LA TOPOGRAPHIE
Préparer par Dr.Ing.Jean A. Doumit
1
Introduction ........................................................................................................................................................ 5
1. a.
Travaux topographiques ................................................................................................................................. 5
b.
Le leve topographique .................................................................................................................................... 6
c.
Les calculs topometriques .............................................................................................................................. 6
d.
Les dessins topographiques ou la cartographie .............................................................................................. 6
e.
Projects d’amenagement ................................................................................................................................. 6
f.
Implantations .................................................................................................................................................. 6
g.
Suivi et contrôle des outrages ......................................................................................................................... 6 Leve des details .................................................................................................................................................. 7
2. a.
Leve des details planimetriques ...................................................................................................................... 7
b.
Reconnaissance............................................................................................................................................... 7
c.
Techniques de leve ......................................................................................................................................... 7
d.
Leve du relief .................................................................................................................................................. 8
e.
Tacheometrie automatique ............................................................................................................................. 8
f.
Leve des details par GPS ................................................................................................................................ 9
g.
Nivellement .................................................................................................................................................. 13 La topomatique ................................................................................................................................................. 14
3. a.
Automatisation des observations .................................................................................................................. 14
b.
Travail au point levé ou implante ................................................................................................................. 14
c.
Gestion des donnees ..................................................................................................................................... 14
d.
Visualisation graphique ................................................................................................................................ 14
e.
Traitement en temp reel ................................................................................................................................ 15
f.
Standartisation ................................................................................................. Error! Bookmark not defined.
g.
Nuages de points 3D par laser scanner ......................................................................................................... 15 Travaux topographiques specifiques ................................................................................................................ 15
4.
Batiments ......................................................................................................... Error! Bookmark not defined.
a. I.
Leve d’interieur ........................................................................................................................................ 15
II.
Leve des facades ....................................................................................................................................... 15
III.
Le GPS dans le monde de la construction ............................................................................................ 15
Photogrammetrie ................................................................................................. Error! Bookmark not defined.
5. a.
Photogrammétrie aérienne ............................................................................................................................ 17
b.
Photogrammétrie par satellite ....................................................................................................................... 19
c.
Photogrammétrie terrestre ............................................................................................................................ 19 La lasergrammetrie ........................................................................................................................................... 23
6. 1.
Définitions .................................................................................................................................................... 23
2
2.
Terminologie ................................................................................................................................................ 23
3.
Les avantages de cette technologie ............................................................................................................... 23
4.
Les contraintes liées à cette méthode d’acquisition ...................................................................................... 24
5.
Domaine d’application ................................................................................................................................. 24
6.
Le lidar.......................................................................................................................................................... 24 Formes et dimensions de la terre ...................................................................................................................... 25
7. b.
Coordonnees geographiques ......................................................................................................................... 26
c.
Historique du systeme Libanais .................................................................................................................... 26 Systems de projection ....................................................................................................................................... 27
8. a.
Caracteristiques generals .............................................................................................................................. 27
b.
Les systems Lambert .................................................................................................................................... 27
c.
Projection UTM (Universal Transverse Mercator)....................................................................................... 28
d.
Triangulation ................................................................................................................................................ 28 Observations topographiques ........................................................................................................................... 29
9. a.
Angles ........................................................................................................................................................... 29
b.
Distances....................................................................................................................................................... 29
c.
Denivelees .................................................................................................................................................... 29
d.
GPS (global Positioning System) ................................................................................................................. 29
10.
Precision des observations ............................................................................................................................ 29
a.
Definitions ....................................................................................................... Error! Bookmark not defined.
b.
Erreurs parasites ou fautes ............................................................................................................................ 30
c.
Erreurs systematiques ................................................................................................................................... 30
d.
Erreurs accidentalelles .................................................................................................................................. 30
e.
Precision .......................................................................................................... Error! Bookmark not defined.
11.
La carte ......................................................................................................................................................... 30
a.
La carte topographique ................................................................................................................................. 31
b.
Decoupage ....................................................................................................... Error! Bookmark not defined.
c.
Exactitude ..................................................................................................................................................... 31
d.
Orographie .................................................................................................................................................... 32
12.
Mesure des distances et des angles ............................................................................................................... 33
a.
Mesurage stadimetrique (traditionnel).......................................................................................................... 33
b.
Mesurage electronique.................................................................................................................................. 34
c.
Mesurages des angles ................................................................................................................................... 35
13.
Chronologie et système des travaux topographiques au Liban..................................................................... 37
a.
Reconnaissance............................................................................................................................................. 37
b.
Project ........................................................................................................................................................... 37
3
Bibliographie ............................................................................................................................................................ 38
4
Cours de topographie 1. Introduction a. Travaux topographiques La géodésie c’est la science qui étudie la forme de la terre, elle regroupe l’ensemble des techniques ayant pour but de déterminer les positions planimétriques et altimétriques d’un certain nombre de points géodésique et repères de nivellement. La topographie est l’art de la mesure puis de la représentation sur un plan ou une carte des formes et détails visibles sur le terrain, qu’ils soient naturels (notamment le relief) ou artificiels (comme les bâtiments, les routes, etc.). Son objectif est de déterminer la position et l’altitude de n’importe quel point situé dans une zone donnée, qu’elle soit de la taille d’un continent, d’un pays, d’un champ ou d’un corps de rue. La topographie s’appuie sur la géodésie qui s’occupe de la détermination mathématique de la forme de la Terre (forme et dimensions de la Terre, coordonnées géographiques des points, altitudes, déviations de la verticale…) La topographie et la technique qui a pour objet l’exécution, l’exploitation et le contrôle des observations concernant la position planimétrique et altimétrique, la forme, les dimensions et l’identification des objets géographiques. La planimétrie est la représentation en projection plane de l’ensemble des détails à deux dimensions du plan topographique. L’altimétrie est la représentation du relief sur un plan ou une carte. Les travaux topographiques peuvent être classes en six grandes catégories suivant l’ordre chronologique de leur exécution.
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Figure 1.1: pyramide de chronologies des travaux topographiques
b. Le levé topographique C’est l’ensemble des opérations destinées à recueillir sur le terrain les éléments du sol nécessaires à l’établissement d’un plan ou d’une carte. La phase d’un levé topographique utilise les valeurs numériques de tous les éléments planimétriques et altimétriques est appelée topométrie, la topométrie est la technique de levé ou d’implantation. c. Les calculs tonométriques Ils traitent numériquement les observations d’angles, de distances et de dénivelées, pour fournir les coordonnées rectangulaires planes: abscisse X, ordonnée Y et les altitudes des points du terrain ainsi que les superficies. d. Les dessins topographiques ou la cartographie La cartographie c’est l’ensemble des études et opérations scientifiques, artistiques et techniques intervenant à partir d’observations directes ou l’exploitation d’un document en vue d’élaborer des cartes, plans et autres moyens d’expression et donnée une classification des cartes en fonction de leur échelle et de leur finalité: 1/1 000 000 a 1/500 000 1/250 000 a 1/100 000 1/50 000, 1/25 000, 1/20 000 1/10 000 1/5000 1/1000,1/500 1/200 1/100 1/50
Cartes géographiques Cartes topographiques à petite échelle Cartes topographiques à moyenne échelle Cartes topographiques à grande échelle Plans topographiques d’étude, plans d’urbanisme Plans parcellaires, cadastraux urbanisme Plans de voirie, d’implantation, de lotissement Plan de propriété, plans de masse Plans d’architecture, de coffrage, etc.
