Le peuplement de BDRM-3D (Bases de Données à Représentation Multiple 3D) est de plus en plus requis pour supporter des applications avancées de cartographie sur demande et d’analyse décisionnelle géospatiale. Cette thèse présente une nouvelle approche de saisie photogrammétrique en représentation multiple visant à peupler une BDRM-3D de bâtiments. L’approche proposée est nommée approche SAISIE car elle est Semi-Automatique, Initialisée et Supportée par l’Intervention humainE. Elle traite simultanément l’extraction des Géométries Détaillées (GD) et des Géométries Simplifiées (GS). Elle s’appuie notamment sur les nouveaux concepts de Patron d’Acquisition en Représentation Multiple et d’« Instance Driven SASS » (Sélection et Gestion des Algorithmes, des Sources et des Réglages gérée au niveau de l’instance) afin d’améliorer la performance des traitements automatiques mis en œuvre. Ces deux concepts ont été introduits lors de cette recherche. Le concept de PARM résulte du rapprochement des concepts de patron géométrique (introduit pour supporter la généralisation) et de modèle paramétrique (introduit pour supporter la saisie photogrammétrique). Deux nouveaux algorithmes de reconnaissance de forme, l’un traitant de la détermination automatique des paramètres d’implantation de patrons géométriques 3D et l’autre de l’extraction automatique des emprises au sol de bâtiments, ont par ailleurs été introduits lors de la réalisation de cette thèse. L’approche SAISIE ainsi que les concepts et algorithmes proposés pour la supporter ont été mis en œuvre et expérimentés sur quatre sites de tests couvrant plus de trois cent bâtiments. Les résultats obtenus et l’expérience acquise lors des développements des prototypes nous ont permis d’établir une analyse de l’approche SAISIE ainsi que des recommandations pour les recherches futures. / 3D MRDB (Multi Representation Data Base) population is more and more required to support advanced cartographical applications and advanced geospatial decisional analysis. This dissertation presents a new photogrammetric approach dedicated to multiple representation acquisition process to populate the buildings of a 3D MRDB. The proposed approach is named SAISIE (this French acronym matches with a semi-automatic acquisition process, initialized and supported by human intervention). The SAISIE approach tackles simultaneously the Detailed Geometries (DG) extraction and the Simplified Geometries (GS) extraction. This uses both the Multi-Representation Acquisition Pattern concept and the Instance Driven SASS concept (SASS : Selection of the Algorithms, Sources and Setting) to improve the process performance. These two new concepts have been introduced during this research. The MRAP concept stems from bridging together the geometric pattern concept (used to support generalisation process) and the parametric model (used to support the photogrammetric building extraction). Two new algorithms have also been introduced. The first one deals with the automatic implantation of 3D geometric pattern and the second one with the automatic extraction of building footprints. The SAISIE approach, the new concepts and the two new algorithms, have been implemented and tested with four test sites. These test sites cover more than three hundred buildings. Results analysis and several recommendations, based on our experimentation and experience, are proposed to conclude this dissertation.

