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La numérisation 3D pour la rénovation

Les bâtiments anciens représentent une part importante du parc immobilier bruxellois. Leur rénovation est un enjeu régional majeur, tant d’un point de vue social qu’environnemental. Pour augmenter le taux de rénovation en Région bruxelloise et d’atteindre les objectifs fixés, il est aujourd’hui nécessaire de développer de nouveaux outils pour optimiser et faciliter le processus de rénovation. Même si aller plus vite semble ici primordial, il y a un risque de perte de qualité et de valeurs patrimoniales intrinsèques.

Comprendre la nature et l’état des bâtiments est donc crucial pour choisir les solutions les plus adaptées. C’est là que les nouvelles technologies numériques ont beaucoup à offrir et que des outils d’arpentage innovants peuvent être la clé de stratégies de rénovation plus “responsables”. Les techniques de scanning 3D ont bien sûr un rôle important à jouer

Les techniques de numérisation

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Opportunités

La numérisation du secteur de la rénovation est essentielle pour soutenir l’émergence de modèles de rénovation durables et accélérer la transition vers une économie circulaire. Le terme ‘numérisation’ englobe les technologies de relevé innovantes (techniques parfois dites de ‘scanning 3d’), qui permettent de compiler et de partager de nombreuses données: composition, état ou encore utilisation du bâtiment. 

 

Capturer la réalité

Le relevé de l’état existant d’un bâtiment est une étape cruciale de tout projet de rénovation bien conçu. Il s’agit de comprendre au mieux la situation existante, pour l’améliorer le plus judicieusement possible. Autrement dit, ‘Capturer la réalité’ le plus efficacement possible. L’évolution des outils de relevé numérique en 3D permet aujourd’hui de faciliter cette étape et de collecter facilement une quantité importante d’informations (ce qui n’est pas nécessairement possible avec les méthodes de relevé manuel). Ces informations géométriques et visuelles qualitatives peuvent servir de base à la création de divers support d’étude/conception adaptées à la rénovation. 

 

Une élevation de façade générée par photogrammétrie, offrant un niveau de détails sans pareil

Des formats de données inédits

Un format de donnée est souvent mis sur le devant de la scène lorsque l’on parle de capture de la réalité: les nuages de points. Ceux-ci apparaissent de plus en plus comme le format standard pour enregistrer les bâtiments existants en haute résolution. Ils offrent déjà un large éventail d’utilisations grâce à une certaine universalité de la manière dont l’information est stockée (c’est-à-dire une longue liste de points situés dans l’espace 3D). On peut s’en servir par exemple pour:

– Etablir des plans du bâtiment avant travaux

– Effectuer le diagnostique des pathologies existantes

– Contrôler l’exécution des travaux 

Au-delà du visible

La géométrie des bâtiments peut-être complexe, et dans la planification des interventions de rénovation, on peut manquer de compréhension sur les parois, leurs épaisseurs et l’agencement des espaces qu’elles délimitent. Heureusement, les techniques de scanning permettent d’aller au-delà de ce qui est visible. Ou du moins, elles permettent de capturer l’entièreté du bâtiment en une fois, pour en obtenir un modèle manipulable à souhait: chaque paroi devient un élément mesurable et clairement positionné dans l’epace:

En terme de diagnostic structurel, un traitement adéquat des données géométriques peut mener à des observations inédites. On peut par exemple comparer tous les points mesurer sur la façade à un plan parfait, et ainsi detecter les zones hors-plan. Dans l’exemple ci-dessous, l’effet des tirants de toiture sur la maçonnerie de la façade apparaissent de manière claire. Ce serait extrêmement difficile à observer à l’oeil nu. La mesure millimétrique du scanner laser ne manque par contre rien de ce comportement structurel.