e. Project d’aménagement Ce sont le projet qui modifient la planimétrie el l’altimétrie d’un terrain: aménagements fonciers comme remembrement, lotissements avec l’étude de voirie, traces routiers, gestion des eaux: drainage, irrigation, canaux, fosses, etc. f. Implantations Les projets d’aménagement sont établis généralement à partir de données topographiques, qui doivent être réalisés sur le terrain. Le topographe implante, autrement dit met en place sur le terrain, les éléments planimétriques et altimétriques nécessaires à cette réalisation. g. Suivi et contrôle des outrages Les ouvrages d’art une fois construits demandent souvent un suivi, а intervalles de temps plus ou moins réguliers suivant leur destination: digues, ponts, affaissements, etc. les travaux topographiques correspondants débouchent généralement sur les mesures des variations des coordonnées XYZ
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2. Levé des détails
a. Levé des détails planimétriques Parmi la multitude d’objets géographiques susceptible d’intéresser le topographe, on peut distinguer les détails artificiels: clôtures, bâtiments, etc. et les détails naturels: cours d’eau, bois, etc. Le choix des points à lever est essentiellement fonction du plan a établir: plan foncier pour lequel la limite prime, plan topographique qui dresse l’état des lieux en planimétrie et altimétrie, plans techniques: lotissement, drainage, etc. plans de récolement qui contrôlent la normalité des travaux, etc. b. Reconnaissance La reconnaissance est préparé en recherchant la documentation disponible: points géodésiques et de canevas d’ensemble, repères de nivellement, photographies aériennes et autres, cartes, plans divers, archives, etc. l’étude de ces documents permet au topographe de se faire une première idée du chantier, d’imaginer un canevas, d’envisager la ou les techniques de levé des détails à mettre en œuvre. L’établissement du croquis, à l’échelle estimée, nécessite de mesurer sommairement: Les distances Pas ou double pas pour les plus courtes en parcours facile, Mesureur a fil perdu, Jumelles électroniques; Les angles horizontaux Boussoles à mains, Echelle d’angles Jumelles électroniques; Les dénivelées: Clinomètres qui donnent l’angle d’inclinaison et la pente, Jumelles électroniques; c. Techniques de levé Equerre optique L’équerre a prisme, ou équerre optique, est constituée de deux prismes pentagonaux superposes de telle manière que deux de leurs faces perpendiculaires soient dans un même plan vertical; elle est tenue à la main, son axe vertical étant descend au sol à l’aide d’un fil à plomb. Aligner un point entre deux points donnes, en avançant ou reculant par rapport à l’alignement jusqu’à ce que les images des deux jalons observes dans les prismes soient en coïncidence. Elever une perpendiculaire à une extrémité d’une ligne donnée, en maintenant l’équerre à la verticale de ce point et en faisant par un aide un jalon, observe en vise directe, dans le prolongement de l’image de l’autre extrémité de la ligne vue dans le prisme; si le point de station est entre les deux extrémités de l’alignement, l’operateur bénéfice de l’image en coïncidence dans l’autre prisme, la manipulation étant la même. 7
Rayonnement Un point rayonne depuis une station d’instrument est celui dont on a mesuré les coordonnées polaires: angle horizontale et distance horizontale.
Figures 2.1: rayonnement
Si le rayonnement peut compléter un levé par abscisses et ordonnées ou par multilateration, en levant des détails proches au théodolite et à la roulette par exemple, il est d’abord la technique de levé planimétrique privilégiée du topographe, du fait notamment des performances des tachéomètres électroniques (M. Barbant, 2003). d. Levé du relief Sur un plan, le relief est figure par des points cotes et des courbes de niveau. Les points cotes, obtenus par nivellement direct, indirect ou GPS selon la précision recherchée, précisent notamment les lignes caractéristiques naturelles: crêtes, thalwegs, changements de pente par exemple, et artificielles: axes des voies, hauts et bas talus, etc. ainsi que les détails qui présentent un intérêt particulier comme le fil d’eau ou l’axe d’un passage à niveau. Le dessin manuel des courbes de niveau tient compte des lois de la géomorphologie; en conséquence, lever le chevelu de manière qu’entre deux points de crête C ou de thalweg T consécutive la pente constante autorise l’interpolation. Entre les lignes caractéristiques, réaliser un semis de points de manière à pouvoir ensuite interpoler les courbes entre des couples de points situes sur la ligne de plus grande pente (M. Barbant, 2003). e. Tachéométrie automatique Un tachéomètre électronique est la combinaison d’un théodolite électronique et d’un distance mètre; le disatancemetre infrarouge est double par laser pulse visible, dont la portée varie de 600 m au plus sans réflecteur, a 7500 m sur un prisme. Le tachéomètre électronique permet le stockage préalable des données alphanumériques, l’enregistrement et la recodification des mesures, les calculs et le dessin en temps réel sur l’écran d’un ordinateur. 8
Masures corrigées automatiquement, après introduction de la constant additionnelle et de la somme algébrique, de réduction a l’ellipsoïde.
Figures 2.2: station totale robotique
Depuis le début des années 1990, la servi-motorisation permet au topographe travaillant seul de commander l’instrument a une distance par radio depuis les points levés ou implantes sur lesquels le réflecteur est place. Recherche et par suite automatique du réflecteur, qui améliorant la précision et augmentent la productivité (M. Barbant, 2003). f. Levé des détails par GPS Le but du GPS est de fournir à un utilisateur terrestre, voiture, avion, bateau, sa position, sa vitesse et sa synchronisation instantanée dans un système de référence mondial en tout lieu et tout instant. Pour réaliser ce but, il est nécessaire de pouvoir observer en permanence quatre satellites GPS simultanément; pour cela, on dispose d’une constellation de 24 satellites repartis sur six plans orbitaux à une altitude d’environ 20 200 km
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Figure 2.3: la constellation GPS
Les satellites reçoivent des informations de cinq stations de contrôle situées au sol figure 9.4 le positionnement et la synchronisation des satellites sont assurés par un pilotage permanent depuis cinq stations de contrôle terrestres, la station principale est celle de Colorado Springs, située aux Etats-Unis.
Figure 2.4: Stations de contrôle et de pilotage du système GPS
Les récepteur des usagers utilisent donc les signaux des satellites pour calculer leur propre position (Smilles, J.Lagofun, 1999). Les récepteurs de navigation et de topométrie sont très différents: Les récepteurs de navigation fonctionnent seuls. Ils mesurent des distances à partir de la mesure du temps de trajet de l’onde de l’émetteur au récepteur; cette mesure est malheureusement peu precise, ils se présentent sous forme de petits appareils portables, ils donnent en temps réel la position du récepteur a 100 m près. Les récepteurs géodésiques figure 9.5 sont destinés à un fonctionnement en mode différentiel nécessitant deux récepteurs. Dans ce mode, les calculs de position sont généralement effectues après les mesures.
