Le relevé extérieur d'ouvrage architectural est le moyen de créer une représentation du bâtiment dans son état de conservation. Deux techniques d'acquisition à distance se distinguent par leur efficacité et la qualité des données produites : la photogrammétrie et le balayage optique. Ces deux techniques sont soumises aux règles de l'optique et ne permettent pas de mesurer les parties invisibles de l'objet. La combinaison des techniques peut améliorer la qualité des données, mais il subsiste toujours des zones non mesurées et de ce fait non représentables. Pour palier ce problème, nous émettons l'hypothèse que l'usage de connaissances architecturales peut permettre de recomposer les parties manquantes lors de la modélisation. Cette thèse propose un processus basé sur la combinaison de ces deux techniques et sur l'intégration des connaissances architecturales accessibles depuis la documentation écrite ou encore par les règles de construction des édifices. La complexité d'un ouvrage architectural et la multitude des données imposent une division de la modélisation en plusieurs étapes identifiables. Nous proposons de découper le processus de modélisation selon le mode de figuration des niveaux de détail utilisé pour la représentation de l'architecture. Les niveaux différents de détail permettent d'obtenir des étapes de modélisation clairement indentifiables, mais aussi un processus progressif où les informations peuvent être utilisées au fur et à mesure. Notre approche intègre ainsi les données dimensionnelles à la documentation architecturale, pour permettre la mise en place d'un processus de modélisation afin d'obtenir un modèle le plus complet possible

Les considérations environnementales occupent une place croissante dans l'opinion publique ainsi que dans les politiques nationales et internationales. Le cas de la rivière en est un exemple particulièrement frappant : au centre d'enjeux multiples et pour certains hautement stratégiques (énergie, irrigation), elle est le théâtre d'un conflit d'usages donnant lieu à l'établissement de compromis particulièrement fins pour la gestion de la ressource. Dans les approches les plus courantes, la description de l'état et du fonctionnement d'un hydrosystème tel que celui de la rivière est effectuée par la mesure de variables physiques ou la mise en relation des variables d'intérêt avec les paramètres physiques quantifiables caractérisant le milieu (modèles hydrauliques, modèles hydrobiologiques). L'objectif de ce travail est donc de proposer une réponse à la question de la mesure de la géométrie de la rivière par télédétection. On s'attache tout d'abord à décrire le contexte particulier de la rivière mentionné plus haut puis à effectuer un état de l'art faisant ressortir une lacune pour la restitution du relief immergé par stéréo à travers l'eau avec des moyens légers. On propose ensuite une méthode complète d'acquisition d'images et de traitements permettant d'estimer le relief immergé de rivière. Le travail effectué repose sur la mise en oeuvre de moyens technologiques légers permettant une grande flexibilité pour l'acquisition des données. On se base sur les méthodes de stéréorestitution du relief, pour lesquelles on propose une adaptation au contexte spécifique de la photogrammétrie à travers l'eau. Enfin, on met en place des méthodes de correction des mesures brutes intégrant des contraintes a priori (cohérence hydraulique ; cohérence spatiale) pour la correction de l'effet de réfraction. L'application de la méthode développée en conditions opérationnelles sur une rivière peu profonde à fond de galets montre que la mesure du relief immergé par stéréophotogrammétrie est possible, et permet une représentation de la topographie du lit d'une qualité compatible avec les modèles hydrobiologiques (modèles habitat-poisson). On a ainsi développé, testé, validé et determiné les conditions d'application d'une méthode de mesure de la géométrie de la rivière par télédétection originale et complémentaire des technologies existantes.

