Création d'un modèle SIG 3D de la carrière d'Eclépens - Thèse de Bachelor 26/07/2019
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26/07/2019
Création d’un modèle SIG 3D
de la carrière d’Eclépens
Thèse de Bachelor
Filière : Géomatique
Diplômant : Blanc Jérôme
Professeur responsable : Mme Erika Prina Howald
Expert : M. François Girod
Sujet proposé par : Groupe Géothermie – HEIG-VD
Création d’un modèle SIG 3D de la carrière d’Eclépens Résumé A l’heure actuelle, de nombreuses méthodes d’acquisition fournissent des informations en trois dimensions. Au cours de cette thèse de Bachelor, l’utilisation d’un drone eBee a été privilégiée. Les traitements photogrammétriques ont permis de réaliser un modèle 3D de la carrière d’Eclépens. Des calculs de volumes d’extraction de calcaire et de tas de pneus stockés ont été entrepris grâce aux maillages 3D. Les volumes calculés des pneus entreposés ont démontré qu’il y a une différence de plus de 10 % avec ceux déterminés par Holcim. Ces écarts sont dus à un calage absent et à la non connaissance de l’altitude de base du terrain. La possibilité d’extrapoler le modèle 3D en tenant compte du volume de roches extrait par année a été explorée. Il s’est avéré que les programmes utilisés ne permettent pas une automatisation de ce processus. Les cartes de pentes, d’irradiance et d’ombrages ont rendu possible l’évaluation du potentiel énergétique de la carrière. Il en est résulté que la face située au Nord de l’exploitation est très favorable à l’utilisation de panneaux solaires photovoltaïques et thermiques. Les résultats de ce travail démontrent qu’il est possible de réaliser des calculs volumétriques de précision mais qu’il faudrait trouver une méthode d’extrapolation appropriée. Néanmoins, les différentes cartes et le modèle 3D remplissent entièrement leurs fonctions et permettront de réaliser une étude approfondie du potentiel énergétique. Blanc Jérôme i 26.07.2019
Création d’un modèle SIG 3D de la carrière d’Eclépens Remerciements Je souhaite avant tout remercier particulièrement Madame Erika Prina Howald, professeur de géotechnique et dangers naturels à la HEIG-VD et référente de cette thèse de Bachelor, pour son suivi, sa disponibilité et ses conseils fournis tout au long de ce travail. Je remercie vivement Monsieur Bertrand Cannelle, professeur d’imagerie et de photogrammétrie à la HEIG-VD, pour son aide lors du vol ainsi que pour toutes les réponses apportées à mes interrogations. J’adresse mes remerciements à Monsieur François Girod, directeur d’usine de la cimenterie Holcim d’Eclépens et expert de ce travail, pour l’autorisation d’accès au site d’exploitation, la mise à disposition de données et ses remarques lors de la soutenance intermédiaire. Je remercie également Messieurs Massimiliano Capezzali et Roger Röthlisberger, professeurs à la HEIG-VD, pour leurs réponses étayées sur la thématique des énergies. Finalement, je tiens à remercier l’ensemble des personnes qui m’ont soutenu, aidé et relu durant ce travail : Monsieur Joao Pedro Pinto Magalhaes, Benjamin Mignot, Audrey Brunetti, Malorie Prélaz et Marie-Claire Brunetti. Blanc Jérôme ii 26.07.2019
Création d’un modèle SIG 3D de la carrière d’Eclépens Avant-propos Afin de clôturer les 3 années d’étude et d’accéder au titre d’ingénieur « Bachelor of Science HES-SO », les étudiants du département d’Environnement Construit & Géoinformation (EC+G) doivent fournir une thèse de Bachelor. Celle-ci se réalise sur une durée de 10 semaines à plein temps. Il s’agit d’un travail individuel qui est encadré par un professeur responsable. Ce travail de Bachelor permet aux étudiants d’approfondir une thématique abordée lors du cursus scolaire. Les interactions avec les mandants que demande cette thèse préparent les étudiants à leur future vie professionnelle. De ce fait, les aptitudes telles que la capacité d’analyse d’une situation, la méthodologie à mettre en place ou encore l’argumentation des choix pris sont développés continuellement. (EC+G, 2019) Cette thèse de Bachelor a pour thème la création d’un modèle SIG 3D de la carrière d’Eclépens. Les connaissances théoriques principalement développées sont celles de photogrammétrie, d’imagerie et de système d’informations géographiques. La pluridisciplinarité de ce sujet a déterminé mon choix. En effet, les connaissances théoriques citées précédemment servent d’outils à la réalisation de produits destinés aux thématiques de volumétrie et d’énergie. Durant la période comprise entre le 20 mai et le 26 juillet 2019, les éléments suivants ont été produits et composent ce travail : o Le présent rapport o Un dossier d’annexes o Une clé USB contenant les annexes informatiques o Un poster Blanc Jérôme iii 26.07.2019
Création d’un modèle SIG 3D de la carrière d’Eclépens
Table des matières
Résumé ........................................................................................................................................ i
Remerciements ........................................................................................................................... ii
Avant-propos ............................................................................................................................. iii
Table des illustrations................................................................................................................ vi
Table des abréviations ............................................................................................................. viii
1. Introduction ............................................................................................................................ 1
1.1 Mandant ............................................................................................................................ 1
1.2 Mandat .............................................................................................................................. 1
1.3 Objectifs du projet ............................................................................................................ 1
1.4 Logiciels utilisés ............................................................................................................... 2
1.4.1 Pix4Dmapper ............................................................................................................. 2
1.4.2 eMotion 3 .................................................................................................................. 2
1.4.3 ArcGIS ...................................................................................................................... 2
1.4.4 3DReshaper ............................................................................................................... 3
1.4.5 COVADIS ................................................................................................................. 3
2. Analyse de la situation ........................................................................................................... 4
2.1 Localisation du projet ....................................................................................................... 4
2.2 Historique et contexte ....................................................................................................... 4
2.3 Géologie du lieu................................................................................................................ 7
2.4 Exploitation actuelle et future........................................................................................... 8
2.5 Données à disposition ....................................................................................................... 9