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Figures 2.5: Récepteur géodésique
Les distances sont calculées par des mesures sur la phase des ondes, ces mesures sont précises. Chaque récepteur est donc constitue d’une antenne, associée à un trépied de manière à pouvoir stationner a la vertical d’un point et d’un calculateur distinct, relie par câble à l’antenne. Ce dernier enregistre des mesures à des intervalles de temps réguliers. La mise en station doit placer l’antenne au-dessus de l’operateur pour éviter que ce dernier ne constitue un obstacle ou masque entre le satellite et le récepteur lors de ses déplacements autour de l’antenne (Smilles, J.Lagofun, 1999). Méthodes d’observation Statique : en mode statique les récepteurs, positionnes à chaque extrémité de la ligne de base, restent stationnaires pendant les observations de façon à enregistrer suffisamment de signaux pour permettre la résolution. Les méthodes statiques sont longues mais sont les seules qui fournissent la précision nécessaire en canevas d’ensemble. La statique: la statique est la méthode GPS classique pour les mesures de lignes de base supérieures à 15 km, la statique est utilisée pour l’établissement de réseaux géodésiques couvrant de grandes étendues. Des sessions d’au moins deux heures, répétées si nécessaire, permettent d’obtenir la précision optimale pour ces travaux géodésiques. La statique rapide: la statique rapide est la méthode la plus opérationnelle pour la réalisation d’un canevas de densification, avec des lignes de base limitées à 15 km, pour une précision centimetrique.cette methode est actuellement la solution GPS utilisable en milieu urbain ou en zone de couvert végétal. Le mode cinématique Un récepteur fixe étant en A, point connu ou inconnu, un récepteur mobile, généralement une antenne montée sur une canne télescopique, est positionne en B. Après une première phase d’initialisation statique sur un point connu ou inconnu, le récepteur mobile possède suffisamment de données pour résoudre les ambigüités et donc calculer sa position en relative par rapport au récepteur fixe; 11
pour le calcul final des coordonnées WGS84, il suffit qu’a un moment donne de la chaine cinématique le récepteur mobile passé sur un point connu, ou qu’un des points A ou B soit connu.
Figure 2.6: GPS cinématique
En statique rapide, il existe deux méthodes de mesures: 1. Le stop and go (marche arrêt) qui une méthode très proche de celle du lever de détails avec une station totale. L’operateur enregistre les informations en s’arrêtant sur des points fixes et se contente de maintenir le contact avec les satellites pendant les déplacements; 2. La trajectographie ou le récepteur mobile enregistre les informations en permanence, toutes les seconds par exemple, ce qui permet de tracer la trajectoire du mobile. On peut ainsi dessiner la trajectoire du véhicule et déterminer sa vitesse moyenne entre deux mesures (Smilles, J.Lagofun, 1999). Les masques Lors de la phase d’acquisition, il faut que l’antenne capte au moins quatre satellites. Le système GPS prévoit une visibilité en tout point du globe de quatre satellites mais en absence d’obstacles appelés masques figure 9.7
Figure 2.7: les masques en GPS
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La présence inévitable de masques peut faire qu’à un moment donne l’antenne capte moins de quatre satellites; la mesure est alors interrompue. g. Nivellement 1. Le développement technologique des appareils de nivellement fait apparaitre deux évolutions essentielles: l’introduction des compensateurs automatiques puis l’apparition des niveaux numériques. Ci-après, est rappelée l’évolution technique de niveaux: Le niveau à lunette fixe: la lunette est fixe par rapport au corps du niveau et une nivelle torique de directrice parallèle à l’axe de la lunette permet le calage horizontal de la vise.la nivelle torique très sensible, est réglée avant chaque visée; Le niveau automatique: l’introduction d’un mécanisme est base sur l’équilibre d’un liquide qui effectue automatiquement le réglage fin de la ligne de vise à l’horizontale. C’est le principe de la grande majorité des appareils vendus actuellement; Le niveau numérique figure 9.8, les lectures sur mire sont automatisées par un système de décodage d’une mire a codes-barres; l’appareil lit automatiquement le fil niveleur et la distance station-mire; ces valeurs sont affichées et peuvent être mémorisées sur un support informatique.
Figure 2.8: niveau digitale
Cela augmente la productivité de l’operateur et élimine les fautes de lectures et de retranscription des lectures. La lecture sur la mire est prise en charge par un système de reconnaissance d’une portion de code barre lue sur une mire spécifique. L’image de la mire est utilisée est minorisée dans l’appareil. Le principal avantage est d’éliminer toute faute de lecture ou de retranscription due à l’operateur, et de pouvoir enchainer directement les mesures de terrain par un traitement informatique (Smilles, J.Lagofun, 1999). 2. Le laser de nivellement Ces laser permettent de matérialiser un plan horizontal par rotation du faisceau laser, c’est à dire la rotation d’un prisme autour de la diode émettrice qui reste fixe, la vitesse de rotation est réglable, parfois par télécommande. Quelques-unes des applications possibles sont les suivantes:
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Le guidage d’engins de terrassement: un capteur place sur la lame de la niveleuse permet de la positionner a une cote altimétrique précise, la portée de ces appareils est de l’ordre de 400 m. L’implantation de repères de nivellement, contrôle de nivellement: le laser est stationne sur un point quelconque; l’operateur détermine sa hauteur de station par rapport à un point de référence d’altitude connue
Figure 2.9: Guidage d’engins ou nivellement par un laser tournant
3. La tonométrique
a.
b.
c.
d.
La tonométrique Topographie + informatique, est le terme que je propose pour désigner les spécificités de la topographie de l’an 2000, au vu de l’importance et de rapidité des développements de l’informatique. Automatisation des observations Les tachéomètres et niveaux électroniques effectuent la vise et le mesurage sans intervention du topographe, il peut se consacrer à la saisie et au traitement de données thématiques, les opérations de mesurage complexes, répétitives, précises, étant entièrement automatisées. Travail au point levé ou implante Depuis le point levé ou implante le topographe, travaillant seul, pilote a distance le système de mesurage, déclenche les mesures, code et enregistre les résultants et donnes complémentaires, contrôle numériquement et graphiquement en temps réel. Gestion des données La détermination géométrique d’un point étant désormais rapide et facile, les données complémentaires prennent de plus en plus d’importance. Le topographe saisit sur le terrain toutes les donnes géométriques descriptives, les donnes thématiques et topologiques, tout en exploitant celles existantes qu’il a chargées préalablement dans l’instrument. Visualisation graphique L’automatisation des mesures et leurs traitements numériques et graphiques en temps réel fournissent, sur écran graphique tactile d’ordinateur de terrain, les résultants du levé et de la saisie des informations complémentaires. Les avantages des anciens levés à la planchette sont ainsi retrouvés avec ces tablettes électroniques graphiques: contrôle de l’avancement et de la qualité des travaux, confrontation visuelle des résultants avec le terrain sous les yeux, correction des oublis et des manques, représentation simple adaptée à l’utilisateur 14
de données complexes, codage facile; ils se cumulent avec ceux propres aux implantations et à la mise en œuvre de SIG. e. Traitement en temps réel Les ordinateurs, munis de fonctions graphiques et de communication évoluées, que le topographe emporte sur le terrain sont charges de progiciels complexes et très performants. Les contrôles automatiques de cohérence des données et la vérification des résultants en temps réel suppriment le post-traitement, modifiant, pour ne pas dire remplaçant, la chronologie traditionnelle des travaux topographiques: mesures de terrain exploitées ensuite au bureau (Smilles, J.Lagofun, 1999). f. Standardisation La grande diversité des instruments et méthodes de topographie conduit le topographe à mettre en œuvre le système le plus adapte à ses besoins du moment, sous réserve qu’un changement ultérieur de procèdes puisse se faire sans perte de données et sans délai. En outre la mise en œuvre de tout système doit être simple et intuitive, de manière à permettre le passage de l’un à l’autre sans un long apprentissage prolonge par un entrainement continu. g. Nuages de points 3D par laser scanner A la pointe de la technologie, le laser scanner numérise en 3D, en quelques minutes, les milliers de points d’une scène: Carrefour, ouvrage d’art, bâtiment, etc. Les nuages de points, rendus détailles et colores, peuvent être utilisés directement pour visualisation ou mesure point par point, ou encore convertis avec les logiciels de traitement adaptes en plans, contours, profils, etc. (Smilles, J.Lagofun ,1999).
