Témoignage d’un des leaders du scanning 3D

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Scan 3D artistique de l'Elephant de Nantes - Image LIBER-D

Témoignage d’un des leaders du scanning 3D

Ce dernier témoignage est réservé Yan Koch, qui a fondé l’entreprise LIBER-D en 2011 alors même que le BIM et les méthodes de scan 3D appliquées au bâtiment n’en étaient qu’à leurs balbutiements. Il a été l’un des premiers à démocratiser l’usage du scanning dans le BTP à une époque où cette technologie n’était réservée qu’à des applications industrielles de pointe.

Nous avons le plaisir et l’honneur d’accueillir les précieux enseignements de Yan, relatés avec une hauteur de vue exceptionnelle sur le marché et l’avenir de la numérisation 3D en bâtiment.

Yan Koch

Yan Koch – Fondateur et Gérant de Liber-D de 2011 à 2018


J’ai démarré le scanning laser 3D en 2011, mais l’idée me trottait dans la tête depuis 2009, lorsque je gérais le service contracting d’une société de froid industriel.

Nous intervenions souvent dans des usines – principalement agroalimentaires – qui avaient besoin de moderniser leur process ou d’augmenter leur production frigorifique. La plupart du temps, les plans des ouvrages et des réseaux étaient obsolètes, ce qui entraînait de très gros soucis dans les études techniques puis au niveau du montage.

A cette époque, le scanning laser 3D était représenté par quelques sociétés en France et confiné aux secteurs de la pétrochimie, du nucléaire, et de certains projets archéologiques.

C’est à ce moment que j’ai décidé de créer ma première société, Liber-D, pour apporter cette technologie sur des chantiers plus classiques. L’objectif était de fournir des mesures précises et une parfaite connaissance des ouvrages en amont des études afin de fluidifier l’ensemble du processus de chantier.

J’ai acquis l’un des tous premiers Faro Focus 120 sur le territoire. La version de Faro Scene était la 4.8 et ne fonctionnait qu’avec des cibles (sphères et damiers) ou des plans créés manuellement.

Une cible et une sphère servant de point de repère

Une cible et une sphère servant de point de repère – Image BTP.digital

Dans les premiers temps, les affaires ne venaient pas et je faisais un peu office d’ovni quand j’allais voir des responsables travaux dans des usines, qui n’avaient bien souvent qu’un vieux PC avec Autocad LT. Cela a été l’occasion pour moi de faire un maximum de tests et de me former.

Ainsi, quand j’ai pris mes premières – modestes – affaires, je savais déjà mener une campagne et la recaler. Je distribuais bien mes cibles et maîtrisais le rebouclage. J’avais en permanence le souci du recalage parfait. J’étais plus dans une logique de métrologie d’ouvrage industriel que de relevé classique.

En effet, quand on scanne des zones techniques remplies de petites structures (cornières) et de tubes, on ne peut pas se permettre d’avoir des décalages. Les contours doivent rester cohérents.

J’intervenais sur des affaires très diverses, aussi bien en industrie que sur des bâtiments classiques. Les hôtels étaient particulièrement difficiles car ils impliquaient un très grand nombre de stations rapprochées et des recalages entre niveaux par des cages d’escaliers étroites. Il fallait aussi penser à nettoyer numériquement tous les reflets des miroirs.

Un reflet dans une fenêtre provoque des abérations dans le nuage de points

Un reflet dans une fenêtre provoque des aberrations dans le nuage de points – Image BTP.digital

J’ai progressivement pris des affaires plus importantes. Mais qu’il est fastidieux de placer tout seul des sphères et des damiers sur des campagnes de plus de 100 scans, y compris dans les recoins, et de surveiller le tout. Les sphères suscitaient une grande curiosité et il n’était pas rare que des opérateurs ou des passants les déplacent ou les fassent tomber. Le trépied du scanner exerce également un magnétisme particulier qui pousse les gens à passer à quelques cm alors qu’ils ont plusieurs mètres !

Je me suis vite rendu compte qu’un recalage pouvait devenir désastreux quand un problème survenait et je refaisais régulièrement les stations pour lesquelles j’avais un doute.

En 2013 j’ai pris ma première très grosse affaire, une usine de 20000m² dans le Nord Est. 600 scans.

Elle mérite que je m’y attarde.