3. Aspects théoriques ................................................................................................................ 10
3.1 Géothermie ..................................................................................................................... 10
3.2 Energie solaire ................................................................................................................ 11
3.3 Relevé photogrammétrique............................................................................................. 12
4. Traitements des données ...................................................................................................... 14
4.1 Matériel d’acquisition ..................................................................................................... 16
4.2 Vol du drone ................................................................................................................... 16
4.2.1 Plan de vol ............................................................................................................... 16
4.2.2 Acquisition des mesures .......................................................................................... 18
4.3 Calcul de l’aérotriangulation avec Pix4D ....................................................................... 19
4.3.1 Détails du calcul ...................................................................................................... 20
4.3.2 Traitement de l’orthophoto...................................................................................... 22
4.4 Nuage de points .............................................................................................................. 23
Blanc Jérôme iv 26.07.2019
Création d’un modèle SIG 3D de la carrière d’Eclépens
4.5 Modélisation 3D ............................................................................................................. 24
4.6 Surfaces triangulées irrégulières (TIN) .......................................................................... 26
4.7 Calculs volumétriques .................................................................................................... 27
4.7.1 Comparaison des méthodes de calculs .................................................................... 27
4.7.2 Volumétrie des tas de pneus .................................................................................... 28
4.7.3 Volumétrie de la carrière ......................................................................................... 29
4.8 Projection 3D .................................................................................................................. 31
4.9 Emprises surfaciques ...................................................................................................... 31
4.10 Courbes de niveaux et coupes ...................................................................................... 33
4.10.1 Courbes de niveaux ............................................................................................... 33
4.10.2 Coupes ................................................................................................................... 35
4.11 Carte des pentes ............................................................................................................ 35
4.12 Carte d’irradiation solaire ............................................................................................. 36
4.13 Ombrages ...................................................................................................................... 37
4.14 Texturisation ................................................................................................................. 39
4.15 Gestion du SIG 2D ....................................................................................................... 40
4.16 Gestion du SIG 3D ....................................................................................................... 40
5. Exploitation des données ...................................................................................................... 41
5.1 Diffusion ......................................................................................................................... 41
5.2 Mise à jour ...................................................................................................................... 41
5.3 Perspectives .................................................................................................................... 41
5.3.1 Volumétrie des pneus .............................................................................................. 41
5.3.2 Automatisation du processus ................................................................................... 42
5.3.3 Ediction d’un site web ............................................................................................. 42
5.3.4 Mise en place d’un SIG pour Holcim ...................................................................... 42
5.3.5 Evaluation du potentiel énergétique de la carrière .................................................. 42
6. Conclusion ............................................................................................................................ 43
7. Bibliographie ........................................................................................................................ 45
7.1 Revue de presse et documents ........................................................................................ 45
7.2 Cours ............................................................................................................................... 45
7.3 Sites web ......................................................................................................................... 45
8. Annexes papiers ................................................................................................................... 47
9. Annexes informatiques ......................................................................................................... 48
Blanc Jérôme v 26.07.2019
Création d’un modèle SIG 3D de la carrière d’Eclépens Table des illustrations Figure 1 : Logo Pix4D ............................................................................................................... 2 Figure 2 : Logo eMotion .......................................................................................................... 2 Figure 3 : Logo ArcGIS ............................................................................................................. 2 Figure 4 : 3DReshaper ............................................................................................................. 3 Figure 5 : Logo COVADIS ................................................................................................................. 3 Figure 6 : Localisation Eclépens .............................................................................................. 4 Figure 7 : Site archéologique au sommet de la carrière ......................................................... 5 Figure 8 : Canal d'Entreroches ................................................................................................ 5 Figure 9 : Pic mar .................................................................................................................... 6 Figure 10 : Horst ...................................................................................................................... 7 Figure 11: Carte des géotypes du Mormont ........................................................................... 7 Figure 12 : PDCar de 2014 ..................................................................................................... 