Tirée par le développement et la démocratisation des globes numériques et des systèmes de géolocalisation grand public, la numérisation 3D mobile terrestre en milieux urbains s'est développée de manière très importante ces dix dernières années. Les principaux verrous résiduels de ces systèmes reste d'une part la localisation précise des données pour certaines applications (conduite autonome urbaine, levers de géomètres, etc.) du fait des masques et multi-trajets GPS dans les canyons urbains et d'autre part le passage à l'échelle du traitement de l'information vu les volumes de données considérables acquis chaque jour (plusieurs To).La première partie de cette thèse est consacrée à la présentation de la numérisation mobile, aussi bien du point de vue système que du point de vue usage. Une description fine du système Stéréopolis V2, véhicule de numérisation mobile multi-caméras développée au laboratoire MATIS de l'Institut National de l'Information Géographique et Forestière, est faite afin de présenter les données utilisées dans cette thèse. Les blocs d'images manipulés dans ces travaux sont constitués de plusieurs centaines de milliers à un million d'image. La seconde partie est consacrée à la calibration du système: calibration intrinsèque de caméra, tout d'abord, en utilisant une géométrie d'acquisition de type panoramique, qui permet de s'affranchir de réseaux de cibles 3D métrologiques. Une calibration extrinsèque des imageurs du véhicule, ensuite, qui permet de déterminer de façon précise la position et l'orientation de caméras sur un dispositif de numérisation mobile. Deux procédures sont détaillées et comparées: l'une dite "off-line" nécessitant une acquisition spécifique avec un réseau de cibles métrologiques et l'autre dite "on-line" utilisant uniquement les données d'acquisition standards. Nous démontrons que la méthode "on-line" produit dans les mêmes conditions une précision comparable à celle "off-line" tout en étant plus adaptée aux variations de conditions d'acquisition in-situ. La troisième partie détaille le processus de compensation par faisceaux appliquée aux données de numérisation mobile multi-caméras qui permet d'estimer la pose d'un grand nombre d'images. La mise en équation ainsi que différents cas d'utilisations de la méthode sont explicités. La structuration et la gestion des données dans un entrepôt est elle aussi développée car elle permet la gestion d'importants volumes et donc le passage à l'échelle tout en restant performante. La quatrième et dernière partie propose différentes méthodes de recalage qui peuvent être utilisées aussi bien de manière individuelle que combinées afin de permettre de mettre en cohérence des séquences d'images distinctes (boucles, passage multi-dates, etc.) dans des contextes applicatifs différents / Mobile mapping technology has grown exponentially the last ten years, particularly due to advances in computer and sensor performances. However, the very accurate positioning of data generated by such technique remains a crucial issue. The first part of this thesis presents the mobile mapping system that has been designed in the MATIS lab of IGN as well as its operational use. A detailed analysis of image data is proposed and data used for this work is discussed. The second part tackles the standard calibration procedure. First, camera calibration is performed by using a panoramic-based acquisition geometry, which allows not to required ground control points. Secondly, a full calibration procedure dedicated to the Stéréopolis V2is proposed so as to determine accurately the position and orientation of all the cameras. For that purpose, two procedures are explained : one requiring an area with points positioned with high accuracy ,and the other one based only the data acquisition. The third section details the compensation applied to the mobile mapping car that allows to improve poses of a large number of images. The mathematical formulation is proposed, and various cases of the method are explained. Data management is also presented since it is a mandatory step for efficient large amount of data management The fourth and final part of the thesis presents different registration scenarii, where methods developed in this work can be used individually as well as combined with other ones so as to bring higher coherence between sequences of distinct images

Pour appliquer aux glaciers les lois de la mécanique des milieux continus, on considère une surface et un lit lissés à l'échelle de quelques dizaines de mètres. Lorsque la surface d'un glacier ainsi lissée ne peut quand même pas être assimilée à un plan, le calcul des contraintes en profondeur doit faire intervenir les variations de pente de la surface lissée et les variations de la vitesse superficielle Ce calcul a été fait par Lliboutry (1969), dans le cas où les lignes de niveau de la surface restent parallèles entre elles et perpendiculaires à l'axe d'écoulement, en approchant les vitesses et les contraintes à la surface dans une partie limitée du glacier par des polynômes. En appliquant à la chute de glace des séracs du Géant les expressions obtenues pour les contraintes, un premier calcul peu précis le conduit à un frottement contre le lit à peu près proportionnel à la pression normale, cela en quatre points. Afin de préciser ces résultats qui utilisaient quelques vitesses superficielles seulement,. mesurées en 1960 et une restitution de photographies aériennes prises en 1958, nous avons fait des mesures de vitesses et un relevé de la surface, par photogrammétrie terrestre . Ce travail sur la chute de séracs du Glacier du Géant, fait partie d'une étude en cours, plus vaste, concernant toute la dynamique de la Mer de Glace .