La mise en registre et l'intégration des vues est une phase essentielle et inévitable dans un processus de modélisation 3D. L'étape la plus difficile de ce problème est d'estimer les poses relatives entre les vues sans utiliser l'information initiale sur la position du capteur ni d'intervention de l'utilisateur avant l'étape d'acquisition. Nous proposons une méthode de mise en registre globale automatique pour les données en format de nuages de points. Le principal problème abordé dans cette thèse est de résoudre le problème d'intégration et de mise en registre de vues dans la modélisation 3D pour les données en format de nuages de points. L'approche globale proposée est basée sur le framework de champ vectoriel et effectue automatiquement une mise en registre de grossière à plus précise sans formuler d'hypothèse sur la position initiale entre les vues ou de pré-traitement manuel de positionnement initial. En particulier, nous exploitons une représentation de champ vectoriel augmentée afin d'implémenter la segmentation et l'extraction de caractéristiques sur la surface d'un objet afin de détecter des correspondances. En outre, le processus de rafinement de pose dans le champ vectoriel réduit la complexité de la recherche de correspondances du point le plus proche puisque l'information est implicitement codée dans la représentation de champ vectoriel. De plus, en exploitant la représentation de champ vectoriel, nous offrons une nouvelle méthode de mise en registre qui supporte toutes les étapes de la modélisation 3D sans nécessiter de transformation de la représentation des données. Une solution alternative à l'aide d'une variation de RANSAC-DARCES basée sur le champ vectoriel permet au procédé proposé de traiter des objets de différents types de géométrie. Enfin, l'approche proposée est validée sur plusieurs ensembles de données tels que les modèles standards, ainsi que de vrais modèles numérisés par des scanners portatifs tenus en main. La performance de la méthode proposée est évaluée par inspection visuelle et quantitativement par la mesure de l'erreur de correspondance. / View integration and registration is an essential and unavoidable phase in a 3D modeling process. The most challenging step of this problem is to estimate relative poses between views without using any initial information of the scanning position or using intervention prior to the acquisition step. We propose an automatic global registration method for point cloud data. The main problem addressed in this thesis is to solve the view integration and registration problem in 3D modeling for point cloud data. The proposed global approach is based on the Vector Field framework and automatically performs coarse to fine registration without requiring any assumption on the initial position between views or manual pre-processing for initial positioning. In particular, we exploit an augmented Vector Field representation to implement segmentation and extraction of features on the surface of an object in order to detect correspondences. In addition, the pose refinement process in the Vector Field reduces the complexity of the search for closest point correspondence since the information is implicitly encoded in the Vector Field representation. Also by exploiting the Vector Field representation, we provide a new method of registration that supports all steps of 3D modeling without requiring transformation of the data representation. An alternative solution using a variation of RANSAC-DARCES based in the Vector Field enables the proposed method to deal with objects of various types of geometry. Finally, the proposed approach is validated on multiple data sets such as standard models as well as real models scanned by hand-held scanners. The performance of the proposed method is evaluated by visual inspection as well as quantitatively by measuring the correspondence error.

Ce mémoire de maîtrise présente l'étude réalisée an d'obtenir une mesure de référence du frottement pariétal dans le canal hydrodynamique conçu par Coulaud (2013). Ce canal est destin é à étalonner des capteurs de frottement pariétal afin de pouvoir obtenir un meilleur aperçu de l'écoulement dans les turbines hydrauliques. Le canal hydrodynamique du laboratoire doit alors représenter un écoulement de Poiseuille plan dont le frottement pariétal moyen est connu. Ainsi, le frottement pariétal moyen a été obtenu par une mesure du gradient longitudinal de pression. Utilisée lors des essais préliminaires de Coulaud (2013), cette méthode a été améliorée par l'emploi d'un manomètre à 13 colonnes d'eau. À cause du rapport de forme du canal, le frottement pariétal moyen obtenu par le gradient longitudinal de pression doit être corrigé (Vinuesa et al., 2015) pour devenir une valeur de référence. Afin de vérifier ces résultats, une autre méthode de mesure du frottement pariétal basée sur les fluctuations des composantes débitante et transversale de la vitesse a été mise en place. Un système de vélocimétrie laser à effet Doppler (LDV) a été utilisé pour ces expériences. Avec les deux méthodes de mesure, la tendance d'évolution du frottement pariétal moyen en fonction du nombre de Reynolds est identique. Par contre, un écart significatif entre les valeurs obtenues est mesuré. En effet, par la méthode utilisant le LDV, la valeur du frottement pariétal moyen est toujours supérieure à celle issue du gradient longitudinal de pression. Dans l'objectif de confirmer que l'écoulement dans la section centrale du canal était conforme à l'écoulement de Poiseuille plan, le même système LDV a été utilisé. En effet, les profils transversaux des grandeurs moyennes et des niveaux de turbulence des composantes débitante et transversale de la vitesse ont montré que l'écoulement est pleinement développé et bidimensionnel. / This Master's thesis presents the study conducted to obtain a reference measurement of the wall shear stress in the hydrodynamic channel designed by Coulaud (2013). This channel is destined to calibrate wall shear stress sensors in order to get a better understanding of the flow in hydraulic turbines. The laboratory's hydrodynamic channel therefore needs to recreate a planar Poiseuille flow in which the mean wall shear stress is known. Thus, mean wall shear stress was obtained by measuring longitudinal pressure gradient. Used during preliminary tests of Coulaud (2013), this method was improved with a 13 water columns manometer. Because of the aspect ratio of the channel, wall shear stress obtained by this method needs a correction (Vinuesa et al., 2015) to provide a reference value. In order to verify those results, another wall shear stress measurement method based on fluctuations of longitudinal and transverse velocity components was performed. A laser Doppler velocimetry system was used for these experiments. Both methods present the same trends. However, a significant deviation between obtained values is measured. Indeed, with the LDV method, mean wall shear stress values are always greater than those from longitudinal pressure gradient method. To conform that the flow in the central core of the test section was equivalent to a planar Poiseuille flow, the LDV system was used. Indeed, transverse profiles of mean and turbulent levels of longitudinal and transverse velocity components demonstrate that the flow is fully developped and two-dimensional.