8 Figure 13 : Etapes de l'extension de la Birette ................................................................... 9 Figure 14 : Les 3 types de géothermie .................................................................................. 11 Figure 15 : Les composantes du rayonnement solaire .................................................... 12 Figure 16 : Facteurs de corrections de l'irradiation .............................................................. 12 Figure 17 : Orientation relative ................................................................................................ 13 Figure 18 : Workflow de l'ensemble des processus ................................................................. 15 Figure 19 : Drone eBee de senseFly ...................................................................................... 16 Figure 20 : Tableau récapitulatif des différents vols ................................................................ 16 Figure 21 : Calcul de la hauteur de vol .................................................................................... 17 Figure 22 : Plan de vol du 1er passage du drone ...................................................................... 18 Figure 23 : Matérialisation réalisée .......................................................................................... 18 Figure 24 : Poste de pilotage .................................................................................................... 19 Figure 25 : Effet du vent sur le drone ....................................................................................... 19 Figure 26 : Contrôle de qualité général de l'aérotriangulation ................................................. 20 Figure 27 : Paramètre interne de la caméra .............................................................................. 20 Figure 28 : Correspondances des points clés 2D ...................................................................... 21 Figure 29 : Ecarts sur les GCP ................................................................................................. 22 Figure 30 : Apparition de fantômes.......................................................................................... 22 Figure 31 : Post-traitement des fantômes ................................................................................. 22 Figure 32 : Suppression des points d'une pelleteuse ................................................................ 23 Figure 33 : Trou issu d'un nettoyage ........................................................................................ 24 Figure 34 : Comparaison entre les deux types de modèle 3D – écarts en m ............................ 25 Figure 35 : Triangulation de Delaunay .................................................................................... 26 Figure 36 : Non prise en charge des surplombs ....................................................................... 26 Figure 37 : TIN du vol de février ............................................................................................. 27 Figure 38 : Comparaison logiciels de calcul de volume .......................................................... 27 Figure 39 : Tas de pneus avec plan horizontal ......................................................................... 28 Figure 40 : Comparaison des volumes calculés avec les données des deux drones ................. 28 Figure 41 : Contrôle des calculs 3DR avec Covadis ................................................................ 29 Figure 42 : Comparaisons des volumes calculés avec ceux de Holcim ................................... 29 Figure 43 : Différence de volume entre février et juillet.......................................................... 29 Figure 44 : Analyse des volumes d'extraction .......................................................................... 30 Figure 45 : Zones d'exploitation entre février et juillet – écarts en m ...................................... 30 Blanc Jérôme vi 26.07.2019
Création d’un modèle SIG 3D de la carrière d’Eclépens Figure 46 : Extrusion automatique d'une coupe de terrain ....................................................... 31 Figure 47 : Etape de calcul de volume d'extraction ................................................................. 31 Figure 48 : Emprises surfaciques par année ............................................................................. 32 Figure 49 : Evolution des emprises surfaciques ....................................................................... 33 Figure 50 : Bruitage des isolignes ............................................................................................ 34 Figure 51 : Isolignes après traitements ..................................................................................... 34 Figure 52 : Isolignes sur bâtiments .......................................................................................... 34 Figure 53 : Isolignes sans tenir compte des bâtiments ............................................................. 34 Figure 54 : Coupe réalisé sur ArcMap ..................................................................................... 35 Figure 55 : Visualisation des pentes en degrés ........................................................................ 36 Figure 56 : Carte d'irradiation solaire moyenne annuelle [Wh/m2] ......................................... 37 Figure 57 : Potentiel solaire ..................................................................................................... 37 Figure 58 : Conversion des valeurs des pixels en heure .......................................................... 38 Figure 59 : Carte des ombres du 21 décembre ......................................................................... 38 Figure 60 : Modèle 3d texturé avec orthophoto du 4 juillet 2019 ............................................ 39 Blanc Jérôme vii 26.07.2019
Création d’un modèle SIG 3D de la carrière d’Eclépens Table des abréviations 3DR 3DReshaper ASITVD Association pour le Système d'information du Territoire Vaudois ASM Association pour la Sauvegarde du Mormont CAD Chauffage à Distance DSM Digital Surface Model ESRI Environmental Systems Research Institute GCP Ground Control Point (Points d’appuis) GNSS Global Navigation Satellite System HEIG-VD Haute Ecole d’Ingénierie et de Gestion du Canton de Vaud IESE Institut d’Energie et Systèmes Electriques IGT Institut de Génie Thermique INSIT Institut d’Ingénierie du Territoire LAS Extension de fichier de type « points » LYR Fichier ESRI contenant une symbologie MNS Modèle Numérique de Surface MNT Modèle Numérique de Terrain PAC Pompe à Chaleur PDCar Plan Directeur des Carrières PFP Point Fixe Planimétrique PPA Point Principal d’Autocollimation PPS Point Principal de Symétrie RTK Real Time Kinematic (Temps réel Cinématique) SDA Surface d’Assolement SHP Shapefile SIG Système d’Information Géographique TIN Triangular Irregular Networks (Réseau triangulé Irrégulié) WRL Extension dérivée du VRML (Virtual Reality Modeling Language) Blanc Jérôme viii 26.07.2019
Création d’un modèle SIG 3D de la carrière d’Eclépens
1. Introduction
De nos jours, il n’est pas rare de voir des drones voler dans les airs. Ils ont eu un tel succès
qu’ils sont utilisés autant par le milieu professionnel que par les particuliers. Leur potentiel n’a
pas encore été atteint et leurs applications sont multiples. Ils peuvent autant servir à réaliser des
vidéos ou photographies classiques qu’à détecter, à l’aide d’une caméra thermique, des faons
dans des champs allant être fauchés.
