Restauration d’un moulin à vent emblématique des Pays-Bas grâce au scan d’Artec 3D et la Photogrammétrie IA

Modèle 3D final de 4C du moulin à vent de Roelofarendsveen. Avec l’aimable autorisation de 4C

La précision est absolument essentielle dans le monde de l’architecture, en particulier à l’heure de rénover des bâtiments historiques et d’autres sites patrimoniaux de grande valeur qui doivent être manipulés avec le plus grand soin.

Les processus habituels de « lifting » des infrastructures tels que l’élévation, l’extension, le renforcement ou le ravalement peuvent entraîner l’effondrement des structures fragilisées, friables et irrégulières s’ils ne sont pas réalisés correctement. C’est pourquoi les ingénieurs inspectent ces sites afin d’évaluer les risques potentiels avant le début des travaux.

En général, ce processus s’appuie sur le balayage laser terrestre ou LiDAR.  Cependant, de nombreux appareils se limitent à la capture géométrique (sans couleur). Ils ont également tendance à fournir des nuages de points riches en données plutôt que des maillages, ce qui les rend difficiles à utiliser avec des logiciels tiers. Et le plus gros problème ? La mesure de la ligne de visée, qui limite la capture à ce qui est visible.

Si vous deviez créer un modèle 3D d’un petit objet du quotidien, cela ne poserait pas de problème. Mais dans l’univers de la capture d’infrastructures à grande échelle, il est indispensable de scanner des surfaces élevées et inaccessibles. Travailler avec des jumeaux numériques incomplets peut conduire à des erreurs coûteuses pour les projets.

Confronté à ce problème, un expert en rénovation néerlandais a contacté 4C Creative CAD CAM Consultants (4C), à la recherche d’une solution capable de capturer l’intérieur et l’extérieur d’un moulin à vent à l’échelle 1:1 en vue de sa rénovation. La solution ? Numériser l’extérieur avec l’Artec Ray II LiDAR, l’intérieur à l'aide du Ray II et de l’Artec Leo sans fil, et le toit en intégrant les données du drone dans l’algorithme de Photogrammétrie IA d’Artec Studio.

Le toit du moulin à vent, reconstruit numériquement avec la Photogrammétrie IA. Avec l’aimable autorisation de 4C

Capture d’un moulin à vent sous tous les angles

Sollicitée pour aider un client à rénover l’un des moulins à vent historiques des Pays-Bas situé entre Amsterdam et La Hague, l’équipe de 4C est arrivée sur site par une matinée froide début 2025.

Afin de capturer l’extérieur du bâtiment, elle a commencé par déployer l’Artec Ray II. Avec une portée allant jusqu’à 130 mètres, cet appareil monté sur trépied peut être facilement installé et laissé en place pour scanner des scènes entières, tandis que son système visuel inertiel lui confère des capacités de suivi en temps réel. Dans ce cas précis, le Ray II a permis d’obtenir un scan très détaillé de la roue et de la façade en briques du moulin, mais il manquait encore le toit.

Cela a incité Edwin Rappard, propriétaire de 4C, à déployer un drone DJI. La compatibilité vidéo de la Photogrammétrie IA a rendu la capture du toit incroyablement facile. Même en tant qu’amateur de drones, M. Rappard a obtenu d’excellents résultats en survolant simplement la structure et en appuyant sur le bouton Enregistrer.

Cependant, l’ensemble des données de l’équipe ne tenait toujours pas compte de l’intérieur du moulin, qui abrite un système complexe d’engrenages actionnant le mécanisme rotatif. La numérisation de ce système a nécessité l’utilisation d’Artec Leo, un appareil portable sans fil capable de capturer 35 millions de points de données par seconde. Leo leur a permis de se faufiler dans cet espace froid et exigu et de tout scanner avec rapidité et précision.

Lorsque l’espace à l’intérieur du moulin était plus vaste, l’équipe a également utilisé Ray II pour collecter des données à grande vitesse, sachant que les données provenant de différents scanners pouvaient être facilement combinées dans Artec Studio. Selon Bart Wever, spécialiste en scan 3D chez 4C qui a grimpé à l’intérieur du moulin, le scan 3D d’Artec s’est avéré parfait pour cette tâche, car il a permis de capturer toutes les données d’inspection de précision requises.

