De la poursuite du recul des rives à l'inspection des infrastructures submergées, les ingénieurs ont besoin de données fiables pour prendre des décisions éclairées. La photogrammétrie est apparue comme l'une des techniques les plus polyvalentes et les plus rentables pour capter des informations spatiales à haute résolution dans ces environnements difficiles. En couchant ensemble des photographies recoupant prises sous différents angles, la photogrammétrie produit des modèles 3D précis, des modèles d'élévation numérique (DEM) et des images orthorectifiées qui permettent aux ingénieurs de visualiser, de surveiller et de planifier avec une clarté sans précédent.

Les méthodes traditionnelles de levé sont souvent insuffisantes face à de grandes zones, à des terrains accidentés ou à des contraintes de visibilité sous-marine. La photogrammétrie comble cette lacune, offrant une collecte rapide de données sur de grandes étendues tout en maintenant la précision au niveau du centimètre. La technique est passée d'un outil académique spécialisé à une pratique d'ingénierie courante, mue par les progrès réalisés dans les véhicules aériens sans pilote (UAV), les caméras numériques haute résolution et les algorithmes de traitement de la structure en mouvement (SfM).

Principes fondamentaux de la photogrammétrie

La photogrammétrie est la science de la mesure à partir de photographies. Elle repose sur le principe de la triangulation : en capturant le même point à partir d'au moins deux positions de caméra différentes, les coordonnées tridimensionnelles de ce point peuvent être calculées. Le processus implique plusieurs étapes clés :

  • Acquisition d'image[ – Les photographies de chevauchement sont prises le long d'une trajectoire de vol planifiée ou par l'intermédiaire de plates-formes de caméras sous-marines.
  • Cadre de caractéristiques[ – Le logiciel identifie des points communs (tels que des coins ou des textures distinctives) sur plusieurs images et établit des correspondances.
  • Ajustage du bundle – En utilisant les points correspondants, l'algorithme optimise simultanément les positions de la caméra, les orientations et les coordonnées 3D pour minimiser l'erreur de reprojection.
  • Génération de nuages de points – Les algorithmes de couplage denses produisent un nuage de points 3D dense représentant la géométrie de surface.
  • Création de la matière et de la texture – Le nuage de points est converti en maille de surface triangulée, et les images originales sont drapées sur elle pour créer un modèle réaliste texturé.
  • Géoréférenciation – Les points de contrôle au sol (GCP) mesurés avec GPS ou stations totales sont utilisés pour aligner le modèle sur un système de coordonnées réel, assurant une précision absolue.

La photogrammétrie est généralement classée en trois catégories selon la plateforme utilisée : aérienne (avion ou drone), terrestre (appareil photo au sol) et sous-marine (appareil photo submersible ou plongeur). Dans les contextes côtier et marin, la photogrammétrie aérienne est dominante pour la cartographie côtière, tandis que la photogrammétrie sous-marine est de plus en plus utilisée pour les relevés des récifs et l'inspection des infrastructures.

Technologies et outils clés

La photogrammétrie moderne repose sur une combinaison de matériel et de logiciels. Le choix de la plate-forme de caméra dépend de l'environnement, de l'échelle et de la résolution requise.

UAV (Drones)

Les petits drones commerciaux et de consommation tels que le DJI Phantom 4 RTK ou le SenseFly eBee X sont équipés de caméras haute résolution et GPS RTK pour la géoréférenciation directe. Ils sont idéaux pour capturer les côtes, les estuaires et les chantiers.

Caméras sous-marines

Pour les environnements submergés, les caméras logées dans des boîtiers résistant à la pression, comme la série GoPro HERO avec boîtier étanche ou SONY α7R IV dans un boîtier Nauticam, sont utilisées.

Logiciel de traitement

Les packages de photogrammétrie standard de l'industrie comprennent Agisoft Metashape, Pix4Dmapper, RealityCapture et OpenDroneMap (open source).Ces outils automatisent le pipeline SfM et produisent des orthophotos, des modèles de surface numériques et des nuages de points exportables.

Contrôle au sol et géoréférenciation

Pour les travaux côtiers, les GCP prennent souvent la forme de croix peintes sur les plages, de bouées en eau peu profonde ou de repères permanents. Le GPS cinématique en temps réel (RTK) et cinématique post-transformé (PPK) permet de positionner le niveau centimètre de la plate-forme de la caméra, réduisant ainsi le besoin de nombreux GCP.

Applications en génie côtier et marin

La photogrammétrie est devenue un outil pratique à travers plusieurs phases de projets côtiers et marins : des relevés de base à la surveillance de la construction et à l'évaluation des dommages après une tempête.