Dans le cadre de ce projet, le drone eBee de Sensefly équipé de la caméra S.O.D.A de la même
firme a permis de réaliser une acquisition photogrammétrique pour réaliser le modèle 3D de la
carrière d’Eclépens. Celui-ci doit permettre d’analyser le potentiel du secteur en énergie
photovoltaïque, thermique ou géothermique ainsi que de calculer les volumes d’extraction de
calcaire actuels et futurs. Pour étudier cette maquette 3D, le programme de modélisation
« 3DReshaper » et le logiciel de système d’informations géographiques « ArcGIS » ont été
utilisés.
La même méthodologie de travail a été appliquée pour tous les thèmes abordés lors de cette
thèse de Bachelor. Tout d’abord, des recherches ont été réalisées sur le sujet. Puis, des
expérimentations ont été faites afin de déterminer quel processus était le plus adapté à chaque
situation. Finalement, un choix s’est opéré et a été mis en application.
Dans le présent rapport, les chapitres suivants ont été traités :
o Analyse de la situation
o Aspects théoriques
o Traitements des données
o Exploitation des données
1.1 Mandant
Le projet a été proposé par le Groupe Géothermie de la HEIG-VD. Il est composé de professeurs
issus de plusieurs départements de l’école. L’institut d’Energie et Systèmes Electriques (IESE)
est représenté par Monsieur Massimiliano Capezzali, celui de Génie Thermique (IGT) par
Monsieur Roger Röthlisberger et finalement l’institut d’ingénierie du territoire (INSIT) par
Madame Erika Prina Howald. La diversité des compétences de ce groupe permet d’avoir un
regard global afin de réaliser des projets de géothermie et d’énergies renouvelables.
1.2 Mandat
L’exploitation de la carrière du Mormont à Eclépens n’étant pas infini, ce site pourrait trouver
une seconde fonction. L’exploitation d’une source géothermique ou solaire représente une
potentielle solution. En effet, le chauffage à distance (CAD) alimenté, aujourd’hui par la
cimentière, devra rester en fonction. La réalisation du modèle 3D de la carrière servira de base
d’étude au Groupe Géothermie de la HEIG-VD.
1.3 Objectifs du projet
Le site d’Eclépens ayant été défini comme intéressant du point de vue de l’exploitation
d’énergies renouvelables par le canton de Vaud et l’extraction de calcaire se voyant achevée
dans les années à venir, il est nécessaire de procéder à des études poussées sur le réel potentiel
de la zone. Dans cette optique, cette thèse de Bachelor a pour objectif principal la réalisation
d’un modèle 3D de la carrière. Celle-ci servira de base à des réflexions et études futures.
Blanc Jérôme 1 26.07.2019Création d’un modèle SIG 3D de la carrière d’Eclépens
Cette modélisation doit prendre en compte l’état actuel du terrain mais aussi permettre de
réaliser une projection du modèle dans le futur.
En plus de cela, une étude des informations existantes est faite. Elle sert de base de calculs pour
les analyses du modèle 3D notamment pour les différences de volumétries entre les années afin
de réaliser l’extrapolation de la maquette.
Bien que des études futures seront faites, la détermination de l’irradiance moyenne annuelle du
secteur doit être réalisée dans le cadre de ce travail. Elle est intégrée au modèle.
L’acquisition des données spatiales est réalisée par des vols de drones.
Le modèle 3D et l’ensemble des analyses doivent être mis à disposition via un support
permettant des calculs et exploitations futures. Dans ce but, des SIG 2D et 3D sont élaborés.
L’ensemble du cahier des charges se trouve en annexe.
1.4 Logiciels utilisés
1.4.1 Pix4Dmapper
Le logiciel Pix4Dmapper est un logiciel « propriétaire » de
photogrammétrie de la firme Pix4D fondée en 2011 à Lausanne.
Il permet notamment de réaliser des orthophotos, des nuages de
points denses, ou encore des modèles numériques de terrain
(EscaDrone, 2019)
Dans le cadre de ce projet, l’ensemble des traitements
Figure 1 : Logo Pix4D
photogrammétriques a été réalisé grâce à ce logiciel. https://heig.ch/Qx3lW
1.4.2 eMotion 3
Les vols de drone se faisant avec un eBee SenseFly, l’ensemble
des plans de vol a été fait grâce au programme eMotion 3 de la
même entreprise que le planeur. Ce logiciel « propriétaire »
permet de programmer des vols, de les simuler, ainsi que de
piloter les drones sur le terrain. Il prend en considération
différents paramètres tels que le vent ou encore l’altitude du
terrain naturel.