Dans un contexte d'anthropisation croissante de la frange littorale, et d'intensification des risques côtiers, la mise en œuvre de politiques de Gestion Intégrée des Zones Côtières (GIZC) s'impose. Cette gestion se concrétise notamment par un suivi de l'évolution littorale, nécessitant des techniques adaptées à ce type d'environnement et permettant de mesurer les variations morphologiques mais également de mieux comprendre les processus mis en jeu. Cette thèse s'inscrit dans la problématique de développement de méthodes d'observation et de quantification de l'évolution morphodynamique. Elle se focalise sur un suivi 3D à très haute résolution spatiale de l'interface Terre-Mer au niveau d'une plage sableuse, de l'échelle journalière à pluri-annuelle. Les méthodes proposées s'appuient sur des techniques de télédétection : stéréo-photogrammétrie depuis un drone hélicoptère, acquisitions au Scanner Laser Terrestre (TLS) et acquisitions au Sondeur Multi-Faisceaux (SMF) petits fonds sur les parties immergées de la plage. Pour chacune de ces techniques, nous avons élaboré un protocole spécifique d'acquisition et de traitement des données aboutissant à la génération de Modèles Numériques de Terrain (MNT), puis de MNT différentiels diachroniques. Cette approche multi-source permet de fusionner les données terre-mer (sur une frange s'étendant du haut de plage à 15 m de profondeur) et offre ainsi une vision synoptique des transferts de matière au sein du compartiment sédimentaire. Les techniques présentées ont été mises en oeuvre à la Plage de Porsmilin (Mer d'Iroise). Les résultats des levés récurrents ont fait l'objet d'une analyse de la variabilité morpho-sédimentaire à différentes échelles spatio-temporelles. Le suivi de la cellule sédimentaire a permis de déterminer la profondeur de fermeture à l'échelle annuelle et d'identifier les tendances saisonnières. Aux échelles spatio-temporelles plus fines, nous avons pu étudier l'évolution de figures sédimentaires telles que des bermes ou des croissants de plages. Autant que possible, chaque observation s'accompagne d'une identification du (des) forçage(s) hydrodynamique(s) sous-jacent(s).

L'interprétation de scènes tridimensionnelles dans un contexte cartographique met en jeu de nombreuses techniques, des plus traditionnelles, comme la photogrammétrie à partir d'images aériennes, jusqu'aux plus récentes, comme l'altimétrie laser. Si la photogrammétrie intègre les traitements géométriques liés à l'orientation des images, ainsi que le calcul des altitudes associées à chaque pixel par des processus de corrélation, les systèmes laser aéroportés (capteurs actifs) intègrent un mécanisme de géoréférencement direct (couplage Inertie-GPS) des impulsions lumineuses émises, fournissant ainsi une représentation de la topographie sous la forme d'un nuage de points 3D. Les objectifs de cette thèse étaient dans un premier temps de valoriser de manière autonome les données 3D issues de la technologie laser, compte tenu de leur caractère novateur, puis d'étudier divers aspects de l'intégration de ces données à un savoir-faire photogrammétrique. Nous nous sommes donc intéressés dans une première partie à l'extraction automatique de points laser appartenant au sol (paysages urbains et ruraux). L'analyse de ces points sol nous a menés à la recherche d'une modélisation dense du terrain sous la forme d'une grille régulière d'altitude à travers la définition d'un modèle bayésien de régularisation de surface. Les points appartenant à la composante sursol, dans le cadre de l'étude du milieu urbain pour la modélisation du bâti, ont été analysés à la lumière d'un algorithme de recherche de primitives planes (facettes de toits) basé sur une modification de l'estimateur robuste RANSAC. La seconde partie concerne l'étude effective du couplage des techniques laser et photogrammétriques. Il s'agit d'utiliser conjointement la grande précision des mesures laser (<5 cm pour la composante altimétrique sous certaines conditions) avec d'une part la radiométrie issue des images aériennes, mais aussi avec les images d'altitudes correspondantes. La confrontation des géométries issues de ces deux systèmes fait apparaître des décalages tridimensionnels non linéaires possiblement liés aux dérives temporelles des mesures inertielles. Un algorithme de recalage adapté à la géométrie d'acquisition des bandes laser a donc été mis en place, assurant a posteriori, une cohérence des géométries aussi bien 2D que 3D. À partir d'une mise en correspondance locale des surfaces, un mécanisme de corrections par fenêtres glissantes simule les dépendances temporelles des variations, sans imposer de modèle global de déformations. Enfin, nous avons exprimé la complémentarité des deux systèmes à travers l'extraction de facettes 3D de bâtiments par un mécanisme de segmentation hiérarchique d'images basé sur la définition d'une énergie d'agrégation de régions élémentaires dépendant à la fois des informations présentes dans l'image, des points laser et de la classification préalablement effectuée.

