Ancienne ville nouvelle, Cergy-Pontoise est devenue une communauté d'agglomération en 2004. À cheval entre deux départements, les Yvelines et le Val d'Oise, elle représente une superficie de 80 km² et compte plus de 210 000 habitants répartis dans 13 communes de taille variée, allant de plus de 65 000 habitants à moins de 600. Cergy-Pontoise accueille également près de 30 000 étudiants et possède quelques gares importantes, comme Cergy Préfecture. Depuis quelques années, l'agglomération travaille sur la mise en oeuvre de représentations en trois dimensions de son territoire autour de son système d'information géographique (SIG) historique, fourni par Esri. Franck Touyaa, responsable du service géomatique de la communauté d'agglomération de Cergy-Pontoise, explique comment ces jumeaux numériques du territoire sont développés, à quels enjeux ils répondent et quels sont les points de vigilance lors d'une telle démarche.

« L'évolution du territoire est une vraie question », lance Franck Touyaa. « Elle soulève des enjeux de mobilité, de logement et d'occupation de l'espace. » Pour traiter ces questions, l'agglomération s'appuie notamment sur son SIG, mis en place en l'an 2000, qui fournit un support aux décisions grâce à la représentation du territoire. Ce SIG est géré par le service géomatique de Cergy-Pontoise, qui est rattaché à la direction stratégie urbaine et solidarités et emploie sept agents. « Le SIG a toujours reposé sur des solutions d'Esri. Il a démarré avec la consultation des données du cadastre et plans d'urbanisme, puis au fil du temps il a intégré des données sur toutes les compétences d'aménagement urbain : voirie, espaces verts, réseaux, culture, sport, etc. », relate Franck Touyaa. En 2019, la solution d'Esri a intégré de nouvelles données et méthodes d'affichage rendant possible l'acquisition et la visualisation de données 3D. « Depuis les années 80, nous avions des maquettes en 3D physiques. Nous avons alors commencé à réfléchir à l'usage de la 3D pour certains secteurs, complexes à visualiser en deux dimensions », se souvient Franck Touyaa. L'évolution des technologies Web, en facilitant l'accès à la donnée tridimensionnelle, permettait de répondre à plusieurs besoins métiers, principalement autour de l'aménagement urbain. « Sur le quartier Grand Centre Coeur d'agglo par exemple, nous avons un urbanisme de dalle, avec plusieurs niveaux qui se superposent », illustre Franck Touyaa.

Acquérir des données précises sur le territoire

Cergy-Pontoise a alors entamé le développement d'une plateforme en 3D multi-échelle, destinée à devenir un jumeau numérique de l'agglomération, en se basant sur les technologies de modélisation comme le BIM (building information modeling) et ses équivalents pour les villes et territoires. « Au début du projet, nous avons beaucoup travaillé avec Esri. Nous participons à leur programme d'accompagnement Avantages360, avec un chef de projet qui connaît bien nos problématiques et nous propose des pistes de réponse. Pour nous familiariser avec la prise en main des outils 3D, nous avons fait un Proof of Concept (PoC) sur la maquette de Grand Centre », raconte Franck Touyaa.


Une vue scan 3D d'une partie du territoire de l'agglomération de Cergy-Pontoise.

Pour acquérir les données, plusieurs étapes ont été mises en oeuvre. L'agglomération disposait déjà de prises de vue aériennes réalisées en 2018 (orthophotos et obliques pour les façades). En 2019, elle a également mené des scans Lidar, qui permettent d'obtenir des nuages de points très précis. Grâce à ces données, tous les bâtiments ont pu être générés en 3D. Enfin, Cergy-Pontoise a également utilisé la technique du scan 3D sur des secteurs plus importants en taille. « Nous sommes partis sur des acquisitions au plus près du terrain, avec un géomètre qui utilisait un drone pour le scan 3D sur la dalle, mais aussi en dessous, en capturant également les réseaux, les portes et les autres objets », décrit Franck Touyaa. Selon ce dernier, l'acquisition des données n'est pas ce qui prend le plus de temps. Pour les prises aériennes de 2018 et le Lidar en 2019, le plus long a été d'obtenir les autorisations de vol. Dans le cas du quartier Grand Centre, quelques jours ont suffi pour le survol par drones. Ensuite, cela se fait en une journée. «  Le plus long est la restitution avec les géomètres, pour redessiner les maquettes BIM (building information modeling). Pour le projet, cela s'est fait en deux temps, en 2020 et 2021, avec à chaque fois quatre mois de travail sur le terrain et de traitement », indique Franck Touyaa.