4. Travaux topographiques spécifiques a. Bâtiments I. Levé d’intérieur Les mesures sont prises avec un lasermetre, qui a désormais supplante le ruban, par diagonal, c’est à dire en mesurant outré les détails: portes, fenêtres, etc. Les cotes périmétriques de chaque pièce et les diagonales qui joignent deux angles opposent de façon à fixer la direction des murs. Mesurer au moins une diagonal de façon à pouvoir fixer la direction des murs au report, le choix de cette diagonal dépendant de la progression suivie à partir de la base ou du périmètre initial; mieux mesurer plusieurs diagonales; II. Levé des façades Un nombre limité de points parfaitement identifies, notamment à l’aide d’un détecteur laser autorisant le travail diurne, est aisément rayonne sans réflecteur à courte distance, en 3D, surtout si la précision recherché n’est pas très grande. III. Le GPS dans le monde de la construction Le GPS centimétrique temps réel améliore sensiblement la précision des méthodes traditionnelles de contrôle de verticalité des structures de grande taille, plus de 60 m car la précision ne se dégrade pas avec la hauteur. Les systèmes GPS de haute précision permettent de placer très précisément les piliers: l’ordinateur de bord guide l’operateur par l’intermédiaire d’un écran 15
graphique convivial, des inclinomètres et contrôleurs de profondeur interfaces vérifient le positionnement en temps réel. La mise en place de grandes structures préfabriquées de béton ou d’acier est réalisée par GPS avec précision, rapidité et sécurité (M. Barbant, 2003).
5. Photogrammétrie
La photogrammétrie est la technique qui a pour but de déterminer la dimension, les positions et les formes d’objets à partir de clichés photogrammetriques.la photogrammétrie aérienne, apparue au cours de la première Guerre mondiale, a précède la photogrammétrie terrestre, les deux sont développées depuis 1925 environ, pour atteindre à la fin de ce siècle des performances qui la rendent irremplaçable dans de nombreux domaines, en particulier la topographie.
Figure: 5.1 photographies aériennes (Smilles, J.Lagofun, 1999)
La photogrammétrie est une technique permettant d’obtenir une représentation du terrain à l’échelle en trois dimensions a partir de simples photographies. Ces dernières peuvent être prises au sol-restitution de façades, de bâtiments, etc. à partir d’un avion ou encore à partir d’un satellite. On parle de photogrammétrie car les clichés obtenus sont restitues a une échelle donnée, fonction de la focale de l’objectif de prise de vue et de la distance à l’Object photographie: par exemple, la hauteur de l’avion au-dessus du sol pour prises de vues aériennes. Lors d’une champagne de photogrammétrie aérienne, les clichés sont donc effectues de sorte qu’il y ait un recouvrement longitudinal de l’ordre de 60% entre deux prises de vue consécutives. L’observation d’une zone de terrain est faite en différentes passes avec recouvrement transversal de l’ordre de 20 à 25 %(Smilles, J.Lagofun, 1999).
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Figure 5.2: Mission de photographie aérienne
On peut donc voir en relief à partir de deux photographies. Il reste à régler les problèmes de mesure directe sur les clichés, de mise à l’échelle en planimétrie et de mesure de l’altimétrie. a. Photogrammétrie aérienne On sait que pour obtenir une carte on procède d’abord à l’exécution d’un canevas constitue de points détermines en coordonnées et de repères connus en altitude. Ce canevas permet de procéder à l’exploitation de photographies aériennes. La prise de vues aériennes nécessite l’utilisation de chambres métriques de prise de vues. Les formats courants des clichés sont 18 x 18 ou 23 x 23 cm. L’échelle des clichés et la hauteur de vol dépendent de l’échelle du plan que l’on désire obtenir, et de la distance focale f de la chambre de prise de vues. Par exemple, pour les plans de villes a 1/2000, les photographies sont généralement prises à 1/8000. Si la distance focale f est 210 mm, la hauteur de vol sera être égale à 0.210 x 8000= 1680m. Cette hauteur de vol est réalisée par le pilote au moyen d’un altimètre. (Lapointe, Meyer, 1994)
Figure 5.3: photographie à la vertical du point M (Smilles, J.Lagofun, 1999)
Entre bandes parallèles le recouvrement est de l’ordre de 15%, ce qui assure une couverture totale de la surface du sol. De deux consécutives d’une même bande un recouvrement de 60%.
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Figure 5.4: clichés de photographie aérienne avec les zones de recouvrement
Le passage de la photographie à la représentation de terrain s’effectue à l’aide d’appareils de restitution photogrammétrie. Cette opération est appelée restitution. Afin de permettre la mise en place des clichés pour assurer leur restitution, il est nécessaire de déterminer en coordonnées et en altitude quatre points de repères de couple de clichés. Cette opération préalable est appelée stereopreparation. On distingue trois méthodes de restitution: La méthode analogique, ou la restitution du terrain s’opère par procèdes optiques et mécanique avec un appareil restituteur.
Figure 5.5: appareille photogrammétrie universelle topo carte (N.Oucova, 2006)
1 station, 2 oculaire, 3 appuis gauche et droite des clichés, 4 articulation des clichés pour obtenir le stereomodel, 5 coordinatograph, 6 coordimetre, La méthode analytique, le sujet photographie est reconstitue par les points à l’aide d’un programme de calcul sur ordinateur.
Figure 5.6: appareille photogrammétrie analytique
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La méthode numérique, ou la photographie est numérique ou digitale la restitution se fait à l’aide des logiciel informatique. b. Photogrammétrie par satellite L’observation de la terre peut être effectuée à très haute altitude: c’est le domaine des satellites. Dans ce cas le terme de photographie est impropre: il s’agit plutôt d’acquisition de données numériques par télédétection. L’acquissions d’informations s’effectue au moyen d’une bande de 6000 capteurs ou détecteurs qui collectent la lumière du soleil réfléchie par la terre. Chaque capteur collecte la lumière d’un quart de surface terrestre d’au moins 10 m de cote, soit une bande de 60 km de large au sol. Ces informations numériques sont diffuses directement vers les stations de contrôle au sol ou stockées sur le satellite pour une diffusion ultérieure. L’avantage du satellite est très grande surface observe de 60 x 60 a 117 x 117 km2, ce qui permet d’obtenir rapidement une cartographie à petite échelle (Smilles, J.Lagofun, 1999).