En dépit des progrès réalisés en vision par ordinateur et en photogrammétrie, la reconstruction tridimensionnelle de scènes à partir de photographies reste un problème extraordinairement complexe et loin d'être résolu. Dans cette thèse, nous nous intéressons au domaine plus restreint de la reconstruction automatique de bâtiments à partir d'images aériennes en multi-recouvrement. En décalage par rapport aux méthodes à base de modèles prédéfinis, notre approche utilise une modélisation très générique des bâtiments comme polyèdres sans surplomb. Pour pallier le manque de robustesse inhérent à la plupart des approches génériques, des contraintes a priori sont introduites dans la sélection de la meilleure représentation favorisant ainsi, sans les imposer, des choix correspondant à des situations récurrentes dans un environnement urbain: parallélisme, horizontalité, orthogonalité, symétrie verticale de certaines facettes. Par ce raisonnement, le système concilie à la fois les problématiques de généricité et de généralisation. La stratégie générale se compose de quatre étapes majeures. La première consiste à extraire des images trois types de primitives tridimensionnelles qui serviront à construire les modèles de bâtiments puis à sélectionner la meilleure représentation: segments 3D, facettes planes, discontinuités altimétriques. Dans un deuxième temps, l'algorithme extrait, à partir de l'arrangement de plans déduit des primitives planes, toutes les hypothèses de bâtiments modélisés comme surfaces polyédriques continues et sans surplomb. Il est prouvé, à cet effet, que cette procédure se ramène à la recherche exhaustive des cliques maximales d'un graphe adéquat. Dans l'ensemble de toutes ces hypothèses, la sélection du modèle final se fait, dans un troisième temps, par le biais d'une formulation bayésienne qui prend en compte différents types d'observation. La complexité du modèle de bâtiment et les contraintes a priori sur les primitives telles qu'orthogonalité, parallélisme, symétrie, horizontalité sont naturellement introduites dans cette formulation pour concilier adéquation aux données et simplicité de formes. Enfin, les contraintes détectées sur les primitives sont effectivement introduites dans la reconstruction. L'algorithme utilise alors une paramétrisation implicite du bâtiment qui assure l'application des contraintes sur le modèle final. La méthodologie de recherche de l'ensemble des formes admissibles par cliques maximales constitue, avec l'intégration de contraintes dans le processus de choix de la représentation et de recalage du modèle, les contributions majeures du système présenté. Des résultats et une évaluation sur images aériennes prouvent la validité de cette approche qui permet de traiter des bâtiments aux formes arbitrairement complexes et de pallier, le cas échéant, les défauts de focalisation. Malgré cette généricité, le système se révèle tolérant aux erreurs des détecteurs de primitives et présente des caractéristiques intéressantes pour la modélisation de scènes péri-urbaines.

