Le diplôme d’Ingénieur INSA (ex-ENSAIS), avec mention de la spécialité Topographie est reconnu par la commission des titres d'ingénieurs.
La spécialité Topographie a été créée en 1897, et sa longue expérience ainsi que son évolution constante lui valent la confiance de nombreux cabinets et entreprises.
L'ingénieur Géomètre-Topographe de l'INSA de Strasbourg, fort d'une double compétence scientifique et technologique, est appelé à assurer les plus hautes responsabilités au sein d'une entreprise.
Il possède une base scientifique large et solide, qui lui confère des outils de conception performants et innovants.
Les enseignements de la spécialité ont pour objectif de former des ingénieurs possédant une bonne culture générale ainsi que les compétences scientifiques et technologiques leur permettant d’accéder à un large éventail de carrières et de s'adapter aux situations tant actuelles que futures.
Capable de concevoir, de préparer des projets, d’en assurer l’exécution, de s'intégrer dans des équipes pluridisciplinaires, l'ingénieur Géomètre-Topographe est maître d'oeuvre dans des domaines très variés (aménagement urbain et rural, travaux cadastraux, géodésie, métrologie industrielle, systèmes d'information géographique, cartographie, photogrammétrie, télédétection, etc.).

2.- Formation d’ingénieur géomètre

La formation assure, en liaison avec les milieux professionnels, la maîtrise des principales disciplines topographiques et consacre une large part aux sciences et techniques connexes. Dans ce but, il est dispensé aux élèves un enseignement approfondi dans les disciplines fondamentales (instruments et méthodes topographiques, topométrie générale et compensation, informatique générale et appliquée, systèmes d’information géographique, géodésie, photogrammétrie et télédétection, etc.).
Des cours de Génie Civil, Génie Rural et Urbanisme permettent aux futurs ingénieurs de collaborer aux réalisations d’autres spécialités et de participer à des projets au sein d'équipes pluridisciplinaires.
La finalité recherchée exigeant également une formation juridique et humaine, les élèves ingénieurs sont initiés à la pratique du droit, à l’expertise foncière, aux sciences humaines, à la gestion d’entreprise et aux langues étrangères.
Les grilles d'enseignements dispensés dans la spécialité sont disponibles sur le site de l’INSA de Strasbourg : http://www-insa.strasbourg.fr/topographie/ (cf. Figure 2.1 : page d’accès au site de l’INSA de Strasbourg, Figure 2.2 : page d’accueil de la spécialité Topographie).
D'autre part, sur les 5 années de formation, les étudiants réalisent un séjour de 3 mois à l'étranger, sous forme de stage, semestre ou projet de fin d'études (PFE), afin de motiver leur ouverture vers l'international.
Enfin, les années de formation à la spécialité sont ponctuées par des modules de projet groupé. En 3ème année le projet groupé concerne des travaux de nivellement de précision et de métrologie d’auscultation, en 4ème année le projet groupé concerne des travaux de relevé de terrain et de cartographie numérique. C’est dans le cadre de ce projet de 4ème année que le projet de SIG est initié.
Au cours de la 5ème année, il s’agit d’un projet d’imagerie et de modèle 3D.

Figure 2.1

3.- La démarche de projet SIG dans un module de formation

3.1- Un projet autour et pour le SIG

La thématique des travaux pratiques de SIG de 4ème année est axée sur les données. Les différents enseignements permettent d’appréhender les données sous toutes leurs formes en passant par la définition, l’acquisition sur le terrain, les différentes formes de saisie (digitalisation, scannage, vectorisation automatique), la structuration, la conversion, le changement de système de coordonnées, l’intégration, etc.). Ces différents cas s’appliquant à des données graphiques ou non, la modélisation et constitution d’une base de données constitue également un point fort.