Le dessin de définition fonctionnelle décrit les exigences géométriques à respecter pour une pièce afin de garantir le bon fonctionnement d'un mécanisme. Le gammiste détermine une gamme de fabrication permettant de réaliser la pièce en respectant les spécifications fonctionnelles. Il doit déterminer les spécifications de fabrication pour chaque phase, qui permettront de respecter les spécifications fonctionnelles. La méthode présentée dans cette thèse a pour but de générer automatiquement ces spécifications de fabrication pour une gamme donnée. La méthode de transfert s'appuie sur l'analyse des mobilités des surfaces tolérancées et des surfaces de référence. Les mobilités sont modélisées par des indications vectorielles, exprimées dans un repère local pour chaque élément. Quatre opérateurs sont proposés pour manipuler ces mobilités. La méthode est ascendante. Une spécification de fabrication positionne ou oriente la surface réalisée en dernier par rapport au système de références de la phase. La méthode des droites d'analyse donne l'influence de sa tolérance sur l'exigence. Le transfert se poursuit jusqu'à ce que toutes les surfaces soient actives dans la même phase. Un démonstrateur de transfert a été réalisé avec Excel pour une pièce et une gamme décrites dans CATIA. / Functional drawing describes geometrical requirements to respect for a part in order to ensure the good functioning of a mechanism. Process engineer determines a plan process for the realization of the part in accordance with the functional requirements. He must determine manufacturing requirements for each phase, which allow to respect functional requirements. The method introduced in this PhD thesis aims at automatically generating these manufacturing requirements for a given plan process. The transfer method is based on the analyse of toleranced surfaces and datum surfaces mobilities. Mobilities are modeled by vectorial representations, expressed in a local frame for each element. Four operators are put forward to manipulate these mobilities. The method is ascendant. A manufacturing requirement locates or orientes the last manufactured surface regarding the datum target frame of the phase. The analysis line method gives the impact of its tolerance on the functional requirement. The transfert follows through until all surfaces are active in the same phase. A transfer software has been developped with Excel for a part and a plan process described in CATIA.

Ce mémoire traite de la modélisation tridimensionnelle des champs électriques et des champs magnétiques par la méthode des éléments finis. <br />Le premier chapitre consacré à l'étude des problèmes scalaires comporte, outre la formulation scalaire, une analyse exhaustive de l'application de cette formulation à la détermination directe des grandeurs intégrales. Les flux, les capacités et les inductances sont calculés à l'aide de la notion de co-énergie. L'évaluation des forces et couples fait appel au principe des travaux virtuels. La philosophie dégagée de cette méthodologie, nous a amené à imaginer une méthode d'évaluation de l'influence des paramètres géométriques et physiques sur les grandeurs intégrales.<br />Dans le deuxième chapitre nous étudions la formulation variationnelle des problèmes de magnétostatique dans lesquels le champ dérive d'un potentiel vecteur. Les conditions aux limites sont l'objet d'une attention particulière. Le problème de l'unicité de la solution est résolu en introduisant une formulation variationnelle qui utilise le principe de pénalité. Cette formulation est développée à la fois en coordonnées cartésiennes et cylindriques : ces dernières sont particulièrement bien adaptées à l'étude des machines tournantes. Bien entendu l'application de cette formulation au calcul des grandeurs intégrales découle de la méthode directe décrite dans le premier chapitre.<br />Dans le troisième chapitre, nous abordons l'étude de l'organisation générale des logiciels de calcul des champs. Nous proposons une structure de logiciel qui permette, en bidimensionnel comme en tridimensionnel, d'aborder les problèmes d'optimisation automatique ou assistée dans les meilleures conditions.

