LiDAR HD : vers une nouvelle cartographie 3D du territoire

Le chantier est d’une ampleur inédite et porte un objectif ambitieux : acquérir des données LiDAR haute densité (HD) sur l’ensemble du territoire métropolitain et ultramarin (hors Guyane) pour en proposer la description 3D la plus fine jamais établie à l’échelle France entière. L’IGN coordonne ce programme, clé de voûte de l’action publique dans les territoires, et s’emploie à soutenir tous les usages de ce géo-commun en devenir.

Un chantier d'une ampleur inédite

Le programme national LiDAR HD prévoit la mise en place d’un équipement numérique de description 3D du territoire d’une précision jamais atteinte à l’échelle France entière. Il mobilise pour cela une technologie de pointe qui a fait ses preuves : le LiDAR haute densité (cible visée : 10 points par mètre carré en moyenne).

Une réponse aux besoins de l'action publique

Le programme répond aux besoins d’observation et d’analyse spatiale dans de nombreux domaines de l’action publique (prévention des risques, observation de la ressource forestière, aménagement du territoire…) et constitue un levier pour le développement de futurs services à valeur ajoutée.

Des objectifs et un calendrier ambitieux

Séquencé sur cinq ans, le programme vise la mise à disposition de données 3D relatives au sol et au sur-sol qui seront à la fois homogènes, riches, fiables, ouvertes et accessibles à tous. Il couvre l’acquisition de ces données, leur traitement, leur hébergement et leur diffusion mais aussi l’accompagnement des utilisateurs des produits (nuages de points classés, modèles numériques de terrain, modèles numériques de surface, modèles numériques de hauteur).

Un programme en prise directe avec les attentes des utilisateurs

La programmation a été définie en lien avec les commanditaires et financeurs du programme. Des comités de concertation sont régulièrement organisés pour définir le socle de besoins prioritaires côté utilisateurs et la priorisation des acquisitions sur les territoires.  

Une mesure du Plan France relance

Cette initiative s’inscrit dans le cadre du plan France relance déployé par le Gouvernement. Elle a également reçu une importante dotation du Fonds pour la transformation de l’action publique à la suite d’un appel à projets compétitifs. Le budget total estimé de sa mise en œuvre est de 60 millions d’euros. 

Le programme LiDAR HD en chiffres

5 ans de travail

7 000 heures de vol

10 points par mètre carré en moyenne

4 groupements de sous-traitants en appui

3 péta-octets de données

60 millions d'euros de budget estimé

En images

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Et en questions

Qu’est-ce que le LiDAR ?

Le LiDAR (LIght Detection And Ranging) est une technique de télémétrie (mesure de distance) qui utilise les propriétés de la lumière. Qu’il soit terrestre ou embarqué dans un avion, le LiDAR repose sur un même procédé d’acquisition : un scanner, dont la position et l’orientation sont mesurées en continu*, émet vers un objet ou vers le sol des impulsions laser infrarouges à haute fréquence puis enregistre très précisément le temps écoulé entre l’émission de ces impulsions et leur retour à l’émetteur afin d’en déduire la position des points impactés. À raison de plusieurs centaines de milliers d’impulsions émises par seconde, l’appareil génère rapidement une grande quantité de points géoréférencés. Les données sont ensuite traitées pour élaborer des modèles numériques en 3D : modèles numériques de terrain (description altimétrique du sol), modèle numérique de surface (description altimétrique du sol et du sur-sol), etc.

À noter
Le LiDAR se distingue de deux autres outils de mesure de distance : le sonar et le radar qui emploient respectivement les propriétés de la propagation du son dans l’eau et des ondes électromagnétiques. 

*au moyen d’une antenne GNSS et d’une centrale à inertie. 

À quoi servent les données acquises par LiDAR ?