Modèle 3D final de 4C montrant l’intérieur du moulin à vent de Roelofarendsveen. Avec l’aimable autorisation de 4C

« Le plus grand défi consistait à aligner les deux ensembles de données de l’intérieur et de l’extérieur, car les ouvertures du moulin étaient très limitées. Il n’y avait qu’une petite porte à l’avant et une autre à l’arrière, il n’était donc pas facile d’obtenir des scans à la fois de l’intérieur et de l’extérieur pour ensuite les aligner correctement, explique M. Wever. Mais avec  le Ray II, nous y sommes parvenus sans difficulté. Au final, cela a suffi pour créer un modèle 3D complet et parfaitement aligné. »

« Nous avons obtenu un excellent alignement sans besoin de quadrillages ni de marqueurs. Le système VIS intégré au Ray II a fonctionné à la perfection. Nous n'avons rencontré aucune difficulté ! »

Fusion des ensembles de données dans Artec Studio

On pourrait penser qu’il serait difficile de combiner trois ensembles de données très différents, mais Artec Studio a simplifié tout le processus. L’algorithme de fusion multi-résolution du logiciel a permis à l’équipe de 4C de créer un modèle incroyablement détaillé à partir des données de la plus haute résolution de chaque scan. La photogrammétrie a ensuite servi à générer un maillage du toit, qui a été fusionné avec l’ensemble de données plus détaillé.

Curieusement, Bart Wever a découvert qu’en utilisant intelligemment tous les outils conviviaux d’Artec Studio, il pouvait séparer les données capturées en différentes parties cohérentes, puis les réunir après l’importation. Il a ainsi pu s’assurer que les données n’étaient pas trop denses pour son PC. La fonction de décimation des scans d’Artec Studio peut également être utilisée à des fins similaires, en réduisant le nombre de polygones afin de faciliter la manipulation et l’utilisation du modèle 3D.

Modèle de moulin à vent de 4C en mode Rayons X dans Artec Studio. Avec l’aimable autorisation de 4C

Un autre avantage de l’approche de l’équipe est qu’elle a permis de redimensionner les données photogrammétriques à la taille des scans de Ray II, pour obtenir un modèle fidèle, avec des textures réalistes et éclatantes.

Globalement, la combinaison des ensembles de données a permis de capturer des détails extrêmement impressionnants. Tout est clairement visible, des espaces réduits entre les aubes aux dents individuelles des engrenages, en passant par les trois étages distincts du moulin à vent. En fait, si ce système de rotation avait besoin de maintenance, M. Wever estime que les données ont été capturées avec une telle précision qu’elles pourraient être utilisées pour réaliser une rétro-ingénierie et fabriquer les pièces de rechange.

« Avec ce type de construction, une tolérance d’un millimètre est déjà considérée comme très élevée, ce qui rend Leo plus que suffisamment précis pour capturer un modèle 3D et reproduire chaque rouage, explique Bart Wever. Ils sont également assez grands : une roue dentée géante fait tourner toute la structure. Il ne s’agit pas de petites pièces. Si cela avait été possible, je suis convaincu que Ray II aurait suffi. »

D’autres opportunités dans le domaine de l’architecture ?

Au final, l’équipe 4C a pu collecter des données suffisamment précises pour permettre à son client de rénover son moulin à vent. Mais elle ne compte pas s’arrêter là : elle entrevoit un potentiel considérable pour la combinaison unique du scan 3D et de la photogrammétrie d’Artec 3D dans le domaine des infrastructures au sens large.

Modèle de moulin à vent de 4C dans Artec Studio. Avec l’aimable autorisation de 4C

M. Rappard décrit la photogrammétrie IA comme « le complément idéal du scan 3D » et affirme qu’« aucun autre logiciel sur le marché » ne permet de combiner des ensembles de données 3D aussi diversifiés qu’Artec Studio. Selon lui, l’utilisation de maillages 3D complets et très détaillés plutôt que de nuages de points volumineux permettra bientôt aux architectes et aux ingénieurs civils d’atteindre de nouveaux sommets en matière de levés topographiques.

« L’utilisation de Ray II avec un drone (et Leo, bien sûr) est idéale pour la conservation numérique des sites patrimoniaux, mais elle peut également s’avérer utile dans le secteur de la construction, un marché où nous voyons encore beaucoup de potentiel pour le scan 3D, conclut M. Rappard. Lorsque nous nous sommes lancés dans le scan 3D, nous étions comme des missionnaires (prêchant ses bienfaits). Aujourd’hui, c’est comme un retour en arrière. La technologie est devenue courante dans l’ingénierie, mais dans le secteur du bâtiment, elle suscite encore beaucoup d’émerveillement ! »

Il est clair que les technologies traditionnelles ont encore une emprise sur la construction. Cependant, avec des experts en scan 3D comme 4C sur le coup, ce n’est sûrement qu’une question de temps avant que l’offre diversifiée d’Artec en matière de capture de données 3D ne se fraye un chemin dans la modernisation du secteur.