Plan de masse de l’usine, obtenu par scan 3D – Image LIBER-D

Sur cette opération, y aller seul et placer toutes les sphères et les damiers représentait un travail de titan. J’ai alors vu qu’une petite société américaine avait développé un logiciel permettant de tout recaler sans cible : Allpoint Systems avec le logiciel Scantime. Les vidéos de présentation étaient réellement convaincantes et ça avait l’air très précis. Ils proposaient en fait du recalage cloud to cloud, chaque nouveau scan venant se greffer sur l’ensemble des scans précédemment recalés. Après un test probant sur une petite campagne et avoir été rassuré par leurs ingénieurs, je suis allé dans cette usine en faisant le pari de tout recaler de cette manière… trop beau pour être vrai.

J’ai fait ma campagne en scannant de 8h du matin à plus de 21h, et au bout de 5 jours, les 600 scans étaient réalisés, avec un bon recouvrement entre les stations. J’ai été bon élève en suivant bien les conseils de l’éditeur. Je pense qu’à cette époque, j’étais le seul en France à utiliser Scantime.

On pouvait acheter une licence pour 24h et qui n’était pas donnée. Autant dire qu’il fallait carburer en recalage. J’ai fait trois journées de 16h pour assembler ma campagne…

Ça avait de l’allure, tout semblait bien recalé. En plus, on pouvait réimporter le recalage dans Scene (5.1 à cette époque) et y terminer le travail. J’avais donc mon projet Scene et tous mes scans assemblés avec Scantime.

Dans Scene, quand on examine une station de scanning, on peut voir les coordonnées du pointeur en direct en bas de l’écran.

En passant le pointeur sur le sol de l’une des pièces de l’usine, je me suis dit que c’était bizarre. L’altimétrie variait de plusieurs cm. Il y avait une pente énorme, style 8cm sur 10m alors que c’était le showroom de l’usine.

Après analyse, je me suis rendu compte que toute la campagne avait pris la forme d’une sorte de saladier géant. Renseignements pris auprès d’Allpoint, il s’avérait que Scantime ne prenait la mesure de l’inclinomètre que d’un seul scan de référence pour toute la campagne.

Et cela m’a aussi fait comprendre que les scans étaient loin d’être homogènes. En faisant des tests au bureau avec des damiers de référence, j’ai vu que la précision de mon scanner variait selon l’angle du miroir: très précis pour un faisceau à peu près horizontal, et beaucoup moins pour les points au zénith ou près du cône du scanner.

De plus, les points très tangents avec les surfaces (sol, murs) devenaient également moins précis. Ça, je m’en doutais déjà.

Bref, le recalage cloud to cloud comparait des données non homogènes. Il comparait également des points qui ne devaient pas l’être : ceux pris au travers d’un double vitrage ou sur des surfaces brillantes.

Tout cela additionné au fait qu’une seule valeur d’inclinomètre était prise en compte par Scantime a conduit au saladier de 600 stations. Impossible de partir là-dessus pour modéliser et délivrer les données à mon client.

J’ai alors développé une autre technique. Je suis retourné sur site et ai réalisé une nouvelle campagne de seulement 100 scans, mais avec des cibles.

J’ai en fait créé un « squelette » parfaitement recalé et rebouclé, et en effectuant seulement quelques stations dans chaque zone.

Après cela, j’ai utilisé Scantime pour greffer des grappes de scans en cloud to cloud sur les scans de cette ossature principale. Et là, tout est rentré dans l’ordre.

J’ai par la suite conservé cette technique qui combinait le scanning avec et sans cible, et qui optimisait la durée totale scanning + recalage.

J’ai fait part de mes soucis aux personnes d’Allpoint Systems. J’avais quand-même laissé pas mal de plumes dans cette affaire au fin fond de la Meuse où j’aurais pu finir dans un podcast de « Hondelatte raconte »!

Peu de temps après, ils m’ont contacté pour me dire qu’ils étaient en train de se faire racheter par un grand éditeur.

C’était Autodesk… le logiciel Scantime est alors devenu Recap Pro!

Capture d'écran du logiciel Recap Pro - Image BTP.digital

Capture d’écran du logiciel Recap Pro – Image BTP.digital

Cette expérience a été très riche en enseignements et m’a bien fait comprendre les limites des différentes méthodes de recalage et des scanners. La solution miracle qui fait tout sans effort n’existe pas. Les règles inhérentes à tout matériel de mesure doivent rester à l’esprit.