Bien qu'assez répandus dans le milieu naturel et dans diverses activités industrielles, les écoulements granulaires denses possèdent des caractéristiques particulières qui semblent dépendre fortement des géométries observées. Lorsque le fond qui supporte la coulée peut être érodé, les mécanismes déterminant la position de l'interface liquide-solide ou la vitesse à laquelle la pente est dévalée ne sont pas encore bien compris. Ceci provient du manque de connaissance de la rhéologie des écoulements granulaires et constitue le coeur de cette thèse.<br /><br />Ce travail s'articule principalement en trois parties. Premièrement, dans le but de fournir une description détaillée des écoulements sur tas, une étude expérimentale systématique des écoulements stationnaires a été menée dans un canal. Nous avons ainsi pu mettre en évidence l'importance des parois latérales du système dans le cadre des écoulements à la surface d'un tas : les propriétés de l'écoulement sont complètement contrôlé par la largeur du canal. Ce constat nous a ensuite conduit à la proposition d'une modélisation fondée sur une rhéologie récemment développée.<br />Cette rhéologie a été ensuite étendue à trois dimensions et appliquée à notre configuration. Des simulations numériques permettent de reproduire correctement les propriétés des écoulements stationnaires. Nous avons enfin étudié un phénomène transitoire particulier afin de comprendre la manière dont l'épaisseur coulante évolue. Malgré la présence de certaines limitations, ce travail montre qu'une description locale des écoulements granulaire est appropriée et que la rhéologie proposée ouvre la voie à des modélisations plus complètes des écoulements granulaires denses.

La mise en contact d'une roche argileuse avec une solution aqueuse entraîne l'apparition d'un gonflement qui joue un rôle important dans le comportement des ouvrages creus ́es dans ce type de terrain. Cette déformation est marquée par un caractère tridimensionnel et anisotrope et fait intervenir plusieurs mécanismes comme l'adsorption, l'osmose ou la capillarité. Plusieurs travaux de recherche se sont intéressés au gonflement et ont souvent ́été controversés en raison de la complexité des phénomènes impliqués. Cette thèse s'inscrit dans le cadre de ces recherches et vise à contribuer à la compréhension du gonflement des roches argileuses lorsqu'elles sont confinées et soumises à une solution hydratante. L'essentiel des travaux réalisés dans cette thèse a concerné l'argilite de Lorraine et l'argilite de Tournemire. Pour caractériser le gonflement et identifier les principaux paramètres qui le gouvernent, il était nécessaire d'aborder le problème en premier lieu avec une approche expérimentale. De nombreux dispositifs ont alors été mis au point afin de réaliser des essais dans différentes conditions de gonflement. Afin de faciliter l'interprétation des essais et par la suite la modélisation des comportements observés, la démarche expérimentale adoptée a consisté à étudier le gonflement à partir d'une analyse mécanique suivie d'une analyse chimique. Dans la partie mécanique, le gonflement a été étudié en imposant à l'échantillon des sollicitations mécaniques et en maintenant invariante la solution d'hydratation durant les essais. Les principaux points examinés étaient, d'une part, l'effet des conditions aux limites latérales sur le gonflement axial (déplacement nul ou contrainte constante), et d'autre part, l'influence de la contrainte axiale et son historique de déchargement sur le gonflement radial. L'anisotropie du gonflement a été étudiée en effectuant, pour différentes orientations de l'échantillon, des essais de gonflement libre, de gonflement empêché et de gonflement uniaxial. Cet ́éventail d'essais mécaniques a permis d'étudier le gonflement tridimensionnel