Figure 5.7: couverture maximale et diversement latéral d’une camera
c. Photogrammétrie terrestre La photogrammétrie terrestre est largement utilisé dans divers domaines: la géologie, la foresterie, l'agriculture, la médicine, l'architecture et l'étude des monuments architecturaux (N.Oucova, 2006). Avec la photogrammétrie terrestre convergente, il est aisé et extrêmement rapide de mesurer façades, fouilles archéologiques ou infrastructures techniques. Les architectes ont, depuis fort longtemps, approfondit les lois de la perspective : la Renaissance italienne connaissait déjà l’art d’établir des plans et des élévations d’un édifice d’après des vues perspectives. La photographie entra dans une phase pratique qu’après la guerre de 1870 sous l’impulsion d’Albrecht Meydenbauer. C’est à cet architecte qu’est du le nom de « photogrammétrie ».il pensait que la photographie lui permettait d’obtenir, en tous points du monument et sans discontinuité, une « image perspective géométriquement exacte ». Relèves photogrammétries d’édifices ou d’éléments architecturaux de grandes dimensions
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Figure 5.8: Relèves photogrammétries d’édifices ou d’éléments architecturaux de grandes dimensions.
Le redressement est une mise en perspective geometrique de l’image photographique et du plan etabli a l’echelle desiree. Principe du redressement photographique. A la mise en perspective géométrique du cliché et du plan, s’ajoute une projection donnant, sur un support sensible place sur le plan. Les trois plans (cliche, objectif, projection). Les photographies redressées peuvent être assemblées sous forme d’une photo plan : on peut ainsi obtenir l’image totale d’un élément architectural de peu de relief qui n’a pu être enregistre qu’en plusieurs.
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Figure 5.9:appareilles de redressement des clichées photographique.
Méthodes photogrammétries traitant des couples de clichés, méthode stéréophotographie. Cette méthode des intersections permet une reconstitution de l’édifice dans un espace à trois dimensions et offre la possibilité d’établir des plans et des coupes aussi bien que des élévations.
Figure 5.10:appareilles de prise de vue stéréophotographie.
Dans la figure 5.10, le schéma d’une prise de vues stéréophotogrammétrie dans le cas normal, les axes optiques font un angle droit avec la base qui est-elle même parallèle au plan de référence du relève. Méthode de prise de vue par photo théodolite Le Photo théodolite est utilisée pour déterminer la position de repères sur le monument, ces repères forment le canevas sur lequel s’appuiera la restitution.
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Figure 5.11: Photo théodolite
Le cliches photographique d’une photo théodolite est restitue à l’aide de canevas des points de repère mesure en X, Y et Z.
Figure 5.12: Canevas des points de repère déterminent sur le monument dans un système de référence X Y Z. La photogrammétrie terrestre numérique La photogrammétrie terrestre numérique, utilise les photographies numérique et à l’aide des logiciels informatiques le redressement des photographies et fait. Plusieurs logicielles de photogrammétrie se trouve dans le marchées les plus récentes entre eux sont par exemple le Digicode, Photo modeler et plusieurs, ces programmes calibres les photographies numériques prise par des appareilles ordinaires et à l’aide de ces programmes la création des formes tridimensionnelle est très facile.
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6. La lasergrammetrie 1. Définitions La lasergrammétrie est une science ou une technique en plein essor qui exploite la technologie des scanners laser 3D (mesure laser haute densité, sans contact et longue portée). Un scanner 3D lève plusieurs millions de points en trois dimensions en quelques minutes, la mesure laser pouvant être couplée à une prise de vue photogrammétrie numérique. Les technologies les plus répandues sont la triangulation (émission d’un point laser et enregistrement de son image dans un capteur), la mesure du temps de vol (émission d’une impulsion laser et enregistrement du temps aller-retour) et le mesure par différence de phase (émission d’un rayon modulé en fréquence par une onde harmonique). Selon les méthodes, les appareils offrent des portées variant de quelques mètres à plus d’un kilomètre, des précisions allant du dixième de millimètre à quelques centimètres, et des vitesses d’acquisition allant de 500 à plus de 1000 000 points à la seconde. 2. Terminologie ("laser" + " gamma " ,écrit ou dessiné, + " métron ", mesure) mais d’autres termes sont aussi d’usage dans cette nouvelle activité professionnelle : scannage 3D, 3D laser scanning, Lidar terrestre (light détection and ranging), laserométrie, laser 3D, etc. 3. Les avantages de cette technologie un volume d’information en 3D d’une extrême densité une grande rapidité d’acquisition : plusieurs millions de points peuvent être numérisés en quelques heures. échelle d’acquisition 1/1 : les distances peuvent être mesurées directement en 3D dans le nuage de points. l’assurance de ne commettre aucun dommage sur l’objet pendant le relevé : les mesures se font sans contact physique, à l’aide d’un laser de classe I (eye safety) ou II. la possibilité d'accéder virtuellement à des parties inaccessibles physiquement : les mesures au laser sans réflecteur peuvent être réalisées à plusieurs centaines de mètres du monument. une plus grande liberté d’exploitation des mesures. Le relevé devient plus objectif et se rapproche du document photographique une documentation révolutionnaire, un archivage 3D des monuments et sites scannés : les données acquises pourront être exploitées avec précision même si l’objet scanné venait à être endommagé ou détruit. La possibilité de piloter le capteur à distance : via un câble réseau ou une connexion sans fil, le scanner est piloté depuis un ordinateur portable. 23
4. Les contraintes liées à cette méthode d’acquisition Les scanners 3D enregistrent tout ce qu’ils voient, y compris les objets parasites : la végétation, les passants, les câbles électriques, la pluie, la poussière. Pour obtenir un modèle propre, il faut démarrer le traitement par une phase de nettoyage. La technologie complète a un coût très élevé. Le montant de l’investissement est encore de l’ordre de 100.000 à 175.000 euros HT pour un capteur et un logiciel de traitement. Elles doivent être installées sur des ordinateurs puissants (stations graphiques), dont le coût est aussi à prendre en compte. Cela engendre un problème de diffusion des données 3D (http://www.lasergrammetrie.net). 5. Domaine d’application Ingénierie industrielle (Site nucléaire, installation technique complexe...) Levés terrestres complexes ou inaccessible (Glissement de terrain, Ponts, Ouvrages d’Arts, Carrières, Digues…) Opération d’Aménagements, Urbanisme (Simulation 3D rapide, exhaustive et réaliste de projets d’aménagements urbains, Elaboration d’ortho photos, de coupes avec une résolution de quelques MM.) Patrimoine, Héritage culturel (Modélisation en 3D de monument du patrimoine national (dans le cadre de projet d’éclairage ou de rénovation),Plan élévation de façade, orthophotoplans, coupes, plans de niveaux complexes (http://www.cms.fr). 6. Le lidar Le LIDAR ou "Lights Détection And Ranging" est construit sur le principe de l'émission d'un signal lumineux discret ou continu vert, ultraviolet ou infrarouge et de la réception de sa portion réfléchie par tout objet intercepté, dans le chemin inverse. Le LIDAR est donc à la fois un instrument et une méthode de détection fondée sur les propriétés géométriques des objets à étudier. Il appert que, généralement, la source émettrice d'un LIDAR est un laser, un LIDAR monté sur plate-forme aéroportée -incluant un hélicoptère- est souvent appelé un ALS ("Airborne Laser System"). Les LIDAR montes sur avion Le LIDAR est monte sur un avion ou un hélicoptère pour balayer les surface et les plaintes pour le but de la construction en 3D du modeler réel du terrain. Les appareilles terrestres Les appareilles terrestres sont les appareilles fixes et mobiles, fixes sur un trépied ou sur une voiture.