Une grande campagne de scanning doit faire appel à de la méthode, à des cibles et aussi à des points pris à la station totale pour garantir la précision sur de grandes distances.

On a pu le vérifier lors du scanning d’une galerie commerciale de 600m de long à la Roche sur Yon. Le technicien géomètre que j’avais embauché a réalisé des points de contrôle avec une station totale. On a testé le recalage avec et sans la station : on déviait de plus de 20cm sans la station.

J’ai trouvé mes premières années de scanning réellement captivantes, même si les affaires n’étaient pas encore très nombreuses. Le scanning et le BIM étaient déjà très connus à l’étranger, mais ils avaient beaucoup de mal à prendre en France. Ces prestations étaient vécues comme des dépenses supplémentaires et non comme un investissement facilitateur de chantier.

Seuls ceux qui avaient un besoin crucial de précision voyaient dans le scanning un moyen de sécuriser leurs études et de faire préfabriquer des éléments en atelier pour un montage plus rapide sur site. Il s’agissait principalement de bureaux d’études process et d’installateurs d’équipements industriels. L’un de mes seuls clients architecte à avoir véritablement adopté le scanning dans un esprit de diagnostic est Sona Architecture, avec qui on a réalisé de beaux projets.

J’ai également commencé à voir un débouché plus artistique au scanning. Lors des missions avec des scannings extérieurs proches de forêts, je me suis aperçu que le rendu des arbres était magnifique. J’ai alors décidé d’aller scanner des arbres remarquables en Bretagne, dont le chêne vrillé de l’île de Berder. Ce type de scanning nécessite une absence totale de vent, de pluie, et peu de feuilles pour bien capturer les branches. Bref, à faire en hiver à 6h du matin. En traitement, cela nécessite un nettoyage parfait. J’aurais aimé en faire davantage, mais je ne pouvais pas non plus rester câblé à mon scanner 7/7.

Toujours dans cette démarche, on a pu scanner, avec l’autorisation des Machines de l’Ile, le Grand Éléphant de Nantes.

Scan 3D artistique de l'Elephant de Nantes - Image LIBER-D

Scan 3D artistique de Grand Éléphant de Nantes – Image LIBER-D

En 2016, j’ai vu passer une annonce de Paul Chapman de l’Ecole d’Arts de Glasgow. Il recherchait des images issues de scanners laser 3D pour créer un recueil un peu confidentiel nommé Art of the Point Cloud. J’ai envoyé deux images de l’Éléphant et une du chêne de Berder. Au bout d’un certain temps, je me suis dit que le projet était abandonné, et finalement, l’ouvrage est sorti ! Il est rempli de splendides images de nuages de points et je le recommande.

Bien qu’ayant davantage d’affinités avec le milieu industriel, j’ai pu réaliser des numérisations dans des endroits très variés qui m’ont à chaque fois mis face à des difficultés différentes : conditions climatiques, difficultés d’accès, coactivité, vibrations, chiens qui veulent jouer avec les sphères…

Cela m’a aussi permis de voir quelles sont les forces et les faiblesses de chaque méthode de recalage.

Le recalage par cible est le plus précis et le plus rapide en matière de calcul. Mais c’est le travail sur le terrain qui est rendu plus compliqué, surtout s’il y a beaucoup de passage et qu’on doit placer les cibles partout. Il oblige à une gymnastique cérébrale permanente.

Le recalage dit nuage-nuage ou cloud-to-cloud séduit au premier abord car il y a moins de contraintes sur site. Il faut uniquement s’assurer d’avoir du recouvrement. Mais comme évoqué précédemment, tous les points ne se valent pas.

Il est à éviter s’il y a beaucoup de végétation, et il nécessite un temps de calcul bien plus important. Les dernières avancées en matière de pré-recalage sur site apportent un plus, mais il faut finir le travail au bureau et bien vérifier les résultats.

Le recalage par plans est efficace dans les lieux disposant d’une bonne géométrie. Mais là aussi, tous les plans ne se valent pas. Ceux qui auront été détectés sur des éléments scannés avec un faisceau très tangent ou au travers de double-vitrages vont créer des décalages.

La technique que j’avais utilisée sur ma première grosse usine s’est avérée la meilleure dans mon cas, et je continuerais de la sorte si je devais reprendre le scanning : faire une ossature avec des cibles et y greffer des scans en cloud to cloud.