Instrument d’abord connu des topographes, le LiDAR a su trouver diverses applications dans des domaines allant de la navigation aérienne au déploiement du véhicule autonome en passant par l’archéologie. Devenue incontournable, cette technologie s’invite aujourd’hui dans nos smartphones et semble bien partie pour révolutionner les usages de la réalité augmentée…
La technologie LiDAR HD, par sa capacité à décrire finement le sol (même sous couvert végétal), le chevelu hydrographique (fleuves, rivières…) et les différents étages de la végétation, est surtout un puissant outil d’analyse et de suivi des évolutions du territoire. Elle répond ainsi aux besoins d’un large spectre de politiques publiques comportant une dimension spatiale : prévention des risques naturels, connaissance de la ressource forestière, gestion des parcelles agricoles, aménagement du territoire, préservation de la biodiversité, sécurité intérieure, transition énergétique…

Pourquoi un programme national de couverture LiDAR HD ?

Recommandé dans le rapport au Gouvernement sur les données géographiques souveraines rédigé en 2018 par Madame Valeria Faure-Muntian, députée de la Loire, le programme LiDAR HD a été initié de manière concertée avec plusieurs porteurs de politiques publiques. Son déploiement complet permettra de mutualiser les collectes de données Lidar nécessaires à l’ensemble de la sphère publique et de faciliter l’accès à ces données et leur utilisation.

En mettant ces données riches, multi-usages et interopérables avec le Référentiel à grande échelle (RGE) à la disposition de tous, le programme LiDAR HD sera non seulement générateur d’économies, mais aussi un levier fort pour le développement de services dans de nombreux domaines, probablement loin d’être tous identifiés à ce jour, que ce soit au bénéfice des politiques publiques, comme moteur de développement des PME ou encore comme vivier pour la recherche scientifique. 

En quoi ce chantier est-il inédit ?

Il est inédit par son ampleur nationale et le volume des données qu’il va générer. Si des données LiDAR haute densité ou très haute densité sont d’ores et déjà disponibles pour certains territoires à enjeux (zones inondables ou côtières), il n’existe pas, à ce jour, de données LiDAR haute densité homogènes couvrant l’ensemble du pays.
L’ambition du programme LiDAR HD est de mettre en place un important équipement numérique 3D, une sorte de « jumeau numérique » de la France qui offrira une description fine de tous les points du territoire (hors Guyane, qui fera l’objet de mesures spécifiques).

Quelle est la valeur ajoutée de la haute densité ?

La densité d’une couverture LiDAR est définie par le nombre d’impulsions laser émises au mètre carré et détermine la finesse et la précision des données. Le programme LiDAR HD prévoit de garantir un calibrage moyen de 10 points au mètre carré afin de disposer d’une description très fine du territoire. La haute densité se révèle particulièrement intéressante pour les usages forestiers et agricoles. Et il y a fort à parier que d’autres usages, mal identifiés ou inconnus aujourd’hui, émergeront lorsque les nouvelles données seront accessibles. 

Comment le programme s’articulera-t-il avec les projets LiDAR locaux ?

Dans la mesure du possible, l’IGN étudiera les possibilités de mutualisation et d’articulation du programme avec les projets LiDAR locaux. Certains projets sont d’ores et déjà identifiés.   
 

Focus sur deux applications du LiDAR
 

Prévenir le risque inondation

En matière de prévention du risque inondation, les données LiDAR sont exploitées pour élaborer des cartographies du risque et diminuer la vulnérabilité des territoires exposés. En octobre 2020, les avions de l’IGN ont par exemple effectué en urgence des levés LiDAR dans les zones sinistrées par la tempête Alex afin de modéliser précisément les évolutions topographiques des vallées touchées par les intempéries et de faciliter la mise à jour rapide des plans de prévention des risques.

Connaître les ressources forestières

Le potentiel d’usage du LiDAR HD est également élevé dans la perspective d'une meilleure connaissance des peuplements forestiers à l’échelle très fine de la parcelle forestière (et non plus d’un massif). Les données facilitent l'élaboration et le suivi des documents de gestion sylvicole, la dématérialisation des procédures administratives forestières et environnementales (télé-déclarations, demandes d'aides), l'amélioration de la desserte forestière et du transport du bois, le suivi et le contrôle des défrichements et des replantations, le suivi de l'état sanitaire des forêts et la prévention des risques (feux de forêts, érosion du cordon dunaire, éboulement…).