anisotrope en passant du gonflement maximal au gonflement nul et de choisir le type d'essai le plus approprié à utiliser dans la suite de la recherche. L'analyse précise effectuée pour expliquer les mécanismes qui sont à l'origine du gonflement a montré que le comportement est surtout régi par des phénomènes électrochimiques qui s'opèrent entre les ions de la solution et les feuillets argileux. Ce résultat important nous a conduit à développer plus en détail dans la partie chimique le rôle de la solution aqueuse. Dans cette partie, le gonflement a été dans ce cas étudié en imposant à un échantillon des sollicitations chimiques tout en maintenant constante la contrainte axiale appliquée durant les essais. Les sels monovalents et le sel divalent utilisés à différentes concentrations sont le chlorure de sodium (NaCl), le chlorure de potassium (KCl) et le chlorure de calcium (CaCl2). L'objectif recherché était d'analyser les effets de l'historique du chemin chimique avec des concentrations décroissantes ou des concentrations cycliques et de mettre en évidence, sur le gonflement axial, le rôle de la normalité de la solution, de chaque type de sel, de l'anisotropie et de la contrainte appliquée. <br />Les résultats expérimentaux obtenus ont permis le développement d'un modèle rhéologique qui prend en considération le temps, l'anisotropie, le chargement appliqué et le chimisme de la solution d'hydratation. Ce modèle a été intégré dans un code numérique et des applications sur des cas simples ont été réalisées pour montrer sa validité.

Ce travail a été motive par la volonté d'obtenir rapidement des modèles fidèles du corps humain. Nous avons créé et implémenté un ensemble de méthodes permettant de générer des maillages éléments finis en se basant sur une imagerie sériée (coupes anatomiques, scanner, irm). La génération de maillages a été décomposée en trois grandes parties : extraction de contours, reconstruction 3d, maillage surfacique ou volumique. Les méthodes de détection de contours ont été choisies afin d'être applicables sur tout type d'imagerie sériée dans le but d'être d'un emploi le plus large possible. Les méthodes de reconstruction 3d et maillage sont originales et basées sur une décomposition octaédrique de l'espace. Elles génèrent directement des éléments quads et hexas. La validation de la chaîne de traitement et des modèles obtenus a été effectuée sur le segment céphalique. Divers autres segments ont aussi été abordés même si leur étude n'est ici aborde qu'en guise d'illustration.

Le dessin de définition fonctionnelle décrit les exigences géométriques à respecter pour une pièce afin de garantir le bon fonctionnement d'un mécanisme. Le gammiste détermine une gamme de fabrication permettant de réaliser la pièce en respectant les spécifications fonctionnelles. Il doit déterminer les spécifications de fabrication pour chaque phase, qui permettront de respecter les spécifications fonctionnelles. La méthode présentée dans cette thèse a pour but de générer automatiquement ces spécifications de fabrication pour une gamme donnée. La méthode de transfert s'appuie sur l'analyse des mobilités des surfaces tolérancées et des surfaces de référence. Les mobilités sont modélisées par des indications vectorielles, exprimées dans un repère local pour chaque élément. Quatre opérateurs sont proposés pour manipuler ces mobilités. La méthode est ascendante. Une spécification de fabrication positionne ou oriente la surface réalisée en dernier par rapport au système de références de la phase. La méthode des droites d'analyse donne l'influence de sa tolérance sur l'exigence. Le transfert se poursuit jusqu'à ce que toutes les surfaces soient actives dans la même phase. Un démonstrateur de transfert a été réalisé avec Excel pour une pièce et une gamme décrites dans CATIA.

