Photogrammétrie par drone : principe, matériel, livrables et métier

Le principe de la photogrammétrie drone

La photogrammétrie mesure des objets à partir de photographies. Un même point du terrain, photographié depuis plusieurs positions, apparaît à des endroits différents sur chaque image : c’est la parallaxe. En combinant ces décalages, le logiciel retrouve la position du point dans l’espace.

Les logiciels actuels reposent sur la méthode Structure from Motion (SfM) :

1. ils détectent des points caractéristiques communs à plusieurs photos ;
2. ils calculent la position et l’orientation de chaque prise de vue, en s’appuyant sur la condition de collinéarité (le point du terrain, le centre optique et le point image sont alignés) ;
3. ils triangulent les points pour obtenir un nuage de points ;
4. ils densifient ce nuage, puis en tirent un maillage, un modèle d’élévation et une orthophoto.

Conséquence pratique : le logiciel ne reconstruit que ce qui est visible et texturé sur plusieurs photos. L’eau, les vitres, les surfaces uniformes et le sol caché sous une végétation dense posent problème.

Préparer le vol : GSD, recouvrement et plan de vol

Le GSD (Ground Sample Distance) est la taille au sol représentée par un pixel, exprimée en cm par pixel. Il dépend de la hauteur de vol, de la focale et de la taille des pixels du capteur : GSD = hauteur × taille du pixel ÷ focale. Plus le drone vole bas, plus le GSD est fin, mais plus il faut de photos et de temps de traitement.

Le recouvrement est la part commune entre deux images voisines. Pix4D recommande, pour un terrain courant, au moins 75 % de recouvrement frontal et 60 % de recouvrement latéral, en grille régulière et à hauteur constante. Pour une forêt ou une végétation dense, l’éditeur conseille au moins 85 % dans les deux sens et une hauteur de vol plus élevée.

Pendant le vol, la vitesse doit rester compatible avec le temps de pose pour éviter le flou de bougé. Une lumière homogène, sans ombres qui bougent fortement entre deux passages, facilite la reconstruction.

Géoréférencement : points d’appui, RTK et PPK

Un modèle 3D sans référence a une forme correcte mais une position et une échelle approximatives. Pour mesurer, il faut le caler dans un système de coordonnées (en France métropolitaine, généralement le Lambert-93).

• GCP (points d’appui) : des cibles posées au sol et mesurées au GNSS. Le logiciel s’en sert pour ajuster le modèle.
• Points de contrôle : d’autres cibles mesurées mais non utilisées pour le calcul. Elles servent à vérifier la précision réelle obtenue.
• RTK : le drone reçoit des corrections GNSS en temps réel et enregistre une position précise pour chaque photo.
• PPK : la même correction, appliquée après le vol à partir des données d’une base GNSS.

Le RTK ou le PPK réduisent le nombre de points d’appui nécessaires. Garder quelques points de contrôle reste une bonne pratique pour pouvoir prouver la précision au client.

Les livrables d’une mission de photogrammétrie drone

Le terme MNE (modèle numérique d’élévation) désigne de façon générale ces modèles d’altitude. Attention au MNT : sous un couvert végétal dense, la photogrammétrie ne voit pas le sol, et le modèle de terrain devient incertain. Le lidar est alors souvent préféré.

Le livrable le plus demandé en carrière ou en terrassement est le calcul de cubature : le volume d’un stock ou d’un déblai, obtenu en comparant le MNS à une surface de référence ou à un relevé précédent.

Matériel et logiciels

Le drone : un modèle avec une caméra de bonne définition suffit pour débuter. Un obturateur mécanique limite les déformations dues à l’obturateur roulant en mouvement. Un module RTK est utile pour les missions répétées ou étendues. Pour les gros chantiers, des plateformes plus lourdes comme le DJI Matrice 400 peuvent embarquer des capteurs dédiés.

L’ordinateur : le traitement est gourmand. Prévoyez une carte graphique dédiée, beaucoup de mémoire vive et un stockage rapide.

Les logiciels :

• RealityScan (Epic Games, anciennement RealityCapture) : gratuit pour les particuliers et les entreprises réalisant moins d’un million de dollars de chiffre d’affaires annuel brut ;
• Agisoft Metashape Professional : orthophotos géoréférencées, modèles d’élévation, gestion des points d’appui, mesures et classification du nuage de points ;
• des outils complémentaires comme QGIS pour exploiter les orthophotos et les modèles dans un SIG.

Quel cadre réglementaire pour les missions ?

La photogrammétrie ne crée pas de règle spécifique : ce sont celles du drone utilisé et du lieu. Sur une carrière ou un terrain éloigné des habitations, la catégorie ouverte (A2 ou A3 selon le drone) suffit souvent. Sur un chantier urbain ou en zone peuplée, le scénario STS-01 (drone C5, en vue, zone au sol contrôlée) devient nécessaire. Pour cartographier de grandes surfaces hors vue, le STS-02 (drone C6, jusqu’à 1 km, 2 km avec observateurs, zone faiblement peuplée) ou une autorisation PDRA ou SORA prennent le relais. Notre comparatif STS, SORA et PDRA détaille ces options.

Vérifiez aussi les ZICAD (zones interdites à la captation aérienne de données) : la photogrammétrie est une captation de données, interdite dans ces zones sans dérogation.

Le métier : qui utilise la photogrammétrie par drone ?

Les principaux utilisateurs sont les géomètres, les entreprises de BTP (suivi de chantier, terrassement), les exploitants de carrières (stocks et volumes), les architectes et les acteurs du patrimoine (relevés de façades), ainsi que l’inspection d’ouvrages, présentée dans notre article sur l’inspection technique par drone.

Le pilotage ne représente qu’une partie du travail. Il faut aussi maîtriser les systèmes de coordonnées, contrôler la précision et rédiger un rapport compréhensible par le client. Une limite à connaître : la délimitation des propriétés (bornage) est réservée aux géomètres-experts. Un télépilote fournit des mesures et des modèles, pas des limites foncières.