A l'heure actuelle, l'étude d'une falaise instable nécessite la mesure sur place, à l'aide d'une boussole clinomètre, de sa fracturation. Ce n'est pas sans inconvénient pour des raisons d'accessibilité et de dangerosité de la mesure. Pour étudier la morphologie de ces falaises sans recourir à ces mesures in-situ, il faut faire appel à des méthodes de télédétection. Deux méthodes semblent a priori particulièrement adaptées pour ce faire. La photogrammétrie permet de calculer la position XYZ d'un point à partir de la position de l'image de ce point sur deux photographies prisent depuis des points de vue différents. Cette technique éprouvée connait un nouvel essor avec les progrès des appareils numériques. La scannerisation laser, quant à elle, consiste à calculer la position d'un très grand nombre de points de la paroi en mesurant le temps de trajet aller-retour d'une impulsion laser. Ces deux méthodes connaissent des limitations différentes en terme de résolution, de précision, de temps d'acquisition sur site et de traitement a posteriori. La photogrammétrie et la scannerisation laser ont été utilisées sur quatre sites afin de tester l'efficacité de ces méthodes sur des cas concrets de falaise instable. Le site du Rocher du Midi (Vercors, 38, France) a été étudié à l'aide de deux scans laser réalisés depuis le sommet de la paroi instable, avec des points de vue très rasants sur fa zone d'étude, ainsi qu'au moyen d'une couverture photographique réalisée avec un appareil argentique grand format depuis un hélicoptère. Le Ravin de L'aiguille (Chartreuse, 38, France) a été étudié à partir de deux scannerisations laser réalisées en tête de paroi, l'une depuis un point de vue très rasant et l'autre depuis un point de vue presque frontal, permis par la géométrie très échancrée de la ligne de crête, ainsi qu'avec une couverture photographique réalisée avec un reflex numérique depuis un hélicoptère. Le Rocher de la Bourgeoise (Vercors, 38 France) a été étudié au moyen d'une scannerisation laser héliportée et d'une couverture photographique réalisée en même temps avec un appareil numérique. Les gorges de Paganin (06, France) ont été étudiées au moyen de trois scannerisations laser réalisées depuis le pied de la paroi. Pour pouvoir exploiter les données de scannerisation laser issues de ces quatre sites, le concept d'image solide, développé par le Politecnico de Turin, a été réimplanté dans le logiciel ImageJ afin de développer aisément des greffons pour chacune des mesures utiles à l'exploitation. La comparaison des résultats obtenus par cette méthode avec ceux obtenus par photogrammétrie et ceux issus des mesures directe sur site valide l'efficacité des deux méthodes de télédétection, avec cependant quelques réserves. Les méthodes de télédétection, et en particulier l'image solide, apportent une plus value notable par rapport aux mesures in-situ en terme de capacité de support aux mesures géophysiques complémentaires et de réalisation d'un modèle géométrique complet en prélude à une simulation de stabilité. Cependant des développements restent à faire, tant sur l'exploitation des scannerisations laser que sur l'utilisation de la photogrammétrie, pour permettre de tirer le meilleur parti possible de ces deux techniques.

La présente étude avait pour objectif principal d'examiner la validité des tables de rendement dans la prédiction de l'évolution de la hauteur dominante des peuplements mixtes situés dans la région du Lac Duparquet (Abitibi-Témiscaminque, Québec). Plus précisément, nous avons d'abord mesuré la hauteur de la canopée pour la période 1945 à 2003 à partir de modèles numériques de surface (MNS) et de modèle numérique de terrain (MNT) photo-lidar pour ensuite les comparer avec les valeurs prédites par les modèles de Pothier et Savard (1998). Notre étude envisageait également une analyse des facteurs environnementaux qui pourraient affecter le développement des peuplements mixtes et en conséquence, engendrer un biais dans la prédiction de la croissance de la hauteur de ceux-ci. Nous avons réussi à reproduire avec succès les procédures de télédétection, puisque nous avons observé une précision sub-métrique pour les mesures altimétriques des MNS de 1965 et 1983 (0.67 m et 0.60 m respectivement) et une précision d'environ 1.65 m pour 1945. L'erreur quadratique de la hauteur dominante calibrée varie entre 57 cm et 2.12 m et le biais moyen absolu est entre 36 cm à 1.8 m. À partir de l'analyse des changements de la hauteur dominante entre 1945 et 2003, nous avons constaté que les modèles proposés dans Pothier et Savard (1998) prédisent la hauteur dominante avec une grande acuité pour l'ensemble des peuplements étudiés, à l'exception des peuplements mixtes dominés par les résineux. Les erreurs de prédictions étaient en dessous de 10 % pour les peuplements purs (PF : biais = 1.32% (0.27 m), RMSE = 6.61 % (1.36 m); PR : biais = 3.08 % (0,37 m), RMSE : 5.17 % (0.62 m)), et ce, pour les peuplements de dominance feuillue ou résineuse. Pour les