3.2- Les éléments constitutifs

Le projet mets en œuvre toutes les connaissances acquises jusque là en intégrant la plupart des techniques d’acquisition de données.
Ainsi, le projet comporte :

Toutes ces données ont donc été définies pour une intégration finale dans le SIG dans le but de l’exploitation des ressources SIG disponibles pour le traitement et la mise à jour. Une intégration sous « ArcMAP » permettra de disposer des données structurées en couches exploitables. Les premières analyses spatiales sont également réalisées dans ce module. Les projets sont ensuite publiés sous « PUBLISHER » pour être diffusés et consulté sous « ArcREADER ». Enfin, le mini projet va être exporté sous « ArcPAD» pour les transporter sur le terrain, les contrôler, les compléter et les mettre à jour, la localisation GPS grossière permettant de se repérer et de se positionner à quelques mètres près.
Les différentes phases intermédiaires sont, quant à elles, réalisées en utilisant des outils plus spécifiques à chaque domaine abordé, même si des ressources sous formes d’applicatifs SIG auraient permis les mêmes traitements. Mais ceux-ci ne sont pas toujours suffisamment disponibles.
La zone du projet est un quartier accessible de Strasbourg sur lequel un certain nombre de lots de données sont disponibles. (cf. Figure 3 : plan d’ensemble et zonage du projet sur plan schématique de la CUS).
Toute la classe participant au même projet, mais chaque équipe mettant en place ses propres méthodes, moyens et utilisant des outils au choix, l’accent est mis sur la conformité du résultat obtenu par chacune des équipes, l’intégration finale étant réalisées sur les mêmes outils de la gamme ArcGIS.

FIgure 3

4.- L’acquisition des données

4.1- Levé codifié

Le levé tachéométrique codifié est institué pour l’acquisition de données à grande échelle correspondant à la réalité du terrain au moment de l’acquisition. L’objectif est de réaliser un levé entièrement codifié à l’échelle du 1/200ème en se conformant à un cahier des charges précisant la structure géométrique et l’organisation des informations.
Le traitement de la codification est réalisé en utilisant l’outil Covadis de Géomédia. Le résultat du traitement du levé codifié est un fichier DAO structuré en couches, en objets comportant chacun un identifiant unique par classe d’objet. Ces fichiers DAO sont au format Autodesk .DWG ou Bentley .DGN. Ils sont ensuite intégrables directement dans ArcGIS.
Le travail de préparation de la codification est particulièrement intéressant puisque de la structuration des données qui en découle dépend une plus ou moins facile intégration dans le SIG. (cf. Figure 4.1 : extrait du jeu de symboles pour la codification).
Le jeu des données associées permet de rajouter lors du traitement de la codification des identifiants servant à définir l’appartenance à une classe d’objet, à identifier chaque objet à l’intérieur de la classe.
La majorité des objets sont de type linéaire ou surfacique. Les objets ponctuels ou levés en tant que tels – avec un point – ont une représentation graphique plus complexe à grande échelle et sont donc intégrés comme objets complexes. (cf. Figure 4.2 : résultat graphique du traitement de la codification après intégration sous ArcMAP).
Le référencement spatial des données graphiques est assuré par les opérations de canevas réalisées en utilisant un GPS.

Figure 4.1

Figure 4.2

4.2- Digitalisation d’un fond cadastral

La digitalisation du fond cadastral de la même zone se fait à partir des planches cadastrales au 1/1000ème. La digitalisation est effectuée en respectant la structuration des données de type DXF-PCI en couches et en objets cadastraux. (cf. Figure 4.3 : structuration des données en couches).
Avant de se lancer dans la digitalisation, certaines contraintes sont imposées : il s’agit de ne digitaliser qu’une seule fois chaque élément occupant une même position géographique. Si un élément unique occupe une position géographique, il sera numérisé dans une couche définitive avec ses attributs associés. Si un élément graphique recouvre plusieurs objets dans la gestion future du SIG, il s’agira de le saisir dans une couche particulière, de type mixte.
Les éléments des couches mixtes sont ensuite dupliqués par un outil spécifiquement développé par les étudiants. Il en est de même pour le nettoyage du dessin et la reconstitution de la topologie.
Bien qu’il ne s’agisse là que d’un exercice, les contraintes imposées permettent aux différents groupes de réfléchir à une méthodologie de digitalisation et de développer des petits outils spécifiques.
Le géoréférencement des données digitalisées va de fait par le processus lui-même qui nécessite le calage des planches papiers. (cf. Figure 4.4 : résultat d’une digitalisation du fond cadastral).
Cette partie montre l’un des aspects de la numérisation de données, d’autres exercices semblables utilisant des outils de scannage puis de vectorisation semi-automatique. La comparaison entre les différentes méthodes d’acquisition des données montre bien ici que la préparation (structuration et méthodologie) et la configuration des outils (prototypage) sont des étapes fondamentales pour la réussite de ces opérations de saisie sans retouches fastidieuses.