Figure 2 : Logo eMotion
https://heig.ch/O187Q
1.4.3 ArcGIS
L’entreprise ESRI (Environmental Systems Research Institute)
met en service en 1999 la première version de ArcGIS. Il s’agit
d’un logiciel d’information géographique « propriétaire ». En
acceptant les données rasters et vectorielles, il permet de réaliser
toutes sortes de fonctions. De plus, il est utilisable sur
différentes plateformes telles que mobiles, bureautiques ou
encore web. (Wikipédia, 2013)
Ce logiciel a été choisi pour ces nombreuses fonctionnalités
dont les calculs d’irradiance, de volumétries, ou encore de
Figure 3 : Logo ArcGIS
pentes. En plus des calculs et de la visualisation 2D réalisés sur https://heig.ch/Dwnqb
ArcMap, une visualisation 3D est notamment possible via
l’utilisation d’ArcScene.
Blanc Jérôme 2 26.07.2019Création d’un modèle SIG 3D de la carrière d’Eclépens
1.4.4 3DReshaper
Le logiciel « propriétaire » 3DReshaper permet de traiter les données
tridimensionnelles. De nombreuses fonctions sont notamment
permises comme la gestion de nuages de points, la texturisation des
maquettes 3D, ou encore la réalisation de maillages 3D.
Lors de ce projet, ce programme est utilisé pour créer les modèles
exportés par la suite sur ArcScene, la texturisation des maquettes ou
encore la gestion des nuages de points. Figure 4 : 3DReshaper
https://heig.ch/VZ4PZ
1.4.5 COVADIS
COVADIS est un logiciel « propriétaire » de topographie et de
terrassement. Il est développé par GEOMEDIA SA.
Dans le cadre de ce travail, ce ne sont pas les fonctions
topographiques qui ont été utilisées mais celles de cubatures
afin de comparer et contrôler les calculs de volumétrie.
Figure 5 : Logo COVADIS
https://heig.ch/YNzg4
Blanc Jérôme 3 26.07.2019Création d’un modèle SIG 3D de la carrière d’Eclépens
2. Analyse de la situation
2.1 Localisation du projet
Eclépens est un village du canton de Vaud, plus précisément du district de Morges comportant
1’211 habitants en 2018. Il se situe entre la colline du Mormont culminant à 605 m et la rivière
de la Venoge qui s’écoule vers le Léman. La plaine de la Venoge au Sud du village abrite les
surfaces agricoles alors que le Nord contient les principales forêts. Ce village est principalement
connu pour la carrière Holcim extrayant du calcaire au Mormont et de la Marne aux Côtes de
Vaux. (Eclépens, 2019)
Figure 6 : Localisation Eclépens
https://map.geo.admin.ch
2.2 Historique et contexte
Au fil des ans, le Mormont a toujours été un lieu important et occupé. La découverte d’un site
archéologique celte en 2006 datant de l’âge du Fer (~750-50 avant J.-C.) le démontre. Il s’agit
plus précisément d’un sanctuaire celtique datant de 100 ans avant J.-C.. Il est question du seul
lieu du même genre sur l’ensemble de la Gaule. La richesse, la taille, le contenu et le bon état
de conservation du site en font un lieu exceptionnel. Les offrandes retrouvées à l’intérieur des
260 fosses ont permis d’en apprendre davantage sur la civilisation celtique et locale. Par
exemple, il a été possible de découvrir que des échanges commerciaux avec la région
Yverdonnoise avaient eu lieu. D’autres traces de civilisation attestent de la valeur du site.
(SONNAY, 2019)
Blanc Jérôme 4 26.07.2019Création d’un modèle SIG 3D de la carrière d’Eclépens
Figure 7 : Site archéologique au sommet de la carrière
PIGUET, Ariane, 2006, Le Mormont, Un sanctuaire des Helvètes en terre vaudoise vers 100 avant J.-C., 2009, p.2
Consulté sur : https://heig.ch/1yzry
La présence des Gallo-Romains se confirme grâce à la voie romaine traversant le Mormont
pour relier Lausanne à Orbe ainsi que de la découverte d’une borne militaire sur la partie Nord
de la colline.
D’autres voies de communication démontrent l’importance de ce lieu de passage. Le projet de
liaison fluviale entre le Léman et le lac de Neuchâtel grâce au canal d’Entreroches en est un
parfait exemple. Par manque de fonds financiers, celui-ci fût inachevé. Des vestiges sont encore
visibles dans la région d’Eclépens. L’année 1850 marque le début de la construction des deux
tunnels ferroviaires traversant le Mormont. Il s’agit des plus anciens tunnels de Suisse.
Le Mormont a toujours été une ressource de
matières premières. Au Moyen-Age, le
calcaire était façonné en couteaux ou exploité
pour la production de chaux. Les forêts
situées sur les flancs de la colline furent
coupées pour en faire du bois de feu au cours
du XIXe. Les taillis encore visibles à l’heure
actuelle reflètent cette production. De nos
jours, le calcaire est usé par la cimenterie
Holcim pour produire du ciment.