peuplements mixtes, cependant, nous avons observé que le modèle a tendance à sous-estimer la hauteur dominante, notamment pour les résineux (MF : biais = -4.67 % (-0.86 m), RMSE = 1l.38 % (2.11 m); MR : biais: -11.92 % (-1.74 m), RMSE: 20.77 % (3.03 m)). Lorsque nous avons analysé le biais de prédiction en utilisant les variables environnementales, nous avons constaté que trois variables ont contribué de manière significative à la prédiction de l'erreur : le nombre d'essences dans la placette, la tolérance à l'ombre de l'essence dominante, ainsi que le temps depuis la dernière perturbation. Ainsi, le problème dans l'estimation de l'évolution de peuplements mixtes résineux semble être lié à de nombreux facteurs qui vont du trait fonctionnel de l'essence dominante (le sapin baumier est tolérant à l'ombre), à la dynamique du peuplement (âge, nombre d'essences, stabilité de la cohorte dominante, effet de la TBE). ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : forêt boréale mixte, modèles de croissance, hauteur dominante, photogrammétrie, altimétrie laser

La morphologie de l’île tropicale volcanique de la Réunion (Océan Indien) est caractérisée par des vallées fortement incisées et des structures pluri-kilométriques particulières de forme circulaire appelées « cirques ». Ces morphologies sont présentes à la fois sur les flancs du volcan éteint, le Piton des Neiges, et sur les flancs du volcan en activité, le Piton de la Fournaise. Elles témoignent des processus d’érosion et de transport sédimentaire intenses qui s’y produisent. L’intensité de ces processus est liée à la fois au relief prononcé et aux évènements météorologiques extrêmes, les cyclones, durant lesquels de fortes pluies provoquent un ruissèlement important sur les versants et les crues des rivières. Ces crues, d’un débit qui peut atteindre plusieurs milliers de mètres cubes d’eau par seconde, sont responsables d’un transport important des sédiments vers la côte. Dans ce travail, nous avons testé des solutions permettant de mesurer des volumes sédimentaires érodés et transportés par l’utilisation de données de télédétection multi-sources. En effet l’intensité des crues ne permet pas une mesure précise des volumes sédimentaires transportés par les rivières durant les cyclones, les appareils de mesures classiques ne résistant pas à ces évènements très énergétiques. Nous avons donc développé des méthodologies d’acquisition et de traitement de la topographie par LiDAR terrestre et par imagerie optique acquises depuis un ULM. Ces deux techniques ont été mises en oeuvre sur le terrain en mai 2014 et en mai 2015. De plus, afin d’étendre la période temporelle des observations nous avons valorisé les données d’archives d’imagerie aérienne qui existent depuis 1949 sur l’île. Nous avons calculé des MNT diachroniques, et nous avons développé une méthodologie de corrélation d’images SPOT-5 en contexte tropical fortement végétalisé.Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives pour explorer le potentiel de la télédétection afin d’affiner les connaissances sur les volumes de sédiments érodés et transportés en contexte volcanique tropical. / The morphology of the tropical volcanic island of la Réunion (Indian Ocean) is characterized by deeply incised canyons and plurikilometric structures with a circular shape called cirques. These morphologies are present both on the slope of the extinct volcano, the Piton des Neiges, and the active volcano, the Piton de la Fournaise, and are the consequence of intense sedimentary erosion and transport processes. The intensity of these processes is linked to the pronounced surface relief and to extreme meteorological events, such as cyclones, during which heavy rainfall causes significant runoff on hillslopes and subsequent river floods. During extreme floods, flows can reach several thousands of cubic meters per second, and is the primary mechanism responsible for the transport of sediment to the seashore.The intensity of extreme floods makes precise measurements of the sedimentary volumes transported by rivers during cyclones difficult because typical in-situ measuring devices are not able to withstand such energetic events. In this work, novel solutions to measure eroded and transported sedimentary material using multi-source remote-sensing data are evaluated. Methods were developed to acquire and process topographic data using terrestrial LiDAR and optical imagery, with photographs acquired from a microlight. These techniques were implemented on the island in May 2014 and May 2015. Furthermore, in order to extend the temporal observation period, archived aerial images acquired since 1949 over the island were used. Diachronic DEMs were processed and a methodology for SPOT-5 image correlation in a densely vegetated tropical context was developed.This work opens new possibilities to explore the potential of remote-sensing techniques in order to better understand the erosion and transport of sediment volumes in this tropical volcanic context.