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Figures 6.1: scanner fixe et scanner mobile
Ils sont utilisés pour les levés des rues et des monuments historiques.
7. Formes et dimensions de la terre
a. Géoïde et ellipsoïde En apparence la terre a la forme d’une sphère. En fait, elle est légèrement déformer par la force centrifuge introduite par sa rotation autour de l’axe des pôles. Elle a donc l’aspect d’un ellipsoïde de révolution dont le petit axe b est l’axe de rotation (l’axe des pôles). La surface des mers et océans au repos recouvrant toute la terre est appelée géoïde, le géoïde, niveau des mers prolonge sous les continents, est donc la surface de référence pour la détermination des altitudes, autrement dit la surface de niveau zéro.
Figure 7.1: forme de l’ellipsoïde du géoïde et de la sphère.
La surface la plus proche du géoïde est un ellipsoïde de révolution, la terre tournant autour de l’axe des pôles, cette rotation engendre un cercle équatorial de rayon “a” Il n’existe pas un ellipsoïde global unique mais plusieurs ellipsoïdes locaux définis pour chaque pays, au Liban on utilise l’ellipsoïde définie en 1880 par Clarke et dont les caractéristiques modifiées par rapport à l’ellipsoïde initial, sont les suivant: Demi-grand axe: a= 6378,24920 km Demi-petit axe: b= 6356,51500 km
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Figures 7.2: ellipsoïde de révolution (Smilles, J.Lagofun, 1999)
C’est l’ellipsoïde de référence actuellement utilise comme surface de projection pour l’établissement de cartes et plans. b. Coordonnées géographiques Les coordonnes géographiques d’un point M, qui permettent de le positionner sur l’ellipsoïde sont : La longitude géodésique λ, angle du Meridian du lieu avec la méridienne origine: méridien de l’observatoire de Greenwich, longitudes de 0o a 180o Est ou Ouest pour le système international. La latitude géodésique φ est l’angle que fait la normale en un point à l’ellipsoïde avec le plan de l’équateur.
Figure 7.3: coordonnées géographiques (M. Barbant, 2003)
c. Historique du système Libanais En 1799, Napoléon Bonaparte a commencé sa campagne militaire pour la conquête de l'Égypte, la Palestine et à la Syrie. La Carte d'Egypte et de Syrie a été publiée par le Dépôt de la Guerre en 1808. L'ersatz niveau de référence est fondé sur des observations astronomiques au Caire et à Jérusalem, et a été référencé à l'ellipsoïde Plessis où le demi-grand axe a = 6, 375,738.7 m L'expédition française du Liban (1860-1861) a été faite après le massacre de chrétiens en Syrie et au Liban. Les premières cartes de la Turquie, ont été sur la projection Bonne aussi, mais la projection d'origine a été la finale de la coupole de Aya Sofia. 26
L’ellipsoïde Bonne turc ottoman de la Syrie, utilisé de 1909 à 1923, a eu une projection de la latitude d'origine φ = 28 ° 58 '50.8188 "N et le méridien central λ = 39 ° 36' Est de Greenwich. Le réseau géodésique a été calculé sur la Clarke 1880 où un ellipsoïde = 6, 378,249.2 m, et, selon le Service Géographique de l’Armée, d'origine près de Constantinople (Istanbul). Le 1:200,000 - échelle de la carte générale de l'Asie mineure a été publié en 1911 sous la direction du Service de la carte de la Turquie. Les français ont créés le Bureau topographique du Levant en 1918, et après 1920, la chaîne de triangulation a été étendue vers l'est le long de la frontière nord de la Syrie avec la Turquie à l'Irak. La brigade topographique a été commandée par le lieutenant-colonel Perrier, il a organisé et les observations de la création d'une origine astronomique pour une référence dans la vallée de la Bekaa au Liban. Bekaa, c'est l'origine pour les observations astronomiques. Le pilier de la latitude a été observée par le capitaine Volonté en 1920.Les coordonnées ont été définie pour un pilier construit à l'Observatoire de Ksar où la latitude φ = 28 ° 58 '50.8188 ". Longitude λ = 35 ° 53' 25.26" Est Greenwich, avec un centre de projection à tadmour (Deir el zor) en syrie, la triangulation a été calculé sur la ellipsoïde de Clarke 1880, En 1922, les Travaux du Cadastre et d'amélioration Agricole des Etats, de Syrie et du Liban sous le Mandat Français établis SCHEMA DE LA PROJECTION STÉRÉOGRAPHIQUE qui est fondée sur la projection stéréographique oblique. Le Latitude d'origine φ = 34 ° 12 'N, le méridien central λ = 39 ° 09' Est de Greenwich.
8. System de projection
a. Caractéristiques générales Un système de projection est un système de représentation plane, correspondance entre un point de l’ellipsoïde et ses coordonnées géographiques λ et φ, avec les coordonnées planes rectangulaires X, Y de ce même point dans le repère orthonormé de la projection. Les systèmes de projection peuvent être classes en trois groupes: Les systèmes conformes qui conservent les angles; ce sont les plus utilises Les systèmes équivalents qui conservent les surfaces; Les systèmes équidistance qui conservent les distances; b. Les system Lambert En 1772 Lambert publia les bases mathématiques d’une projection conique conforme que l’on peut schématiser par le développement en plan d’un cône de sommet S tangent à l’ellipsoïde. Les méridiens sont des droites concourante en S, sommet du cône et image du pole; Les parallèles sont représentés par des cercles concentriques de centre S et de rayon R,
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Figures 8.1: représentation conique directe (S.Milles, J.Lagofun, 1999)
c. Projection UTM (Universal Transverse Mercator) En représentation de Mercator, la terre est considérée spherique.la projection s’effectue sur un cylindre d’axe passant par les pôles et tangent a l’équateur. Les méridiens sont des droites parallèles, équidistantes et perpendiculaires à l’equateur.les parallèles sont des droites perpendiculaires aux méridiens. Le système WGS 84 (World Géodésique System 1984) : Système géodésique mondial, révision de 1984) est le système géodésique associé au GPS ; il s'est rapidement imposé comme une référence "standard" pour la cartographie. Les précédentes réalisations étaient: WGS 72 (associé au système TRANSIT), WGS 64 et WGS 60. Un système géodésique ne doit pas être confondu avec un type de projection: il définit une représentation du géoïde terrestre. d. Triangulation Un réseau de points connus en planimétrie est nécessaire pour effectuer la majorité des travaux de topographie. Ce n’est pas indispensable dans le cas où le travail sera effectué en repère local (petits chantiers ou chantiers isoles).la direction d’affaires géographique au Liban a implantée un réseau de points dits “géodésiques” sur laquelle on distingue la triangulation du 1er, 2nd ,3eme et 4eme ordre. La détermination des points géodésiques s’est faite par la méthode de triangulation, qui consiste à mesurer les angles et quelques cotes des triangles accoles dont les sommets sont les points géodésiques. La triangulation géodésique consiste à déterminer les coordonnées X et Y des sommets de triangles accoles dont on mesure les angles et un certain nombre de côtes. L’orientation d’une base est faite par détermination astronomique.