Figure 8 : Canal d'Entreroches (OFEV, 2017, p.4)
P.-A. VUITEL, Consulté sur : https://heig.ch/aRXOB
En plus de l’aspect historique du lieu, le Mormont est un milieu naturel très diversifié. Il est
notamment connu pour la singularité de ses forêts et ses clairières. Cette association forme une
combinaison de paysages complexes sur un secteur confiné. Il est possible d’y voir quelques
Blanc Jérôme 5 26.07.2019Création d’un modèle SIG 3D de la carrière d’Eclépens
essences de plantes qui font la richesse du lieu telles que la chênaie à coronille, la chênaie à
luzule, les tillaies thermophiles, la Cotonnière commune ou encore toutes sortes d’orchidées.
Une telle hétérogénéité florale permet à la faune de
s’épanouir. De nombreuses espèces dont certaines
en voie de disparition sont encore visibles au
Mormont. Des reptiles comme la vipère aspic, des
oiseaux à l’exemple du Pic mar, ou encore plus de
350 papillons nocturnes et diurnes vivent à
l’intérieur des différents biotopes du lieu. (OFEV,
2017, p.3-4)
Comme pour les civilisations précédentes, le
Mormont est encore aujourd’hui un lieu important
pour la société vaudoise et suisse. Ce lieu historique
provoque un sentiment divisé sur le fait d’exploiter
les ressources de cette colline. Bien que la
Figure 9 : Pic mar population reconnaisse l’importance qu’est la
SCHWAB, Loan, 2018, Consulté sur : production de ciment, elle s’est toujours demandée
https://heig.ch/agyOQ
si elle devait se faire à l’encontre de l’histoire du
lieu, de sa faune et de sa flore.
L’établissement de la cimenterie en 1953 marque le début de l’exploitation industrielle du
Mormont et en parallèle la lutte pour la protection du mont. En effet, le corps scientifique, dont
faisait partie le Professeur Pierre Villaret, Directeur de l’institut Botanique Systématique et de
Géobotanique de l’université de Lausanne, fit opposition à ce projet. Cette dernière fût rejetée.
(ASM, 2019)
22 ans après, un projet de route bordant la face Nord du Mormont a fait ressurgir les sentiments
de la population et a provoqué une horde d’oppositions. Le botaniste Pascal Kissling en fut le
meneur. (SONNAY, 2019)
L’extension de la Birette provoque depuis le mois d’octobre 2018 passablement de difficultés.
Effectivement, le projet s’est vu arrêté une première fois par le recours déposé par les membres
de l’Association pour la Sauvegarde du Mormont (ASM) et des organisations
environnementales telles que Helvetia Nostra, WWF Vaud et Pro Natura Vaud. Celui-ci mit en
évidence certains manques du projet dont le préavis de la Commission cantonale pour la
protection de la nature (CCPN) et sur la protection des eaux. (ASM, 2018)
Après la prise en considération du recours, le Département du territoire et de l’environnement
(DTE) a mis en consultation la version définitive de l’étude d’impact sur l’environnement. Sur
celle-ci, l’ASM refit opposition en déposant un nouveau recours en février 2019. Le résultat
n’est encore pas connu mais cette situation démontre la difficulté d’un tel sujet. (ASM, 2019)
Blanc Jérôme 6 26.07.2019Création d’un modèle SIG 3D de la carrière d’Eclépens
2.3 Géologie du lieu
Le Mormont est un mont hissé au centre du
canton de Vaud. Ce petit massif calcaire
totalement séparé du Jura marque la fin de la
plaine de l’Orbe. Le plissement du Jura
constitua le mont Mormont qui se trouve être
un rare cas suisse de horst. En plus de cela,
deux failles issues du décrochement de
Vallorbe-Pontarlier traversent le massif.
Le Mormont est fait d’un calcaire urgonien Figure 10 : Horst
https://heig.ch/Db1gL
de couleur jaune-brun dont sa formation date
du Crétacé inférieur. Celui-ci est entremêlé à des lits marneux. De plus, passablement de cavités
sont remplies de dépôts marneux et argileux. Celles-ci représentent une source de fossiles
Sidérolithique conséquente. En outre, la zone présente des suintements bitumineux du Crétacé
inférieur ainsi qu’un grand filon de pyrite.
Des millénaires auparavant, le retrait du glacier du Rhône façonna la surface du mont d’une
roche moutonnée. D’ailleurs, il est encore possible d’apercevoir de la moraine rhodanienne sur
certaine surface du mont. (OFEV, 2017, p.2-3), (ASM, 2019)
Sur la figure 11, il est possible d’observer les différents géotypes de la zone (principalement
calcaire).
Figure 11: Carte des géotypes du Mormont
https://www.geo.vd.ch/
Blanc Jérôme 7 26.07.2019Création d’un modèle SIG 3D de la carrière d’Eclépens
2.4 Exploitation actuelle et future
En Suisse, l’exploitation d’une carrière est soumise à autorisation et est réglementée par un Plan
Directeur des carrières (PDCar) mis à jour toutes les décennies. Sur la figure 12, il est possible
de voir celui en vigueur depuis 2014.