Enrichir les modèles 3D avec d'autres données

La représentation de l'espace et du territoire en 3D demande davantage de temps. « Nous avons presque terminé après un an de travail, il nous reste encore quelques contrôles à réaliser », précise Franck Touyaa. Maintenant, le service géomatique gère lui-même la plateforme, avec un agent en particulier qui est chargé de la 3D. L'équipe souhaite désormais poursuivre la démarche. « L'objectif n'est pas d'avoir un jumeau numérique, mais plusieurs. Nous en avons un pour le quartier Grand Centre, un autre avec l'intégralité du territoire en moindre qualité, générée à partir de prises de vue aériennes. Le but est de proposer des données à la population et d'intégrer de nouveaux secteurs. La première zone modélisée, le quartier Grand Centre, nous a permis d'appréhender les technologies. Nous allons étendre l'idée à d'autres thématiques et d'autres projets urbains », indique Franck Touyaa. Grâce au travail déjà mené, le service est aujourd'hui en mesure de proposer aux métiers des visions en 2D ou en 3D en fonction des sujets. « Avec des plans interactifs et une connaissance du territoire en 3D, on se repère mieux que sur un plan en deux dimensions. La valeur ajoutée est d'ordre visuel », souligne Franck Touyaa. « Nous avons pu utiliser la maquette pour faire de la simulation, afin de montrer à nos collègues l'intérêt de positionner les bâtiments dans leur environnement. Nous avons par exemple fait plusieurs simulations d'un bâtiment de l'université, avec des couleurs de co-visibilité pour indiquer ce que l'on pouvait voir de celui-ci depuis tel ou tel point de vue », poursuit-il. Une autre piste à l'étude est la mise à disposition en open data, « mais les données brutes prennent de la place », pointe Franck Touyaa.


La maquette 3D du projet Grand Centre Coeur d'Agglo.

Actuellement, l'agglomération travaille à l'ajout de données dans la plateforme 3D. « Nous avons une réflexion sur l'intégration de flux de données. Par exemple, nous avons réalisé une version grand public de la maquette Grand Centre, qu'il s'agit de ne pas dissocier des projets d'aménagement en cours », explique Franck Touyaa. Ainsi, la maquette mêle les bâtiments existants à ceux en projet. « Le SIG doit s'inclure dans les dispositifs de communication de l'agglomération, ce n'est pas un outil à part », pointe le responsable. Cette intégration doit permettre à des projets urbains d'interroger un site Web, pour récupérer par exemple un flux de données sur l'info trafic en temps réel. « Nous avons déjà intégré dans la maquette Grand Centre la consultation des stations de vélo en libre-service VélO2, qui peuvent être en haut ou en bas de la dalle », illustre Franck Touyaa. Le service utilise également toutes les données déjà présentes dans le SIG, comme une base de données qui contient 40 000 arbres et leur positionnement. « Nous examinons si nous pouvons récupérer la hauteur de ces arbres via le Lidar, afin d'améliorer nos connaissances sur ceux-ci », indique le responsable.

Penser à l'évolution du modèle et aux enjeux IT associés

Pour le responsable du service géomatique, le passage à la modélisation en 3D soulève divers enjeux, auxquels il convient de réfléchir en amont. Le premier est celui de la mise à jour des données, afin de faire vivre les modèles. Il faut prévoir des processus métier sur l'évolution de la maquette et l'acquisition de nouvelles données. « Nous avons plusieurs méthodes pour l'évolution du modèle, comme de récupérer auprès des maîtrises d'ouvrage les maquettes BIM des bâtiments. C'est une vraie réflexion, globale à tous les territoires. Quand c'est possible, cela nous fait gagner du temps. Intégrer les outils de BIM et les SIG demande du temps et des compétences. Toutefois, dans notre cas, la convergence entre les solutions d'Esri et d'Autodesk a facilité les choses. J'ai été surpris de la facilité d'intégration », confie Franck Touyaa. Une deuxième approche, sur des secteurs à enjeux, consiste à faire appel à des prestataires spécialisés dans l'acquisition par drones. Enfin, lors des prochaines prises de vue aériennes, le service va demander une mise à jour des données. Un autre enjeu porte sur la connaissance qu'ont les métiers sur l'utilisation de la 3D. « Aujourd'hui quasiment tous les métiers de l'agglomération savent utiliser le SIG, mais la 3D n'est pas encore entrée dans la culture géomatique. Nous avons un travail d'accompagnement et d'animation sur le sujet à mener », estime le responsable.

D'autres problématiques concernent plutôt le système d'information, comme le stockage et le poids des données, des aspects qui doivent être pris en compte. L'orthocartographie 3D représente plusieurs Go de données, cela a un coût. Il faut se poser en amont la question de ce qu'on va faire de ces données », explique Franck Touyaa. Pour son SIG, Cergy-Pontoise héberge un portail Géo agglo en interne. Les données ortho-3D, qui représentent environ 74 Go, sont quant à elles publiées sur le service SaaS Arcgis Online d'Esri. « La navigation dans la maquette se fait en streaming. Le choix du cloud était pertinent pour restituer les données avec des temps d'accès corrects : la visualisation ne nécessite pas des ordinateurs très puissants, un navigateur et une bonne connexion suffisent », pointe le responsable. Enfin, il faut aussi veiller à l'interopérabilité des formats. « C'était l'une de nos exigences d'avoir des formats interopérables », souligne Franck Touyaa. « Le SIG est déjà bien intégré avec nos outils métiers, comme la base de données des arbres qui peut ainsi avoir plusieurs usages ; mais notre ambition est d'en inclure davantage, pourquoi pas sur la 3D », confie-t-il en conclusion.