Figure 8.2: chaine de quadrilatères
Les calculs sont effectués dans le système de projection choisit. Le progrès de l’informatique ont permis d’obtenir des résultants beaucoup plus homogènes. 28
9. Observations topographiques Les images topographiques des points S, A, B du terrain (M. Barbant, 2003).
Figures 9.1: observations topographiques
a.
b.
c.
d.
Sont les points s, a, b, projections orthogonales suivant des verticaux rectilignes et parallèles sur le plan horizontal, d’altitude zéro. Les points s, a, b est assure en planimétrie par leur coordonnées rectangulaires X et Y. Angles L’angle horizontal A est mesure dans le cercle horizontale du théodolite dans le sens des aiguilles d’une montre; L’angle vertical est généralement l’angle zénithal V compte de 0 à 200 gons. Distances La distance directe ou distance suivant la pente Dd est la longueur du segment de droite joignant de points de l’espace. La distance horizontale Dh c’est la longueur du segment sur le plan horizontale Denivelees La dénivelée entre deux points S et A par exemple est la différence des altitudes de ces deux points. Elle est mesurée par nivellement direct ou indirect, à l’aide d’un niveau, théodolite ou tachéomètre. GPS (global Positioning System) Système de radio positionnement mondial par satellites, utilise initialement pour le canevas, il permet la détermination des points de détail en XYZ.
Précision des observations a. Définitions Observation: c’est l’action d’observer au moyen d’un instrument permettant des mesures.
10.
29
Mesurage direct, mesurage d’une distance avec un ruban par exemple. CHAÎNAGE : Mesure directe des distances au moyen d'un ruban (remplaçant l'ancienne chaîne d'arpenteur). Le chaînage peut être fait à plat : ruban posé sur le sol ou par ressauts horizontaux. Chainage en gradin: Procédé de CHAÎNAGE, en terrain en pente, consistant à porter des longueurs de raban tendu horizontalement par ressauts successifs à l'aide d'un FIL A PLOMB. On dit aussi CHAÎNAGE PAR RESSAUTS. Mesurage indirect, mesurage d’une distance en utilisant des formules mathématiques. La correction est la valeur qu’il faut ajouter algébriquement au résultat brut du mesurage pour obtenir le résultat corrige. b. Erreurs parasites ou fautes Incertitudes souvent grossières provenant de l’inattention ou d’un oubli de l’operateur; pour déceler les fautes, que l’on est toujours susceptible de commettre, on pratique des contrôles. c. Erreurs systématiques Une erreur systématique est une erreur qui reste constant en valeur absolue et en signe ou qui varie selon une loi définie quand les conditions changent. Elles proviennent en général de défauts de construction ou de réglage des instruments, elles s’ajoutent systématiquement les unes aux autres, on en connaît généralement la cause et leur ordre de grandeur.il faut seulement les éliminer, ou en diminuer l’importance car leur effet se compose par voie d’addition. d. Erreurs accidentelles L’erreur accidentelle est celle qui varie de façon imprévisible en valeur absolue et en signe lorsqu’on effectue un grand nombre de mesurages de la même valeur d’une grandeur dans les conditions pratiquement identiques. Les erreurs accidentelles ne peuvent être calculées d’avance ni éliminées par mode opératoire. e. Précision La précision d’un instrument de mesurage est la qualité qui caractérise son aptitude à donner des indications proche de la valeur vraie de la grandeur mesurée; c’est la qualité globale de l’instrument du point de vue des erreurs, la précision d’autant plus grande que les indications sont plus proches de la valeur vraie. En topographie, la précision d’un instrument est généralement caractérisée par l’écarttype annonce par le constructeur. 11. La carte La cartographie est l’ensemble des techniques graphiques intervenant à partir de lèves originaux ou de documents divers en vue de l’élaboration et de la production des cartes. Les différents travaux qui aboutissent à la carte de base sont dans l’ordre chronologique: Géodésie; Nivellement; Prise de vue aérienne; Complètement topographique; 30
Rédaction de la carte de base; Rédaction des cartes dérives; Reproduction et tirages. a. La carte topographique Une carte topographique est une carte à échelle réduite représentant le relief déterminé par altimétrie et les aménagements humains d'une région géographique de manière précise et détaillée sur un plan horizontal Les autres cartes à échelle plus grande et les plans de ville ne sont pas des cartes topographiques car ils ne respectent pas l'échelle de réduction pour représenter les routes. En effet, l'usage principal de ces cartes routières et des plans est le repérage d'un tracé routier. Néanmoins, le fond de carte et de plan contient des informations topographiques parfaitement représentées, comme la végétation de surface, le relief, etc. Au Liban, la carte topographique de base est celle de la direction des affaires géographique a l’armée libanaise au 1/20 000 (1 cm sur la carte représente 20 000 cm, soient 200 mètres sur le terrain). La limite de valeur d'échelle entre le plan et la carte est le 1/10 000 (le plan : 1/200, 1/250, 1/500, ..., 1/5 000 ; la carte : 1/10 000, 1/20 000, ..., 1/1 000 000 et moins encore). b. Découpage Le découpage des feuilles de la carte de base à l’échelle 1/20 000 est constitué de 121 cartes qui forment tous le territoire Libanais. Les cartes topographiques a échelle 1/200 000 faites par les Russe en 1985 dont le découpage est forme de 6 cartes et les cartes à l’échelle de 1/100 000 faites en 1983 de découpage 15 cartes. Compte tenu de l’échelle, les détails sont représentés sous forme de signes conventionnels; la rédaction cartographique des cartes topographiques est faite en 4 couleurs: Noir pour la planimétrie; Bleu pour l’hydrographie, c’est à dire la représentation des eaux; Orange pour les routes et l’orographie, expression cartographique du relief qui découle des lois de la géomorphologie, laquelle le décrit et l’explique; Vert pour la végétation. A partir de la carte de base, document cartographique le plus détaille issu directement des observations géodésiques, photogrammétries et topographiques, on établit des cartes dérivées par généralisation, autrement dit par sélection et schématisation des détails. Les cartes thématiques montrent sur fond topographique des phénomènes qualitatifs ou quantitatifs: cartes géologiques, de population, etc. c. Exactitude Une carte doit être: Fidèle, c’est à dire représenter le terrain sans confusion ni omission; Figurer le relief à l’aide de conventions et artifices; Exacte; image conventionnelle qui ne peut être rigoureusement semblable au terrain, son exactitude est à la fois positionnelle et relationnelle. 31
L’exactitude positionnelle correspond à des centres de signes conventionnels situes a leurs places exactes par rapport au quadrillage de référence, alors que l’exactitude relationnelle tient essentiellement compte de la disposition relative des phénomènes les uns par rapport aux autres. Sous ces réserves, la précision d’un point est fonction de celle du système de projection, du canevas géodésique, des données topographiques, de la réduction cartographique et surtout de l’état des reproductions et tirages. d. Orographie L’expression cartographique du relief, ou orographie, est faite par l’intermédiaire de points cotes, courbes de niveau et des signes conventionnels. Points cotes Exactitude positionnelle, altitude arrondie au mètre. Courbes de niveau Une courbes de niveau est une ligne qui relie les points consécutifs de même altitude du terrain; elle est donc contenue tout entier dans un même plan horizontal et par conséquent projetée sans déformation sur le plan topographique. L’équidistance est la différence d’altitude des plans horizontaux de deux courbes consécutives; constant pour une feuille, elle est en fonction de l’échelle et du relief, égale à 5m le plus souvent pour la carte de base.