Les apports d’un cadastre 3D ont été démontrés par plusieurs chercheurs et organisations. Malgré ces nombreux travaux, très peu d’analyses et de synthèses sont proposées quant à l’utilité ou les usages spécifiques d’une représentation volumique (3D) cadastral dans le contexte particulier d’une gestion municipale. Dans ce sens, l’objectif principal de cette étude est de mieux connaître les usages actuels et besoins des gestionnaires municipaux en matière de représentation volumique cadastrale lorsque des propriétés sont superposées (cas spécifique où la 3e dimension géométrique est perçue comme étant intéressante). L’étude porte spécifiquement sur les cas indiqués comme étant du cadastre vertical du système du cadastre du Québec géré par le ministère des Ressources naturelles du Québec (MRN) et son usage dans certaines villes et municipalités québécoises. Les résultats sont présentés sous forme d’une enquête menée auprès d’un échantillon d’usagers municipaux et par la proposition de mécanismes menant à la production la plus automatisée possible de modèles 3D réalisés à partir des plans complémentaires issus du système du cadastre du Québec. Un sondage sur les usages actuels des plans cadastraux du Québec et des plans complémentaires du cadastre vertical a été effectué auprès d’intervenants municipaux responsables de la géomatique et de la gestion territoriale dans leur municipalité. 48 répondants des 36 municipalités ont participé au sondage, soit 32 répondants de 21 différentes villes, 15 répondants de 15 Municipalité régionale de comté (MRC) et un répondant de la Communauté Métropolitaine de Montréal. Les résultats montrent que 91% des acteurs municipaux sondés utilisent les plans cadastraux et lorsque des situations de superposition verticale des propriétés existent, où le cadastre vertical est disponible, 84% des répondants exploitent effectivement les plans complémentaires dans leurs activités professionnelles. Les répondants ont confirmé un réel besoin de posséder une représentation volumique cadastrale puisque que 81% ont répondu vouloir disposer de ce genre de représentation. Les mêmes usages que ceux des plans cadastraux sont envisagés pour la 3D soit comme appui aux systèmes qui servent à la taxation, à l'émission des permis de construction, au zonage et à l'aménagement du territoire et urbanisme. En termes de contenu de la représentation volumique, les mesures officielles (i.e. la longueur des limites, la superficie et le volume), la distinction entre les lots privés et communs et la géométrie volumique des lots sont jugées nécessaires par 85% des répondants. Finalement, une procédure qui se décline en deux grandes étapes de vectorisation et de modélisation 3D est proposée pour la construction automatisée d’une représentation volumique à partir des fichiers PDF des plans complémentaires. Celle-ci a été testée sur un condominium de trois étages, et prend 17 minutes avec 64 interventions pour la compléter. / Several researches and organizations have demonstrated the role of 3D volumetric representation in cadastral systems. Nevertheless, only a few have examined the usefulness and applications of 3D cadastral representations in municipal management. Thereupon, the principal objective of this study is to better understand the current and anticipated needs for the applications of 3D cadastral representations in municipal management in case of super-imposed properties (where the 3rd geometric dimension is foreseen as appealing). The research specifically investigates the case of vertical cadaster as noted in Quebec’s cadastral system arranged by the Ministry of Natural Resources (MNR) of Quebec Province as well as its application in number of cities and municipalities across the province. This study presents the interests as well as the requirements based on an inquiry among several municipal partners. Moreover, a mechanism is proposed to automate, as much as possible, the procedure to reconstruct cadastral 3D models from the complementary plans (vertically super-imposed data) which exist in Quebec’s cadastral system. A user survey targeting the actual applications of cadastral maps of Quebec as well as the complementary plans of the vertical cadaster was carried out among the municipal authorities who are responsible for geomatics and land management across the province. Totally, 48 participants from 36 municipalities responded to the survey. This includes 21 cities (32 participants), fifteen regional county municipalities (fifteen participants), and one metropolitan community (one participant). The results show that 91% of the participating municipal actors use cadastral maps. In case of super-imposed properties, where vertical cadaster is available, 84% of the respondents effectively benefit from the complementary plans for regulating the respective professional activities. The respondents have confirmed a real need for volumetric cadastral representation as 81% of them would like to have such representation at their disposal. 3D cadastral models have been considered useful to enhance the principal usages of cadastral maps such as taxation, issuance of construction permits, and regional and urban planning. In terms of content, 85% of the respondents indicate that the capabilities to represent the official measures (i.e. length of limits and edges, area, and volume), to distinguish between private and common lots, and to provide the volumetric geometry of the lots are among the necessary requirements of volumetric cadastral representations. Finally, a two-step procedure (vector digitization followed by 3D modeling) is proposed to improve the automation of volumetric cadastral reconstruction from image-form complementary plans (stored in PDF files). This procedure has been tested on a three-story condominium and takes 64 interventions in 17 minutes to complete.