Surveillance de l'érosion côtière

L'analyse à long terme des changements de rivage est l'une des applications les plus courantes. Les ingénieurs déploient des relevés de photogrammétrie aérienne périodiques sur des étendues de côtes, souvent après des tempêtes, pour calculer les changements volumétriques dans les dunes de sable, les falaises et les plages. Par exemple, la US Geological Survey (USGS) utilise la photogrammétrie à base de drones pour surveiller les îles-barrières le long de la côte du Golfe, produisant des MED avec une précision verticale de 5 à 10 cm.

En plus de la topographie, la photogrammétrie peut capter la géométrie des structures côtières telles que les groynes, les revénements et les parois de mer. La comparaison des modèles successifs révèle l'affouillement, la subsidence ou la déformation structurelle. La technique soutient également l'analyse -avant et après les interventions de génie dur, fournissant des preuves objectives de l'efficacité.

Développement portuaire et portuaire

L'expansion et l'entretien des ports exigent une compréhension détaillée de la géométrie au-dessus de l'eau et sous-marine. La photogrammétrie aérienne permet de cartographier la configuration terrestre, tandis que la photogrammétrie sous-marine (ou combinée avec le sonar multifaisceaux) documente le fond marin et les structures submergées.

Dans un projet notable, le port de Rotterdam a utilisé une combinaison de photogrammétrie par drone et de levés bathymétriques en eau peu profonde pour mettre à jour les cartes de navigation sans arrêter le trafic des navires. Les mosaïques orthophotographiques qui en résultent avaient une résolution de 2 cm, permettant de détecter les dauphins amarrants, l'usure des ailes et les débris.

Inspections sous-marines

L'inspection de l'état des actifs sous-marins – quais de pont, vestes de pieux, pipelines et portes d'écluses – est traditionnellement effectuée par des plongeurs ou des véhicules à distance (ROV) à l'aide d'inspections visuelles ou de sonar. La photogrammétrie améliore ces inspections en créant des modèles 3D complets qui peuvent être mesurés, annotés et comparés au fil du temps.

L'Agence britannique pour l'environnement, par exemple, a utilisé la photogrammétrie sous-marine pour surveiller la dégradation du béton dans les barrières des écluses de marée, en obtenant une répétabilité sous-millimétrique sur les dimensions des défauts.

Études d'impact environnemental

La photogrammétrie offre une méthode sans contact pour cartographier les prairies marines, les récifs coralliens, les forêts de mangroves et les marais salés. Les orthophotos à haute résolution dérivées des relevés de drones peuvent détecter la répartition des espèces, la hauteur du couvert et les variations de biomasse.

Dans les Keys de Floride, les chercheurs ont combiné la photogrammétrie aérienne et les mesures de la qualité de l'eau in situ pour modéliser l'impact du dragage sur la couverture des graminées marines. La technique a révélé des changements subtils de la densité des prairies qui ont été omis par l'imagerie satellite.

Surveillance de la construction et du dragage

Pendant la construction de défenses côtières, de brise-lames ou de parcs éoliens offshore, la photogrammétrie sert d'outil de surveillance rapide des progrès. Des vols quotidiens ou hebdomadaires de drones produisent des modèles à jour qui peuvent être comparés aux plans de conception.

Les entrepreneurs en dragage bénéficient également : en modélisant le fond marin avant et après le dragage, ils peuvent calculer avec précision le volume de matériel enlevé. Les mêmes données peuvent être utilisées pour surveiller les panaches de turbidité, ce qui facilite le respect des permis environnementaux.

Avantages par rapport aux méthodes traditionnelles d'enquête

La photogrammétrie offre plusieurs avantages évidents par rapport aux techniques classiques telles que les relevés de stations totales, les sondes LiDAR ou les sondes manuelles.

  • Efficacité du coût:[ Une fois l'équipement en place, la collecte de données sur une grande zone prend une fraction du temps et de l'équipage requis pour les levés au sol.
  • Sécurité:[ Les opérateurs restent à une distance de terrain dangereux comme la boue molle, les bords actifs de falaises ou les zones à fort courant. La photogrammétrie sous-marine réduit le temps d'exposition des plongeurs.
  • Résolution et exhaustivité: Les nuages de points photogrammétriques peuvent atteindre des densités de milliers de points par mètre carré, captant des détails fins comme des blocs de blocs de revénement ou de végétation. Les orthophotos associées fournissent des données radiométriques (couleur/texture) qui facilitent l'interprétation.
  • Repétabilité:[ Les enquêtes peuvent être planifiées facilement (p. ex. après chaque tempête ou chaque trimestre) avec une méthodologie cohérente, permettant une analyse chronologique des changements.
  • Accessibilité:[ Dans les zones éloignées ou intertidales où l'atterrissage d'un bateau ou de la marche est impossible, les drones offrent une alternative viable.