Figures 11.1: courbes de niveau (M. Barbant, 2003)
Les courbes maitresses, en trait continu épais, situées toutes les cinq courbes à partir de l’altitude zéro. Les courbes ordinaires, en trait continu moyen; Les courbes intercalaires, en trait interrompu fin, qui ne sont en fait que des portions de courbes destinées à préciser un mouvement localisent de terrain que les courbes ordinaires ne font pas apparaitre. Si les courbes de niveau traduisent assez bien un relief d’érosion adouci, elles sont par contre beaucoup plus difficiles à interpréter, quand elles peuvent être dessinées, dans les roches éboulis, falaises, etc.; ces reliefs particuliers, souvent localises, sont figures par des signes conventionnels ne permettant par la mesure.
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12.
Mesure des distances et des angles a. Mesurage stadimetrique (traditionnel)
Figues 12.1: lectures sur mire (M.Barbant, 2003)
Une lunette stadimetrique est une lunette de théodolite dont le réticule porte deux traits stadimetriques, symetriques par rapport au grand trait horizontal de l’axe optique, qui déterminant deux lignes de vise formant dans le plan vertical l’angle stadimetrique A. L’axe optique et les deux rayons stadimetriques du théodolite T en station au pont S rencontrent un règle graduée, appelée mire, maintenue vertical au point M. La lecture estimée au trait niveleur vaut donc H=0,654m. l1=0,590m, l2=0,717m Si l’axe optique du théodolite est horizontal donc perpendiculaire à la mire la distance horizontale Dh= 100( l2-l1) soit 12,7m avec les valeurs précédents. Avec un axe optique d’inclinaison i, ou un angle zénithal V
Figure 12.2: distance stadimetrique réduite (M.Barbant, 2003)
La distance horizontale est donc Dh= 100( l2-l1) cos2i ou Dh= 100( l2-l1) sin2V. 33
b. Mesurage électronique Un IMEL, Instrument de Mesure Electronique des Longueurs ou distance mètre, est un appareil qui fonctionne le plus souvent par émission d’une onde électromagnétique qui permet la mesure du déphasage de l’écho de cette onde renvoyée par un réflecteur.
Figures 12.3: mesure de distance avec un IMEL (S.Milles, J.Lagofun,1999)
Pour mesurer une distance Di entre deux points au moyen d’un IMEL, l’operateur stationne l’appareil sur le point A et on place un miroir a la vertical du point B. Un train d’ondes est envoyé de A' vers B': c’est son retour au point A' après réflexion sur le miroir B/ qui permet de calculer la distance Di parcourue. La mesure de la distance sera faite par la mesure du déphasage de l’onde retour par rapport à l’onde aller. Le signal émis par l’IMEL est une série d’ondes sinusoïdales dont la longueur d’onde λ correspond à la distance rectiligne parcourue par l’onde pendant un temps T appelé période. Le réflecteur ou prisme C’est une diapositive inerte dont la nature dépend de la puissance énergétique à renvoyer. Un rayon lumineux subit trois réflexions successive avant d’émerger parallèle a lui-même dans la position symétrique. Le réflecteur est maintenu manuellement au vertical de point à l’aide d’une canne télescopique munie d’une nivelle sphérique pour assurer la verticalité.
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Figure 12.4: réflecteur a prisme (M.Barbant, 2003)
c. Mesurages des angles Le théodolite est un instrument de mesurage des angles, constitue essentiellement de trois axes concourants et deux goniomètres appelés simplement cercles (M.Barbant, 2003) on distingue:
Figure 12.5: schéma du théodolite
Le pivot, ou axe principale, cale verticalement et centre, c’est à dire confondu avec la vertical du point au sol; L’axe de basculement, ou axe de tourillons, perpendiculaire à l’axe principal donc horizontal au moment des observations; L’axe optique de la lunette, perpendiculaire à l’axe de basculement, balaye un plan de vise vertical; Le cercle horizontal, centre sur le pivot, permettra mesure des angles horizontaux; Le cercle vertical, ou éclimètre, centre sur l’axe de basculement, autorise la mesure des angles verticaux.
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Figures 12.6: théodolites optiques et digitales
Les théodolites optiques instruments anciens, avec lesquels l’operateur procède à une lecture optique en estimant généralement le milligrade et le decimilligrade pour les théodolites de précision, le micromètre sert indifféremment au cercle horizontal et au cercle vertical. Une fois le signal pointe avec la lunette, l’operateur encadre l’index avant de lire successivement l’angle horizontal puis l’angle zénithal
Figures 12.7: lectures optiques document Leila, (M. Barbant, 2003)
Les théodolites électroniques, à lecture automatique, le microprocesseur intègre gérant le déroulement de la mesure et transmettant à l’affichage à cristaux liquides l’angle horizontal et l’angle vertical.
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Figure 12.8: lecture électronique document Leica (M.Barbant, 2003).
Les théodolites électroniques permettent seulement la lecture digital des angles tandis que les distances sont calcules par méthodes traditionnelles Les appareilles topographique électronique qui permet de lire digitalement les angles et les distances sont appelle station total ou en anglais “total station” les marques les plus connues de ces appareilles sont: Leica, Topcon, Sokkia, Nikkon etc.
13.
Chronologie et système des travaux topographiques au Liban
a. Reconnaissance La première étape pour commencer un Project c’est la reconnaissance ou la situation du Project se fait sur les cartes 20 millièmes faites par la direction des affaires géographique de l’armée Libanaise. Si la ville ou le village ou se situe le Project est à l’entourage de la capitale de Beyrouth on peut trouver des plans cadastral finale dans le bureau fonciers de l’état dans ce cas les travaux topographique sont très faciles à appliquées à cause de coordonnes trouvées sur les plans cadastraux. Tandis que dans les villages loin de la capitale les travaux topographique pour l’établissement des plan cadastral ne sont pas encore accomplis à cause de la guerre et les problèmes politiques, dans ce cas on a recourt à des croquis trouves dans le bureau de l’état qui nous aides a trouvé les marques limites sur terrain faites par les ancienne brigades topographiques, ce cas rend les travaux topographiques difficiles. b. Project Les Project topographies sont: Le relevé, l’implantation Le relève c’est l’opération de collection des donnes, ces données sont en forme de coordonnes (x,y,z) ou angles et distances. Parfois le relève doit être munie d’un croquis qui rend le travail ou le dessin de la carte plus facile, par exemple relève des façades des bâtiments et des ouvrages. La relève ayant pour but la cartographie. L’implantation c’est l’opération de distribution des donnes, par exemple l’implantation des bâtiments ou de limites parcellaires. Cette opération est faites à partir des coordonnes ou de distances et angles. L’implantation a pour but la matriculassions sur terrain.
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Bibliographie S.Milles, J.Lagofun. Topographie et topométrie modernes. Tome 1- Technique de mesure et de représentation.№ 2287, 1999, 540 p. M.Barbant. Maitriser la topographie, Des observations au plan. № 2, 2003, 542 р. L.Lapointe, G.Meyer. Topographie appliqué aux travaux publics bâtiments et levers urbains.№ 4, 1994, 268 p. N.Oucova. Géodésie pour la restoration,Architecture-C.Moscou 2006, 224 p. http://www.rgphotographie.ch http://www.lasergrammetrie.net http://www.cms.fr http://aftopo.club.fr/
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