La planéité du mur apparait après analyse du nuage de points. Ces défauts structurels sont invisibles à l'oeil nu

Encore plus loin, on peut mettre à profit des capteurs électroniques capables de cerner des parties invisibles du spectre lumineux. C’est le cas des caméras infrarouge, par exemple, qui donneront des informations précieuses sur le comportement thermique du bâtiment. On se doute que ce genre d’information est particulièrement précieux dans le contexte de la rénovation. Et bien sûr, on peut pousser les développements numériques jusqu’à obtenir des cartographies 3D thermiques du bâtiment:

Des technologies variées pour chaque besoin et chaque budget

Il existe différentes technologies qui répondent à différents besoins, avec des solutions pour toutes les échelles et tous les niveaux d’expertise technologique. Au sein d’une famille de technologie, il peut également exister des différences de gamme en termes d’appareillage et de qualité. Si l’on prends l’exemple du drone, les prix pour l’appareil en lui-même vont de quelques centaines d’euros à quelques dizaines de milliers. Même les plus petits peuvent déjà permettre de capturer des toitures, et facilement créer des offres de prix pour les travaux. Les drones les plus lourds et complets permettront quant à eux d’embarquer des systèmes LIDAR (utile pour la cartographie à large échelle) ou des outils entrant plutôt dans le domaine de la recherche.

 

Pour ceux qui ont des besoins très spécifiques, il sera toujours possible de s’orienter vers des solutions sur mesure, potentiellement très ‘high-tech’. On prends souvent l’exemple du Robot ‘Spot’ de Boston Dynamics, qui a le mérite de ne laisser personne indifférent. Il s’agit d’un robot semi-automonome dont la morphologie semble empruntée à celle d’un chien. Sa grande capacité de charge lui permet d’embarquer plusieurs outils en simultané, comme des caméras et un scanner laser (voir ce cas d’étude)

Dans le domaine de la rénovation, on imagine encore difficilement un tel engin arpenter les maisons unifamiliales pour dresser des offres de prix. S’il s’agit plutôt d’inspecter l’état de larges installations ou d’ouvrages publics, l’intérêt peut à nouveau transparaitre. Il faudra dans tous les cas mettre en place une matrice bénéfice-risques-coûts, en ne sous-estimant pas les ressources nécessaires pour la préparation de la mission (tests, peaufinement des algorithmes, etc.).

spot robot

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Des obstacles...

L’intégration des technologies de scanning est déjà bien avancée en construction neuve, où l’approche BIM devient la norme. Cette méthodologie BIM s’avère souvent inadaptée en rénovation. D’abord parce qu’elle ne permet pas d’intégrer toute la complexité de l’environnement bâti existant. Ensuite parce qu’elle impose des efforts et des coûts de modélisation importants, pas toujours adaptés au monde de la rénovation où coexistent de nombreuses petites entreprises.

Les barrières d'accès à la technologie

Se lancer dans la numérisation 3D représente un investissement important, tant du point de vue humain que matériel. L’obsolescence des instruments technologiques, le besoin de mises à jour constantes des logiciels et de machines puissantes pour lire les fichiers représentent de grands défis pour accéder aux technologies de numérisation. 

En outre, ces techniques nécessitent des connaissances spécifiques élevées qui diffèrent d’une technique à l’autre. Souvent, les petites entreprises n’ont pas les moyens d’investir dans des formations constantes ou dans les technologies les plus récentes. Cela explique pourquoi les technologies de numérisation ne sont pas encore largement utilisées dans le domaine de la rénovation. La possibilité de sous-traiter des missions de scannage est donc cruciale, mais elle implique que les clients soient capables d’exprimer leurs besoins de manière claire et technique.

laser scanner
Le scanner laser, une technologie efficace mais coûteuse
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Absence de lignes directrices pour les tâches de relevé

Les données géométriques à haute résolution sont extrêmement lourdes et nécessitent de grandes capacités de traitement et de stockage ainsi que des ordinateurs haut de gamme pour les manipuler. Au-delà de leur taille, les nuages de points sont monolithiques et n’ont pas un niveau de segmentation ou de sémantisation suffisant pour créer des données significatives. Seuls des post-traitements adéquats peuvent garantir une valorisation efficace des ressources dépensées en amont pour collecter les données (voir l’article sur les livrables). 

Enfin, même si la manière de transformer les nuages de points pour en extraire des données utiles était bien définie, les solutions logicielles pour le faire sont souvent très complexes, coûteuses et non orientées vers la construction. De nombreux processus de traitement restent répétitifs et pourraient être automatisés. Toutes ces raisons expliquent les prix élevés observés pour la réalisation de missions de numérisation complexes, où l’on recherche non seulement la géométrie du bâtiment, mais aussi ses caractéristiques et ses pathologies. Cela les rend plutôt rares dans le contexte de petits projets de rénovation, tels que les logements unifamiliaux.

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Comment obtenir le résultat voulu le plus efficacement possible?

Author

Samuel Dubois