Et la modélisation dans tout ça ?

Scanner et recaler, c’est la première étape. Derrière, il faut exploiter le nuage de points. Dans de nombreux cas, le but est d’obtenir une maquette numérique précise.

J’ai vite vu à quel point il était chronophage de créer la maquette à partir du nuage.

Quand il s’agit de maquettes de bâtiments classiques (murs, sols, ouvertures, escaliers…) cela reste relativement facile. Mais dès qu’il faut modéliser des formes plus complexes telles que des réseaux de tuyauteries, des structures ou des équipements, on a vite fait d’y passer des semaines. Et là, on se rend compte qu’on ne peut pas y arriver seul sur de gros projets.

En cherchant un peu, on voit qu’il y a des sociétés qui se sont spécialisées en modélisation à partir des nuages de points. Souvent situées en Inde, en Malaisie, ou dans certains pays de l’Est, elles proposent de récupérer vos nuages de points et de les transformer en modèles. Elles ont en général une assez grosse force de frappe et peuvent déléguer plusieurs techniciens pour modéliser.

Le problème est de réussir à les manager et à obtenir une maquette qualitative. Cette sous-traitance nécessite un gros travail préparatoire et un contrôle qualité poussé. Une maquette industrielle impose de savoir bien interpréter le nuage de points. Les éléments suivent des normes strictes et il faut avoir des connaissances en tuyautage et en structure, ce qui est rarement leur cas.

S’ajoute à cela une tendance à la sur-modélisation. Comme il est difficile de pointer chaque élément à modéliser ou à ignorer, c’est une maquette souvent trop lourde pour les besoins du projet qui est délivrée.

Mais malheureusement, les délais imposés par les clients ne laissaient bien souvent pas d’autre possibilité que de passer par cette sous-traitance. Sur les projets avec Sona, le problème ne se posait pas : ils se chargeaient eux-mêmes de la modélisation sur Revit. Leur gros atout était de construire la maquette en anticipant des problématiques liées à leur projet. Pour moi, c’est le meilleur processus : la maquette doit être réalisée par les sachants.

Au fil des ans, des sociétés de scanning sont arrivées sur le marché, et de nombreux cabinets de géomètres ont commencé à s’équiper.

L’acquisition de nuages de points s’est banalisée, et il fallait entrer en concurrence avec de nouveaux venus beaucoup moins regardants sur la qualité des données et qui chiffraient à un prix plancher. La proportion d’affaires industrielles était insuffisante à mon goût, et scanner des bâtiments classiques ne m’intéressait pas. J’ai décidé à ce moment de passer la main au cabinet de géomètres avec qui je m’étais associé un an plus tôt. Mon successeur a bien repris le flambeau et a apporté un souffle neuf en diversifiant l’activité.

Je donnerais les conseils suivants à ceux qui veulent se lancer dans le scanning laser :

  • Gardez à l’esprit qu’un appareil de mesure a toujours une incertitude, et les erreurs ont tendance à se cumuler. J’enfonce une porte ouverte en écrivant cela, mais les scanners sont parfois vus comme des instruments miraculeux.
  • Entraînez-vous avant d’aller sur site.
  • Adaptez votre mode de recalage au type de campagne que vous menez, et ne vous débarrassez pas de vos cibles : elles seront utiles dans bien des cas. Distribuez-les bien. Le calcul du recalage n’aime pas les cibles placées dans un mouchoir de poche.
  • En complément du point précédent : pensez à reboucler, et même à faire des boucles dans les boucles.
  • Surveillez votre scanner et les cibles. Une station qui a bougé peut briser votre recalage. Refaites-la si vous avez un doute.
  • Mieux vaut faire des stations en plus que pas assez, surtout en environnement technique.
  • Ne vous fiez pas aux rapports automatiques de recalage. Même quand tous les voyants sont au vert, il peut y avoir des décalages. Faites systématiquement un contrôle visuel. Zoomez et vérifiez que les contours restent cohérents.

J’ai désormais arrêté les prestations de relevés laser 3D. Mes diverses expériences m’ont permis d’entrevoir la possibilité d’une autre activité, et j’ai décidé de lancer TagLabs. On travaille sur plusieurs sujets dont les nuages de points. Je n’ai pas encore dit mon dernier mot face à ces données tenaces, et on prépare quelque chose d’inédit !

Clément VALENTE

Expert en construction numérique

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