Figure 4.3

Figure 4.4

4.3- Géoréférencement des données images

Un certain nombre d’autres lots de données sous forme d’images sont disponibles. Il s’agit de les géoréférencer pour pouvoir les intégrer en tant que nouvelles couches dans le SIG. Les résolutions des images étant différentes, elles ne pourront être visualisée qu’entre des limites d’échelles bien choisies.
Les images disponibles sont :
- plan schématique image (1m / pixel). (cf. Figure 4.5 : extrait du plan schématique image).
- orthophotographie (0.25m / pixel)
- planche cadastrale scannée (0.05m / pixel) (cf. Figure 4.6 : extrait du plan cadastral scanné).

Figure 4.5

Figure 4.6

4.4- Base de données

Les éléments de la base de données sont saisis lors d’une séance en réseau. Chaque équipe possède des droits d’accès différents. La base de données est tout d’abord construite et structurée en commun en fonction des objectifs de traitement et des renseignements alphanumériques disponibles. La couche cadastrale est la plus développée lors de cette approche. On y retrouve ainsi une structure de type « cadastre » avec des tables de parcelles, de bâtiments, de propriétaires et de voies, le schéma conceptuel étant étudié auparavant.
L’éclatement des données en plusieurs tables est conforme à des critères de normalisation de la base de données et permet par la suite aux étudiants de s’exercer aux jointures de tables.
Le travail en réseau donne un premier aperçu sur les mécanismes de transaction mis en œuvre dans les technologie de base de données.

5.- Mise en place du SIG

5.1- Système de coordonnées associé

L’intégration des données DAO et images fait appel aux notions étudiées par ailleurs dans la formation des géomètres et notamment aux notions de géodésie pour ce qui concerne les projections cartographiques à assigner aux différentes données.

5.2- Groupes de couches et couches

Les différentes données préparées sous une forme structurée sont intégrées sous ArcMAP en différents groupes de couches et couches. (cf. Figure 5 : intégration sous ArcMAP).

Le choix de groupes de couches et des couches permet de décomposer les sources de données DAO en ensemble d’objets dont la représentation peut être adaptée à souhait.
Ce processus permet également d’effectuer des jointures et des relations plus lisibles entre données graphiques et alphanumériques.
Enfin, l’ensemble des résolutions des différentes données étant très hétérogène, les affichages devront être limités à des échelles compatibles avec la qualité des données.

Figure 5

5.3- Erreurs de codification, d’intégration

Malgré tout le soin apporté à la codification, à la structuration des données, certaines erreurs subsistent. L’intégration définitive et le « jeu » avec le lot de données permettent de vérifier l’état de la base de données cartographiques.
Les données ainsi intégrées et reformatées offrent alors aux étudiants des espaces de travail comportant un grand nombre de cas pratiques à résoudre par l’intermédiaire des outils SIG.

6.- Applicatifs ArcGIS pour l’exploitation du SIG

Outre l’environnement ArcMAP initial qui permet de visualiser et de contrôler les données intégrées dans le SIG, plusieurs autres applicatifs sont mis en œuvre pour comprendre les potentiels des outils.