Figure 12 : PDCar de 2014
IMPACT-CONCEPT SA, 2014, Plan Directeur des carrières (PDCar) : Roches pour la fabrication de ciment, p. 288.
Consulté sur : https://heig.ch/lxVNx
En juin 2021, les réserves disponibles seront exploitées et la concession prendra fin. La
demande croissante de ciment en Suisse ne pourra plus être assurée. En effet, la cimenterie
Holcim d’Eclépens produit env. 800'000 tonnes de ciment par année, ce qui représente 18% de
la demande en ciment suisse. C’est pour cette raison qu’un projet d’extension est actuellement
à l’enquête. (BIOL CONSEILS, août 2014, p.1-2)
L’extension de la Birette permettrait d’extraire 3.2 millions de m3 de roche sur une durée de 8
ans. Plus précisément, l’exploitation se fera en deux étapes ; la première débutera en 2020 et la
seconde en 2024. Les deux périmètres sont déterminés par le parcellaire en vigueur. Le
processus réalisé est commun aux deux zones et comprendra les phases suivantes :
o Les travaux préparatoires (défrichement, fouilles archéologiques et décapage des sols)
o L’extraction
o La remise en état (BIOL CONSEILS, septembre 2014, p. 8-9)
Blanc Jérôme 8 26.07.2019Création d’un modèle SIG 3D de la carrière d’Eclépens
Sur la figure 13, les deux étapes du projet d’extension sont représentées.
Figure 13 : Etapes de l'extension de la Birette
BIOL CONSEILS, 2014, Mémoire technique : Carrière de la Birette – Plan d’extraction et demande simultanée de permis
d’exploiter. Septembre 2014. p. 7
2.5 Données à disposition
Afin de réaliser le travail de Bachelor et de comparer les données au fil des ans, les données
suivantes ont été mises à disposition :
o Shapefile de l’OpenStreetMap (OSM)
o DSM de l’ASITVD
o Orthophotos de Swisstopo
o Vol de drone réalisé le 21.02.2019 et mis à disposition par le support de Pix4D
o Vol de drone réalisé le 03.07.2019 du secteur des tas de pneus par Holcim
o Calculs des volumes des tas de pneus de Holcim
o Rapports annuels de Mosini et Caviezel sur la surveillance géométrique de la carrière
Blanc Jérôme 9 26.07.2019Création d’un modèle SIG 3D de la carrière d’Eclépens
3. Aspects théoriques
3.1 Géothermie
En dessous d’une certaine profondeur de terre, la température des sols est suffisamment
importante pour permettre la production de chauffage voire d’électricité. L’exploitation de
l’énergie du sol se nomme « géothermie », qui se décompose en trois catégories :
o La géothermie de faible profondeur
Celle-ci exploite la chaleur des sols allant jusqu’à une profondeur de 500 m. Elle permet
de chauffer une habitation. Le plus souvent, il s’agit de tubes en « U » implantés dans
les sols dans lesquels de l’eau circule et est chauffée par la chaleur des sols. Les
températures des sols n’excédant pas les 20 °C, le système doit être complété par une
pompe à chaleur (PAC).
o La géothermie de moyenne profondeur
La profondeur de cette géothermie se situe entre 500 et 3’000 m. Dans cette plage, la
température des sols est comprise entre 20 et 100 °C. Si elle est suffisamment élevée, la
complémentarité des PAC devient inutile. Ce type de géothermie permet le chauffage
des eaux thermales, des serres pour l’agriculture ou encore pour l’approvisionnement
d’un quartier grâce à un chauffage à distance (CAD).
o La géothermie de grande profondeur
L’exploitation de chaleur se fait à plus de 3’000 m de la surface du sol. Deux méthodes
sont possibles. En cas de présence d’aquifères, l’eau est directement prélevée à
l’intérieur de forages. On parle de système hydrothermal. Au contraire, il est possible
aussi de fracturer la roche en injectant de l’eau froide sous pression. Le liquide peut
alors circuler et se réchauffer à l’intérieur des fissures. Dès qu’il est assez chaud, celui-
ci est pompé à la surface. Ce système est connu sous le nom de « pétrothermal ». Dans
les deux cas, l’eau extraite se situe à une température au-delà du point d’ébullition. Elle
permet donc de produire de l’électricité et les résidus de chaleur peuvent aussi être
utilisés pour chauffer des quartiers d’habitations ou autres.
(GEOTHERMIE-SUISSE, 2019)
Le modèle 3D permettra aux experts de la géothermie de définir si de telles méthodes sont
envisageables sur place. Cependant, la géothermie de faible profondeur peut être écartée car
elle ne permettra pas d’alimenter le CAD existant.