Les 4 phases opérationnelles du chantier

Phase 1 - Acquisition des données

Acquérir les données LiDAR aéroportées (10 points par mètre carré en moyenne) et les mettre en géométrie.

Phase 2 - Traitement des nuages de points

Traiter les nuages de points pour répondre aux différents besoins des politiques publiques : transformation des nuages de points bruts en nuages de points classifiés sol/sur-sol, génération de produits dérivés (MNT, MNS, MNH).

Phase 3 - Hébergement et diffusion

Héberger et diffuser en open data les nuages de points classifiés ainsi que les produits dérivés (MNT, MNS, MNH) et les résultats des traitements (sous forme de pré-paquets à télécharger et de flux de nuages de points et  de flux raster).

Phase 4 - Accompagnement des utilisateurs

Accompagner les utilisateurs dans la manipulation des nuages de points et de leurs sous-produits.

Les parties prenantes

En tant qu’acteur public de référence pour l’information géographique, l’IGN coordonne la mise en œuvre du programme pour et avec les commanditaires-financeurs porteurs de besoins qui sont à ce jour : 

  • Le ministère de la transition écologique et de la cohésion des territoires
  • Le ministère de l’agriculture et de la souveraineté alimentaire (avec l’appui de l’Office national des forêts,  du Centre national de la propriété forestière, de l’Agence de Services et de Paiement)
  • La région Occitanie
  • La région Sud-Provence-Alpes-Côte d'Azur
  • Le conseil départemental des Alpes-Maritimes

L'IGN travaillera avec l’appui de sous-traitants pour les volets acquisitions et traitements :

  • Avineon / APEI
  •  Geofit /Geofly
  • Sintegra / Pixair / BlueSky
  • Eurosense / SFS

Puis, avec l’aide des infrastructures de données géographiques (plateformes régionales d’information géographique), les équipes de l'institut accompagneront les utilisateurs dans la manipulation des nuages de points et de leurs sous-produits.

Les données produites

L’objectif est de mettre à disposition de données riches, fiables, précises, standardisées, bien documentées et librement accessibles pour une connaissance 3D fine, et homogène du sol topographique, du sur-sol artificiel (bâtiments, ponts) et de la végétation. Ces données prendront la forme de nuages de points classés, de modèles numériques de terrain (MNT), de modèles numériques de surface (MNS) et de modèles numériques de hauteur (MNH).

Pont du Gard (30)
Marseille (13)

Ils utilisent les données du programme LiDAR HD

Fabrice Coq, ONF
Fabrice Coq, Chargé de mission national aménagement et télédétection, ONF

Office national des forêts

« La télédétection, et notamment le LiDAR HD, a le même impact pour les forestiers que l’arrivée d’internet dans nos sociétés : elle transforme notre façon de décrire et de cartographier les forêts.
Le LiDAR HD d’IGN propose deux produits standards directement utilisables pour les forestiers.
Le modèle numérique de terrain apporte une qualité d’information inégalée sur la topographie sous couvert forestier, permettant de repérer précisément les infrastructures, de cartographier l’accessibilité des parcelles, ou encore de faciliter l’étude des projets de dessertes.
Le modèle numérique de hauteur cartographie la hauteur des arbres, très utile pour délimiter des peuplements équiens, décider du déclenchement de coupes ou encore qualifier la fertilité de peuplements adultes.
Pour aller plus loin, il est nécessaire de croiser les données du LiDAR HD avec des données dendrométriques récoltées sur le terrain. L’ONF a ainsi développé des méthodes de modélisation expertes, applicables à grandes échelles, pour produire des cartes à très grande résolution (pixels de 700 m²) des principales variables utilisées en gestion forestière : surface terrière, diamètre moyen et dominant, hauteur dominante, densité de tiges et structure des peuplements ».

 

Gabriel Vatin, conseil départemental des Alpes-Maritimes
Gabriel Vatin, chef de projet SIG 3D, Conseil départemental des Alpes-Maritimes

Conseil départemental des Alpes-Maritimes

« Lors de la reconstruction des vallées détruites par la tempête Alex, plusieurs niveaux de données ont été nécessaires. Grâce au LiDAR IGN d’urgence, les géologues du Département ont pu identifier les pentes les plus raides et les différences par rapport au RGE Alti. Nous avons ainsi pu cartographier les zones les plus touchées et les falaises à suivre. Toutefois, des zones d’ombre ont nécessité des levés Lidar complémentaire par un prestataire ou par nos propres drones. Des détails locaux sur des zones compliquées d’accès ou des fonds de vallées étroites ont été ainsi collectés.
En combinant ces données, nous avons pu identifier de nouveaux passages dans les zones inaccessibles, évaluer l’ampleur des dégâts, mesurer les nouvelles formes du terrain et anticiper les routes à reconstruire.
Le LiDAR HD nous permettra d’avoir un nouveau cliché 3D du terrain, et disposer d’un référentiel de grande précision des falaises qui bordent nos routes, des parcs naturels, et du terrain global. Cela permettra notamment de mieux connaitre la forme du terrain dans nos missions d’entretien des routes, des pistes et des sentiers ».

Le calendrier

Les priorités du programme sont établies en concertation avec les porteurs de besoins. Le calendrier est très ambitieux afin de répondre de manière mutualisée à leurs attentes tout en maximisant les surfaces acquises. Les contraintes saisonnières pèsent aussi fortement dans la planification, notamment pour la surveillance de la végétation.
L’ensemble du territoire (hors Guyane) devrait être couvert d’ici fin 2025.

L'actualité

Janvier 2022

La première phase d’acquisition (printemps-été 2021) est terminée. Elle a concerné une large partie des départements de la moitié Sud de la France (couverture partielle ou complète). La validation des données est en cours. La phase de traitement sera lancée après validation. Le début d'année 2022 sera consacré à couvrir une partie des Vosges et la zone de Rambouillet

Mai 2022

Les acquisitions prévues à l'hiver 2021/2022 sur le Nord-Est de la France (Vosges) et sur Rambouillet sont à présent terminées. Onze blocs couvrant une superficie de plus de 25 000 km2 ont ainsi été volés. Les données sont en préparation, avant qu’elles puissent être contrôlées par l’IGN. Les acquisitions prévues au printemps/été 2022 progressent. Quatre blocs (10 000 km2) dans le Lot, le Cantal et l'Ain ont entièrement été acquis et trois autres dans la Drome et l'Aveyron sont actuellement en cours d'acquisition. Au total, ce sont 71 blocs couvrant plus de 153 000 km2 qui ont été volés depuis 2021.

Septembre 2022

Au printemps-été, à date du 6 septembre 2022, 41 blocs soit 90 763 km2 ont été volés. La surface couverte depuis le lancement du programme est de 231 004 km2 (106 blocs), soit 42 % de la surface totale visée. D'ici mi-octobre, et sous réserve de conditions météorologiques favorables, l'objectif est d'acquérir les données sur une partie de la Haute-Normandie et de poursuivre les acquisitions pour la Franche-Comté, les Alpes, les Pyrénées et la rade de Toulon. 

Octobre 2022

Un premier département est couvert intégralement : les Bouches-du-Rhône (13). 

 

Le financement

Le coût total estimé du programme s’élève à 60 millions d’euros sur cinq ans. Le projet bénéficie d’un soutien conséquent de l’État. 22 millions d’euros sont mobilisés dans le cadre du plan France relance présenté par le Gouvernement en septembre 2020. Une subvention attribuée par le Fonds pour la transformation de l'action publique dans le cadre d’un appel à projets compétitif finance les trois premières années du programme à hauteur de 21,55 millions d’euros. La Direction Générale de la Prévention des Risques soutient également le programme à hauteur de 4 millions d'euros. Des contributions d’acteurs locaux tels que la région Occitanie complètent le financement. 


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Mis à jour le 29/11/2022