6.1- ArcPAD pour le contrôle et la mise à jour des données terrain

La maîtrise de la qualité des données étant un facteur essentiel dans la bonne gestion d’un projet SIG, les étudiants sont amenés à vérifier l’exhaustivité des données relevées lors de la phase de terrain. Ils utilisent pour cela une exportation sous ArcPAD sur un pocketPC, qui, asservi à un GPS permet de se localiser sur le terrain à quelques mètres près. (cf. Figure 6.1 : projet exporté sous ArcPAD).
Le levé est contrôlé de cette sorte et certaines données alphanumériques sont rajoutées sur le terrain. La synchronisation entre le terrain et les données de bureau permet alors d’obtenir un environnement cartographique « propre ».
Le contrôle sur le terrain, lors d’un récolement terrain est une pratique courante et nécessaire dans le métier de géomètre. Les vérification, correction et mise à jour directement sur le terrain apportent une nouvelle dimension à cette étape de finalisation d’une base de données cartographique.
L’outil ArcPAD lui-même est souvent considéré par les étudiants comme un outil très intéressant de visualisation de données cartographiques et thématiques associées.

Figure 6.1

6.2- L’exploitation des données et l’analyse spatiale

Après avoir réintégrées les données mises à jour dans le SIG, l’exploitation, qui pour ce type de données reste ici sommaire, peut commencer.
Lors de l’exploitation des données, l’accent est mis sur :

6.3- Export du projet finalisé

Le projet finalisé peut ensuite être publié sous PUBLISHER vers un format PMF. Les différentes couches et traitements sont conservés en fonction des intérêts que les étudiants ont trouvés à cette application. Le but cette publication étant d’anticiper les besoins des utilisateurs futurs. Là encore, les possibilités offertes lors du paramétrage de la publication permettent de sensibiliser les étudiants à à une utilisation qui doit être en rapport direct avec l’origine et la qualité des données.
La conformité des attentes est vérifiée par une autre équipe qui pourra utiliser et critiquer le projet en l’exploitant sous ArcREADER. (cf. Figure 6.2 : Projet sous ArcREADER).

Figure 6.2

7.- A propos de la gestion de projet SIG

Mais, la gestion du projet reste l’un des objectifs principaux de ce module. Mis à part les différents aspects techniques qui sont abordés et qui font appels aux autres disciplines importantes enseignées dans la formation des géomètres (géodésie, tachéométrie, levé, imagerie, cartographie…), ces travaux sont toujours réalisés en connaissant le but ultime : l’intégration de tous les éléments dans une même plate-forme SIG.
Alors que lors des cours théorique l’on apprend les méthodes de gestion de projet SIG selon, par exemple, une démarche progressive à plusieurs phases consécutives (étude d’opportunité, étude faisabilité, modélisation, analyse fonctionnelle, réalisation technique, implantation, exploitation et entretien), ce module concerne plutôt les parties pratiques de modélisation, de réalisation technique, d’implantation, d’exploitation et d’entretien.
Les outils disponibles sont les outils de base, déjà très nombreux dans le paquet ArcGIS. Les données sont celles que rencontrera fréquemment le géomètre dans sa future vie professionnelle. L’hétérogénéité des données oblige les étudiants à réfléchir à des modélisations cohérentes, à respecter des cahiers des charges très strictes et à préparer les données pour une exploitation dans le SIG en fonction des caractéristiques de chacune d’elles. Ce dernier aspect est l’aspect le plus fondamental qu’il faut enseigner car il s’oublie trop vite dans des systèmes très évolués qui permettent très facilement d’intégrer n’importe quel type d’informations.

8.- Conclusion

Ce projet de préparation des données et de mise en place d’un embryon de SIG est très instructif et rappel aux étudiants que l’un des facteurs fondamentaux de réussite d’un projet SIG est l’utilisation de données cohérentes et bien structurées.
Un autre aspect important qui reste encore à aborder par la pratique est le partage des données sur internet. Les modules nécessaires ne font pas encore partie du paquet disponible pour la formation, mais l’avenir des SIG passe par des réseaux haut débit, déjà sans fils.