Brevet FR2829835A1 — publié le 20030321

La présente invention concerne un topomicromètre laser photographique de terrain de grande précision. Ce dispositif permet la modélisation tridimensionnelle et le suivi in zum de l'évolution de la microtopographie de placettes de dimension métrique d'une surface de 0.5 m2. Il peut être utilisé en topographie, topométrie, géologie, géomorphologie, agriculture, génie civil et plus largement dans tous les domaines nécessitant un suivi très précis de surfaces soumises à des processus d'érosion telles que les parcelles agricoles, les berges de cours d'eau, les pieds de falaises en bordure littorale, les piles de pont, les façades de bâtiment, les surfaces ligneuses ou synthétiques... La topographie est traditionnellement étudiée au moyen des instruments du génie civil (théodolites, télémètres, photostéréoscopes, GPS,...). Ces instruments offrent une précision maximale de l'ordre du millimètre. En géomorphologie, des piquets implantés sur le terrain, mesurés périodiquement au moyen d'instruments métrologiques classiques, règles graduées ou jauges micrométriques permettent d'atteindre une précision maximale évaluée au 1/10 mm en raison des erreurs inhérentes aux instruments utilisés et à la mesure par contact. Ces systèmes ne permettent en outre qu'un aperçu ponctuel de la dynamique des placettes, extrapolé ensuite à l'ensemble de la surface. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients et d'atteindre une précision du 1/100 mm. Il est en effet constitué selon une première caractéristique d'un cadre tubulaire rigide, positionné sur le terrain au moyen de tiges filetées ancrées ou scellées dans le sol. Elles permettent un positionnement à l'identique du banc micrométrique lors des manipulations successives. Ce cadre constitue un plan de référence pour les hauteurs mesurées. Il supporte une poutre mobile selon l'axe des ordonnées. Sur cette poutre, un profilé aluminium tubulaire vertical peut être déplacé selon l'axe des abscisses et l'axe des hauteurs. L'ensemble des déplacements est indexé selon un pas centimétrique ce qui permet la réalisation d'un maximum 5000 points de mesure sur une placette. Une tête laser fixée sur le tube vertical effectue une mesure, sans contact et précise au micron, de la distance au sol. Elle est reliée à un micro-ordinateur portable qui enregistre par impulsion au clavier les données obtenues. Le traitement informatique de ces données permet l'obtention en temps réel d'un modèle numérique de terrain de la placette suivie. Celle-ci peut être dans un plan horizontal, incliné, vertical ou en dévers. Un appareil photographique de type chambre de prise de vue de grand format peut également être installé au niveau du tube vertical et déplacé selon l'axe des abscisses et des ordonnés. Les clichés successifs, réalisés avec des taux de recouvrement adaptés et pris deux à deux, constituent des couples stéréoscopiques. Ces couples, traités au moyen de logiciels stéréophotogrammétriques, permettent la génération de modèles numériques de terrain (MNT) de la surface étudiée. Selon des modes particuliers de réalisation : - l'ensemble du dispositif peut être démonté puis assemblé à l'identique pour permettre une utilisation sur plusieurs parcelles et sur des terrains difficiles. - les déplacements tri axiaux peuvent être entièrement manuels de façon à limiter la consommation d'énergie - les déplacements tri axiaux peuvent être réalisés au moyen de patins qui coulissent sur des guides linéaires à billes à faible jeu radial qui assurent la fiabilité des mouvements. - un procédé d'indexation par verrous d'indexation à bille à ressort peut permettre un positionnement précis et répétitif des points de mesure, conditions impératives à la réitération des manipulations dans le temps. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente le dispositif dans son ensemble, en cours d'utilisation La figure 2 représente en vue de trois quarts face le dispositif de l'invention La figure 3 représente une vue de trois quart face du système de déplacement latéral La figure 4 représente une vue de trois quart face du système d'indexation centimétrique par verrous d'indexation à billes. La figure 5 représente le système de déplacement et d'indexation centimétrique longitudinal La figure 6 représente le système de déplacement et d'indexation centimétrique vertical. En référence à ces dessins, le dispositif comporte un cadre rectangulaire rigide (1) démontable, réalisé dans des tubes aluminium carrés de 25 mm de section assemblés au moyen de raccords tubulaires coudés à l'équerre (2). Ce cadre (1) sert de plan de référence pour les mesures microtopographiques réalisées. Un guide linéaire à billes à faible jeu radial (3) sur lequel coulissent deux patins (4) est vissé sur une des largeurs de ce cadre (1). Ce système permet le déplacement latéral, selon l'axe des ordonnées, d'une poutre (5). Ladite poutre réalisée dans un profilé aluminium carré de 45 mm de côté est fixée sur les deux patins (4) par l'intermédiaire d'une plaque de liaison (6). Les deux patins et la plaque assurent une grande rigidité du montage. Ils permettent d'éviter les phénomènes de torsion, inhérents à la longueur de la poutre, au niveau de l'articulation entre la poutre et le cadre. A l'autre extrémité, la poutre repose simplement sur la seconde largeur du cadre grâce à un support en PVC qui permet de compenser la hauteur des patins (7). Les déplacements longitudinaux et verticaux sont assurés par un système identique. Les déplacements longitudinaux, selon l'axe des abscisses, sont réalisés au moyen d'un guide linéaire (8) vissé sur la poutre (5). Le patin qui coulisse sur ledit guide supporte une plaque de liaison (9) sur laquelle est fixée le système de déplacement vertical, guide linéaire (10) et patin (11). Un tube aluminium carré d'une section 20 mm (12) orienté perpendiculairement à la poutre est fixé, via une plaque de liaison (13), au patin (11). Ce tube sert de support à la tête de mesure laser (14) et/ou à la chambre photographique (15). Ce système de déplacement vertical est nécessaire pour compenser les faibles gammes de mesure (20 mm au maximum) des têtes laser de précision et rendre possible la modélisation de microtopographies dont les dénivelés sont supérieurs à la gamme. Le positionnement précis et répétitif des points de mesure est obtenu grâce à un système d'indexation par verrous d'indexation à bille à ressort (16). Lesdits verrous sont fixés au niveau des trois axes de déplacement grâce à des pièces de liaison (17,18, 19). Le blocage de ces verrous est assuré par des encoches hémisphériques (20) qui servent de logement aux billes. Ces encoches sont percées le long des axes de déplacement transversaux, longitudinaux et verticaux selon un pas centimétrique. Des réglets (21,22, 23) positionnés le long de ces mêmes axes peuvent permettre un déplacement selon des pas variables lors du déblocage temporaire des verrous. REVENDICATIONS 1. Dispositif de terrain pour mesurer l'érosion des sols, des roches, des édifices construits, par la mesure et la modélisation tridimensionnelle de l'évolution de la microtopographiè d'une surface étudiée, caractérisé en ce qu'il comporte un cadre tubulaire rigide, démontable (1) supportant une poutre mobile transversalement (5) le long de laquelle coulisse, selon l'axe des abscisses et des hauteurs, un profilé aluminium tubulaire vertical (12) sur lequel est fixé une tête de mesure laser (14) destinée à mesurer, sans contact, la distance au sol ; ladite tête de mesure étant reliée à un micro-ordinateur enregistrant les données de mesure et effectuant le traitement informatique de ces données afin d'obtenir en temps réel le modèle numérique de la surface étudiée. A cet appareil de mesure laser s'ajoute sur le profilé (12) un appareil photographique (15) pour réaliser des levés stéréoscopiques de la surface. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'ensemble des déplacements tri axiaux est réalisé au moyen de guides linéaires à billes (3,8, 10) à faible jeu radial sur lesquels coulissent des patins (4, 11). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'articulation entre la poutre (5) et le cadre (1) est constitué par une plaque de liaison fixée sur deux patins (4) coulissant sur un guide linéaire (3) 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'indexation des déplacements tri axiaux est réalisée au moyen de verrous d'indexation à bille à ressort (16) dont le blocage est assuré dans une position prédéfinie par des encoches hémisphériques (20) usinées parallèlement aux axes de déplacements, selon un pas centimétrique.