Par rapport au balayage laser terrestre (TLS), la photogrammétrie est généralement moins chère et plus portable, bien que LiDAR conserve un avantage dans les zones fortement végétatives en raison de sa capacité à pénétrer le feuillage.

Défis et limites

Malgré ses nombreux avantages, la photogrammétrie n'est pas une solution universelle. Les ingénieurs doivent être conscients de ses contraintes pour éviter de mal interpréter les résultats ou de sous-estimer le risque de projet.

Conditions environnementales

Les vents forts peuvent déstabiliser les drones, tandis que la pluie, le brouillard ou la vapeur peuvent dégrader la clarté de l'image. Sous l'eau, la turbidité et la lumière de dispersion des sédiments en suspension réduisent le contraste et limitent l'étendue de l'effet à quelques mètres.

Réfraction de surface de l'eau

Lorsque l'on utilise la photogrammétrie aérienne pour cartographier le fond peu profond de la mer, les rayons de la caméra doivent passer par deux milieux : l'air et l'eau. La réfraction à la surface de l'eau courbe le chemin de la lumière, causant des erreurs de profondeur apparentes.

Demandes de traitement

Un seul vol côtier de 2 km avec une caméra de 20 mégapixels peut produire des centaines d'images, nécessitant plusieurs heures de traitement sur un poste de travail puissant. Les sorties en temps réel ou quasi-réel sont encore peu pratiques pour la plupart des décisions sur le terrain.

Compétence requise

La photogrammétrie réussie exige une connaissance de la planification des vols (overlap, distance d'échantillonnage au sol, éclairage), l'étalonnage des caméras, le positionnement du GCP et les paramètres de traitement.

Défis sous-marins

Underwater photogrammetry faces unique issues: color absorption (reds disappear first), backscatter from particles, weak natural lighting, and the need for synchronized dual cameras for motion correction. Scenes with low texture (sandy bottoms) are difficult to reconstruct because there are few distinctive features for matching.

Orientations futures

La trajectoire de la photogrammétrie en génie côtier et maritime indique une plus grande automatisation, intégration et accessibilité.

  • Intelligence artificielle (AI) et apprentissage automatique – Des algorithmes d'apprentissage profond sont en cours de développement pour classifier automatiquement les caractéristiques des orthophotos (p. ex., fractionnement entre sable, eau et végétation), détecter les anomalies dans les nuages ponctuels et même prédire les modèles d'érosion.
  • Processus de bord en temps réel – Les progrès dans le calcul des bords permettent aux drones d'effectuer des reconstructions 3D en vol. Cela pourrait permettre une planification adaptative des relevés – par exemple, un drone qui identifie une zone d'érosion lourde et augmente automatiquement la densité d'image là-bas.
  • Capteurs hybrides – La combinaison de la photogrammétrie avec le sonar LiDAR ou multifaisceaux sur une plate-forme unique (p. ex., un UAV équipé à la fois d'une caméra et d'un scanner bathymétrique) fournit un modèle sans soudure au-dessus/au-dessous de l'eau.
  • Amélioration de la vision sous-marine – L'éclairage polarisé, les cartes de couleurs étalonnées et les techniques de lumière structurée sont affinés pour étendre la portée et la précision de la photogrammétrie sous-marine.
  • Open Data Standards – La croissance des logiciels open-source (comme OpenDroneMap) et le partage des réseaux GCP (par exemple, via les stations de base RTK locales) réduit les coûts et encourage la collaboration entre les agences.

Ces développements feront probablement de la photogrammétrie une composante encore plus courante de la gestion des zones côtières, en soutenant tout, de l'adaptation au changement climatique à l'assurance qualité de la construction en temps réel.

Conclusion

En transformant les photographies qui se chevauchent en données 3D détaillées, il permet de mieux comprendre les processus côtiers dynamiques, de concevoir des infrastructures plus efficaces et de surveiller plus fréquemment les conditions de vie plus sûres. Bien que des défis subsistent – particulièrement dans les eaux turbides et les conditions météorologiques défavorables – les améliorations continues du matériel, des logiciels et de l'automatisation promettent d'étendre sa portée.

Pour plus de renseignements, consultez le USGS Coastal and Marine Geoology Program[, les publications FEMA sur la cartographie des risques d'inondation[ et IAHR (Association internationale pour le génie et la recherche en hydro-environnement)[ sur la télédétection.