Blanc Jérôme 10 26.07.2019Création d’un modèle SIG 3D de la carrière d’Eclépens
Figure 14 : Les 3 types de géothermie
https://heig.ch/ZM7WM
3.2 Energie solaire
Les rayons du soleil sont une source d’énergie inépuisable. Il est possible de l’exploiter de trois
manières différentes :
o Le solaire photovoltaïque
Celui-ci exploite les rayons afin de produire de l’électricité.
o Le solaire thermique
Les rayons du soleil vont être absorbés par les capteurs et transformés en chaleur.
o Le solaire thermodynamique
Les panneaux reflètent les rayons du soleil en un point commun. Celui-ci contient un
liquide, qui grâce au gradient de température, permet de produire de l’électricité.
Cependant le rayonnement solaire est dépendant de nombreux facteurs tels que :
o la latitude du lieu. C’est-à-dire la distance séparant le site à l’équateur.
o la saison. En effet, l’inclinaison de la Terre par rapport au soleil n’est pas constante.
o le moment de la journée. L’angle de l’astre avec la surface terrestre change en fonction
du temps.
o les conditions météorologiques. Des éléments comme des nuages, de la pollution ou
encore une forte nébulosité influencent fortement le rayonnement.
La constante du rayonnement solaire mondiale est définie à 1370 W/m². Cependant, lorsqu’on
se trouve au niveau de la mer avec une atmosphère normalement humide, cette valeur de
rayonnement est de 1000 W/m². La figure 15 image la décomposition du rayonnement global.
Blanc Jérôme 11 26.07.2019Création d’un modèle SIG 3D de la carrière d’Eclépens Figure 15 : Les composantes du rayonnement solaire TRANSENERGIE, 2019, Le Gisement Solaire, p.16. Consulté sur : https://heig.ch/MDwoD L’inclinaison et l’orientation des capteurs ont une forte influence sur l’efficacité d’un tel système. Dans nos régions, il est préférable de privilégier des orientations Sud avec une inclinaison d’environ de 30°. Il est possible de voir ci-contre la table complète des facteurs de corrections de l’irradiation. (TRANSENERGIE, 2019) Dans le cadre de ce projet, la totalité des surfaces de la carrière sera traitée afin d’en Figure 16 : Facteurs de corrections de l'irradiation calculer l’irradiance moyenne annuelle, ceci TRANSENERGIE, 2019, Le Gisement Solaire, p.26. grâce au module de rayonnement solaire Consulté sur : https://heig.ch/MDwoD d’ArcMap. 3.3 Relevé photogrammétrique La photogrammétrie se base sur la stéréovision qui permet de voir des objets en trois dimensions. Grâce aux images numériques, il est actuellement plus aisé de réaliser une restitution photogrammétrique. En effet, les algorithmes exploitent les caractéristiques des images pour les faire corréler. Le logiciel utilisé « Pix4D » en est un parfait exemple. (WIKIPEDIA, 2019) Tout d’abord, le programme va procéder à une recherche de points d’intérêts sur chaque image. Chacun d’entre eux a une signature propre. Ces points sont choisis automatiquement par le logiciel mais tiennent compte de certains paramètres tels que l’insensibilité au bruit et au changement d’illumination ou encore l’invariance aux facteurs d’échelle, translations, rotations et changement de points de vue. Blanc Jérôme 12 26.07.2019
Création d’un modèle SIG 3D de la carrière d’Eclépens
Puis, une comparaison de ces points entre chaque image est faite afin de trouver les points qui
sont similaires. Il s’agit des points homologues. (CANNELLE, 2017)
Les objectifs utilisés en photogrammétrie ne présentent pas une optique parfaite. C’est
pourquoi, il est nécessaire que le logiciel procède à une calibration de la caméra. Celle-ci permet
de connaître précisément les paramètres de l’appareil (focale, PPA, PPS, …) et ainsi de corriger
sa distorsion. (GUIH, 2015)
Finalement, l’orientation relative des images est faite. Ce procédé met en correspondance les
points homologues en tenant compte de la calibration de la caméra. Grâce à cette opération,
l’objet est connu dans l’espace. Si des points d’appuis sont connus, un calage sur ceux-ci permet
de passer d’un système relatif à absolu. (CANNELLE, 2018)
Figure 17 : Orientation relative
Blanc Jérôme 13 26.07.2019Création d’un modèle SIG 3D de la carrière d’Eclépens
4. Traitements des données
Dans le cadre de cette thèse de Bachelor, il a été décidé de réaliser l’acquisition des données
par procédé photogrammétrique. Cette méthode a été préférée à la lasergrammétrie pour les
raisons suivantes :
o Elle ne demande pas de matérialiser des stations. De ce fait, elle ne dérange pas
l’exploitation.
o Un vol croisé permet de balayer l’ensemble de la carrière, alors que plusieurs scans
auraient sûrement dû être mis en place.
o Une résolution de 5 cm étant suffisante, la photogrammétrie permet de l’atteindre sans
soucis.
La plupart des processus réalisés lors de ce travail de Bachelor sont indépendants des différents
vols. C’est pourquoi, il sera relaté une unique fois les processus qui sont réalisés à de multiples
reprises.
Sur la page suivante, il est possible de voir un workflow qui explique l’ensemble des traitements
réalisés au court de cette thèse. (Figure 18)
Blanc Jérôme 14 26.07.2019Vous pouvez aussi lire
