillance, reconnaissance et inspection autonome. Le premier développement de drone a été fait en aout 1960 par les américains dans le but d‟éviter les pertes en vie humaine lors de missions de reconnaissance stratégique (Noël, 2013). Depuis, le domaine d‟utilisation de ces derniers s‟est largement diversifié avec le développement de drone de plus en plus légers et petits en taille. Son dimensionnement est déterminé par la nature de sa mission et sa charge utile. De plus, Remodino en 2014 a remarqué que le succès du drone est aussi dû à la disponibilité des plateformes à bas coûts combinées avec des appareils photos et des systèmes de GNSS/INS (Murtiyoso et al., 2016). Aujourd’hui, les progrès réalisés, à la fois dans les performances des drones et leurs équipements, leur confèrent un très large potentiel d’utilisation dans le domaine civil. Ils sont ainsi, aussi bien utilisés pour les loisirs que pour la recherche et le développement.
Les différents types de drones
Selon (Koehl, 2012), les caractéristiques techniques d‟un VAA dépendront des missions auxquelles il pourra être employé et par conséquent son appartenance à une famille de drone. Les auteurs tels que [(Fritsch & Cramer, 2013), (Remondino et al., 2014)] cité par (Murtiyoso et al., 2016), ont tous catégorisés les différents types de drones dans leurs travaux à leur façon. Néanmoins, tous les trois s‟accordent sur les critères de taille, de poids, d‟endurance et d‟altitude de vol. En fonction l‟altitude et de l‟endurance, on peut classer les drones en trois catégories principales : les drones de Moyenne Altitude et Longue Endurance (MALE), les drones de Haute Altitude et Longues Endurances (HALE) et les drones tactiques (Rida & Cherki, 2015).
Par ailleurs, en fonction de leur structure physique, on distingue deux catégories principales de drones : les voilures fixes et les voilures tournantes.
● Les voilures fixes (figure 3): ce type de drone suit le principe de fonctionnement des avions classiques avec une ou plusieurs hélices et un sens de vol rectiligne dite de vol d‟avancement (Murtiyoso et al., 2016). Il est destiné à des missions de plus grande portée (plusieurs centaines de kilomètres) où le véhicule a besoin d’une forme aérodynamique lui permettant de minimiser sa dépense d’énergie pour atteindre son but et revenir. De plus selon leur mode d‟alimentation, on distingue les voilures fixes équipées d’un moteur thermique qui lui permet une plus grande autonomie (3 heures et des altitudes de 3000 mètres) et les voilures fixes équipées d’un moteur électrique alimenté par des batteries Lithium qui limitent l’autonomie 1heure et un plafond aérien de 300 mètres)(Achotte et al., 2005). C‟est le plus adapté pour le besoin de la photogrammétrie classique, étant donné que sa surface de recouvrement est beaucoup plus grande que celles des drones à voilures tournantes. Mais l‟inconvénient avec ce type de drone, est sa basse résistance au vent ainsi que sa limite de poids (Murtiyoso et al., 2016).
● Les voilures tournantes : On distingue les convertibles, les voilures tournantes carénées et les voilures tournantes à multiples hélices (Pflimlin et al., 2006). Ce sont des drones qui répondent aux exigences de vol en déplacement rapide à basse altitude et le vol quasi-stationnaire, qui nécessitent des qualités aérodynamiques souvent antagonistes (Koehl, 2012).
Le drone utilisé pour la réalisation de cette étude est le drone Spark de la marque DJI. C‟est un drone à voilures tournantes à multiples hélices (quadrirotor). Grâce à son système optique et à son système de détection 3D, le Spark peut filmer des vidéos 1080p, prendre des photos d’une résolution de 12 mégapixels, avec une vitesse de vol maximale de 50 km/h (31 mph) et une durée de vol maximale de 16 minutes (on peut augmenter le nombre de bactérie rechargeable). Il est composé d’un module infrarouge 3D situé à l’avant de l’appareil, qui recherche les obstacles pendant le vol. Ce qui lui permet d‟éviter les obstacles. Par ailleurs, il dispose aussi d‟une fonction „Go home‟ qui lui permet de retourner à son point de départ lorsque la bactérie est trop faible (“Dji spark: guide de l‟utilisateur,” 2017). Enfin, c‟est un des drones les moins chères (500 euros) dans le commerce.
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Table des matières
INTRODUCTION
SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
La photogrammétrie
1. Définition
2. Les logiciels de traitement photogrammétrique
Les drones
1. Définition
3. Les différents types de drones
4. Les technologies des capteurs embarqués
5. L‟importance des ligneux pour le pastoralisme
MATERIEL ET METHODES
Milieu d‟étude
1. Végétation
2. Climat
3. Sols
Collecte des données
1. Echantillonnage
2. Acquisition des images/Drone et choix des plans de vol
3. Mesures directes des paramètres de la végétation
Traitement des données
1. Calcul des paramètres de végétation à partir des mesures directes de terrain
2. Estimation des paramètres de la végétation par photogrammétrie
RESULTATS
Estimation de la hauteur totale et de la surface du houppier des ligneux par
photogrammétrie
1. Cartogratographie 3D à 80m d‟altitude de vol
2. Analyse des mesures de hauteur totale de ligneux estimées par photogrammétrie
3. Analyse des mesures de surface du houppier estimées par photogrammétrie
Estimation des poids de biomasses fraiche et sèche des herbacées
1. Comparaison des CHM obtenus à partir du drone et de l‟appareil photographique
2. Prédiction du volume de biomasse des herbacées à partir du drone
DISCUSSION
1. Influence de l‟Altitude de vol sur les mesures obtenues par photogrammétrie drone
2. Précision de la hauteur totale et de la surface du houppier des arbres
3. Précision des volumes de biomasse des herbacées
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES
