Le scan 3D d’Artec permet d’atteindre de nouveaux sommets : inspection d’un mur anti-inondation de huit mètres de haut

Le scanner 3D Ray II de GoMeasure3D près du mur anti-inondation de Richmond, en Virginie. Avec l’aimable autorisation de GoMeasure3D

Le 19 juin 1972, un événement allait changer à jamais le front de mer de Richmond.  Lorsque l’ouragan Agnes a commencé à frapper la côte américaine, la rivière James, située à proximité, est sortie de son lit, provoquant des inondations dans les communes, sur les autoroutes et le long des lignes de chemin de fer de la ville.

Rien qu’en Virginie, les dégâts occasionnés aux routes se sont élevés à 14,8 millions de dollars (soit 110 millions de dollars d’aujourd’hui), tandis que les logements, les réseaux d’égouts et d’autres infrastructures nécessitaient des réparations. Quatre personnes ont également perdu la vie après que leur voiture a été emportée par les inondations. Ce n’est qu’après une autre inondation de grande ampleur, en 1985, que les autorités locales ont finalement décidé de changer d’approche et de mettre en place de nouvelles mesures préventives.

Les travaux de construction d’un gigantesque mur de protection contre les inondations, couvrant à la fois les rives nord et sud de la rivière James, ont rapidement commencé. Dix ans plus tard, le mur était terminé et, malgré le blizzard de 1996 qui a provoqué une crue de la rivière de 6,7 mètres, il est resté debout et continue de l’être depuis.

Cela dit, la zone reste très vulnérable et le mur lui-même n’a jamais été déployé dans son intégralité. Alors, comment savoir avec certitude s’il reste un défenseur inébranlable de Richmond, une ville industrielle de 230 000 habitants, dotée d’une architecture historique irremplaçable datant de l’époque coloniale ?

C’est là qu’intervient le partenaire certifié Gold d’Artec GoMeasure3D. Tout juste en possession d’un nouveau scanner 3D Artec Ray II, l’équipe l’a immédiatement testé, en l'associant à l’Artec Leo sans fil, afin de collecter rapidement toutes les données nécessaires à une inspection de précision.

Ray II : « Un bond en avant » dans le domaine du scan 3D

L’ambitieuse entreprise de scan 3D de GoMeasure3D a débuté avec Art Pekun, ingénieur d’application (et habitant de Richmond), qui s’est rendu sur le site, Ray II à la main. Cependant, même s’il était très enthousiaste à l’idée de tester le nouveau dispositif LiDAR sur le terrain, il s’est vite rendu compte de l’ampleur du défi qu’il devait relever.

Données de scan du mur anti-inondation de Richmond par GoMeasured3D. Avec l’aimable autorisation de GoMeasure3D

Avant même de descendre du trottoir, Art a identifié le pont surplombant le mur et la circulation dans les rues environnantes comme des causes potentielles de perturbation du suivi GPS et de flou de mouvement. Et puis, il y a eu la taille même de l’appareil. Peu d’appareils offrent le retour d’information en temps réel, la portée et l’autonomie de batterie nécessaires pour capturer une barrière de protection contre les inondations aussi gigantesque sous plusieurs angles en une seule session.

Mais une fois Ray II monté sur son trépied léger,  Art a rapidement compris pourquoi il représente un outil aussi précieux dans la gamme de scanners 3D d’Artec. Avec un écran intégré et un suivi sans cible, le réglage se fait en quelques secondes, tandis que le système d’inertie visuelle (VIS) de l’appareil garantit qu’il sait toujours où il se trouve.

Dans le cas présent, le système VIS a permis de numériser rapidement et facilement la barrière sous neuf angles différents et de capturer tout signe d’endommagement, les points d’alignement étant créés en cours de route. Selon Paul Motley, directeur des opérations de GoMeasure3D, Ray II a permis de réaliser un processus de capture de données ultra-précis en 20 minutes, ce qui n’était pas seulement impressionnant, mais tout simplement impossible auparavant.

L’écran intégré de Ray II indique que le scan 3D complet sera disponible dans quelques secondes. Avec l’aimable autorisation de GoMeasure3D

« Avant Ray II, nous n’aurions probablement même pas tenté de le faire, car nous aurions dû faire face à toute ces difficultés, mais elles auraient été exponentiellement plus difficiles, explique Paul. Sans suivi de l’alignement, comment fusionner les données ? La simple idée d’aller d’un côté à l’autre du mur anti-inondation aurait été très compliquée. »

« Auparavant, nous n’aurions probablement même pas envisagé de nous lancer dans une telle entreprise. Mais avec toutes ses fonctions avancées, Ray II représente un véritable bond en avant. »

Au moment d’inspecter les portes du mur anti-inondation, qui comprenaient des zones plus complexes avec des signes évidents de rouille, Art a déployé Artec Leo.  Alors qu’il peut être difficile de faire correspondre les scans en boucle à chaque extrémité, Art a trouvé que le suivi des textures de l’appareil était si perfectionné que ce n’était tout simplement pas un problème.

En fusionnant ce scan Leo extrêmement précis avec les données Ray II, Art explique qu’il est possible d’obtenir des maillages multi-résolution qui capturent les caractéristiques les plus infimes pour une analyse approfondie. Dans les situations où il faut évaluer les propriétés d’étanchéité des portes, par exemple, cela peut faire la différence pour déterminer si un mur sera efficace ou s’il y aura des fuite, d’où la nécessité de disposer de données détaillées.

Une porte de protection contre les inondations en cours d’analyse initiale dans Artec Studio. Avec l’aimable autorisation de GoMeasure3D

« Ray II est parfait pour obtenir des positions et des mesures, mais Leo permet d’inspecter de plus près et d’obtenir un cadre de référence plus détaillé, » explique Art. « Tout le monde aimerait qu’un seul scanner puisse tout faire. Cela n’existe pas, mais la façon dont Artec Studio permet de combiner les données avec la fusion intelligente est quelque chose que je n’ai jamais vu dans aucun autre logiciel. »

Inspection du mur anti-inondation de Richmond

Lors du traitement des données dans Artec Studio l’équipe a commencé par les trianguler et utiliser l’algorithme d’enregistrement global en un seul clic du logiciel pour aligner tous les scans. Afin de simplifier et de réduire la taille de leur maillage, ils ont ensuite supprimé tous les cadres inutiles avant de le diviser en trois couches : les ponts, la rue et le mur lui-même.

Une fois optimisé, ce maillage a été analysé avec les outils d’inspection qualité d’Artec Studio. La cartographie des distances a permis de repérer les écarts en comparant les caractéristiques, tandis que les plans d’ajustement se sont avérés très utiles pour mesurer la planéité et analyser si les surfaces pouvaient se refermer pour former un joint.

Le scan 3D complet du mur anti-inondation dans Artec Studio. Avec l’aimable autorisation de GoMeasure3D

Pour une inspection plus approfondie, ils l'ont ensuite envoyé dans Geomagic Design X, un logiciel de rétro-ingénierie regorgeant d'outils pour la création de modèles CAO basés sur des caractéristiques à partir de données de scan. Paul explique qu’ils ont rapidement constaté que les outils de segmentation étaient particulièrement utiles, car ils « partent de pièces complexes et les réduisent à des formes fondamentales » d’une manière qui « permet de gagner un temps considérable. »

À partir de là, il a été possible de transformer toutes ces formes en objets CAO exploitables en les exportant vers SOLIDWORKS à l’aide de Design X SOLIDWORKS LiveTransfer. Cela a permis de transférer tout le travail, mais aussi de conserver toutes les relations paramétriques, afin de garantir la fidélité aux données d’origine.

Après avoir découpé ce maillage en structures de capture pouvant être construites ou étudiées plus en détail, ils l’ont envoyé dans Geomagic Control X. Là, des fonctions d’analyse des écarts telles que l’ajustement des surfaces organiques ont permis à l’équipe GoMeasure3D d’identifier rapidement les déformations qui constituaient des problèmes potentiels avant d’analyser la profondeur, le volume et la perte de matériau.

« Avec les structures en béton, il est impossible de voir si elles correspondent exactement au modèle CAO. Nous recherchons l’érosion, les piqûres, les déformations, les dommages physiques, ajoute Paul. L’ajustement organique des surfaces, qui est assez unique à Control X, permet de trouver le volume des défauts et de l’utiliser comme cadre de référence pour déterminer la solidité structurelle des ouvrages. »

« Une fois les défauts identifiés, il est possible de voir s’ils sont regroupés dans une zone particulière et, le cas échéant, de décider de procéder à des réparations. »

Analyse des écarts de la barrière anti-inondation de Richmond effectuée dans Geomagic Control X. Avec l’aimable autorisation de GoMeasure3D

Un workflow « extrêmement simple » à adopter

Le workflow de scan vers l’inspection de GoMeasure3D peut nécessiter quelques étapes, mais avec des outils intuitifs d’alignement et de scan vers la CAO (et un peu de pratique), Paul affirme qu’il peut devenir « extrêmement simple. »

Quoi qu’il en soit, ses collègues et lui n’ont pas trouvé de déviations alarmantes dans les barrières anti-inondation, mais ils ont démontré que cette méthode pouvait être utilisée ailleurs. En fait, leur workflow est considéré comme idéal pour capturer des données précises et détaillées pour l’inspection, le contrôle qualité, et la maintenance dans de nombreuses autres applications, y compris la fabrication industrielle, l’exploitation minière et l’aérospatiale.

« Avec ce workflow, pas besoin de données CAO, il est donc compatible avec beaucoup d’autres applications de génie civil, conclut Paul. La demande est très forte dans le domaine nucléaire et dans d’autres secteurs où il faut vérifier l’intégrité des structures en béton et les surveiller dans le temps. Il y a donc un marché énorme pour ces inspections apparemment simples mais en réalité très complexes. »

« Certains veulent une précision de 10 à 20 microns, d’autres ne se soucient pas d’une précision de moins d’un pouce, mais les mêmes principes s’appliquent à l’inspection de tous les objets, des pales de turbines aux murs anti-inondation. »

En définitive, Art affirme que le projet démontre les « capacités remarquables » du scan moderne en tant qu’outil permettant d’améliorer la sécurité et l’efficacité de la maintenance. Il souligne non seulement l’importance de cette technologie pour la maintenance du mur anti-inondation de Richmond, mais aussi son potentiel en tant qu’outil utilisable dans de nombreux secteurs d’activité.