Contraintes géométriques et topographiques pour la ... · diplôme d’Ingénieur Géomètre-Topographe Présidente de Jury : Mlle SIMONETTO Elisabeth Professeur Référent : M

Contraintes géométriques et topographiques Contraintes géométriques et topographiques Contraintes géométriques et topographiques Contraintes géométriques et topographiques pour la tomographie des édifices volcaniquespour la tomographie des édifices volcaniques

Présenté par : Vincent TREFOND

P l’ b i d Pour l’obtention du diplôme d’Ingénieur Géomètre-Topographe

Présidente de Jury : Mlle SIMONETTO

Elisabeth

Professeur Référent : M DURAND

Stéphane

Maître de stage : M LABAZUY

PhilippeElisabeth

Le 6 Juillet 2011 au Laboratoire Magmas et Volcans(Clermont-Ferrand)

Stéphane Philippe

1 / 112011-07-06

INTRODUCTIONINTRODUCTION

A l d LMV à l’OPGC d l d d’ Accueil au sein du LMV et à l’OPGC, dans le cadre d’un projet collaboratif, le projet TOMUVOL entre plusieurs laboratoires de l’UBP.

Puy de Dôme, site emblématique : Grand Site Expérimental(Candidature pour classement au Patrimoine Mondial de l’UNESCO) (Candidature pour classement au Patrimoine Mondial de l UNESCO)

I. Le projet TOMUVOL (TOmographie avec p j ( g pdes MUons atmosphériques appliqué aux

VOLcans)II Le positionnement du détecteur dans II. Le positionnement du détecteur dans

la grotte TaillerieIII Le contrôle du levé LiDAR

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III. Le contrôle du levé LiDAR

2 / 542011-07-06

Partie 1 : Projet Partie 2 : Positionnement Partie 3 : Contrôle

Objectif : radiographie spatialisée Objectif : radiographie spatialisée

Radiographie = Ombre

Objectif : radiographie spatialisée Objectif : radiographie spatialisée pour l’élaboration d’un modèle de densitépour l’élaboration d’un modèle de densité

Radiographie = Ombre

Positionnement du Géométrie de l’édificePositionnement du détecteur Déterminé par levé LiDAR

aéroporté

Modèle de densité

Multiplications de points de vue

Tomographie = Modèle 3DSt t d l’édifi /

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Structure de l’édifice / Dynamique

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Objectif : radiographie spatialisée Objectif : radiographie spatialisée Objectif : radiographie spatialisée Objectif : radiographie spatialisée pour l’élaboration d’un modèle de densitépour l’élaboration d’un modèle de densité

Les contraintes expérimentales :

• Etre capable de reconstruireles trajectoires dans l’édifice :les trajectoires dans l édifice :

positionnement du détecteur

• Intégrer l’atténuation du b d l nombre de muons par la

distance parcourue dans l’édifice : MNT inframétrique

Source : Rapport Janus – Etude du flux de muons atmosphériques –

Aurélie Jallat

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MNT inframétrique

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Objectif : radiographie spatialisée Objectif : radiographie spatialisée


Objectif : radiographie spatialisée Objectif : radiographie spatialisée pour l’élaboration d’un modèle de densitépour l’élaboration d’un modèle de densité

Les muonsLes muonsDéfinition : Définition :

ParticulesParticules issuesissues d’uned’une collisioncollision dudurayonnementrayonnement cosmiquecosmique avecavec l’airl’air

Caractéristiques :Caractéristiques :

•• ForteForte énergieénergie :: jusqu’àjusqu’à 10102020 eVeVgg j qj q

•• CapablesCapables dede traversertraverser plusieursplusieurs hmhm// kmkm dede rochesroches avantavant désintégrationdésintégration..

OO ll ll•• OntOnt uneune trajectoiretrajectoire rectilignerectiligne lorslorsdede lala traverséetraversée dede matièrematière..

•• FluxFlux arrivantarrivant sursur TerreTerre connuconnuSource : www.bibnum.education.fr

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suivantsuivant toutestoutes lesles directionsdirections..

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NSource : www.geoportail.fr

Sommet du puy de Dôme

N

Trajectoires des muons

Détecteur – grotte Taillerie

Source : www.geoportail.frCône de prise de vue

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Situation du détecteur

Source : LMV

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TECHNIQUE DE DETECTION :TECHNIQUE DE DETECTION :Le détecteur :Le détecteur :

Caractéristiques du détecteur dans sa phase expérimentale 1:Caractéristiques du détecteur dans sa phase expérimentale 1:

Photographie des plans de détection dans leur bâti de F. DAUDON LPC

Bâti 3 plans – F. DAUDON

q p pq p p

•• DeuxDeux plansplans dede unun mètremètre carrécarré etet unun dede 11//66 mètremètre carrécarréconstituésconstitués dede padspads dede 11cm²cm²

•• RésolutionRésolution dede détectiondétection :: quelquesquelques mradmrad

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•• RésolutionRésolution dede détectiondétection :: quelquesquelques mradmrad

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Première radiographie du PuyPremière radiographie du Puy--dede--Dôme Dôme


puy de Petit puy de

g p yg p ypar la technique par la technique muoniquemuonique::

puy de Dôme

Petit puy de Dôme

Traces cumulées lors de la phase e périmentaleexpérimentale.Source : Projet TOMUVOL

Source : Projet TOMUVOL

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Atténuation nette du nombre de trajectoires en fonction de l’élévation.8 / 54

I.I. Le positionnement du Le positionnement du Partie 1 : Projet Partie 2 : Positionnement Partie 3 : Contrôle

I.I. Le positionnement du Le positionnement du détecteur à la grotte Taillerie :détecteur à la grotte Taillerie :

Objectif : Positionner le détecteur dans la grotte avec Objectif : Positionner le détecteur dans la grotte avec une précision millimétriqueune précision millimétrique

Contraintes locales :Contraintes locales :

• Accès au local par des tunnelsétroits et sinueux

• Présence de matériel permettant le fonctionnement du détecteur

• Présence de verrières sur lelocal

+

2011-07-06 9 / 54


Objectif : Positionner le détecteur dans la grotte avec Objectif : Positionner le détecteur dans la grotte avec Objectif : Positionner le détecteur dans la grotte avec Objectif : Positionner le détecteur dans la grotte avec une précision millimétriqueune précision millimétrique

Méthodologie :Méthodologie :

• Création d’un réseau extérieurextérieur

• Création d’un réseau intérieur au local

• Mesures sur le détecteur

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Objectif : Positionner le détecteur dans la grotte avec Objectif : Positionner le détecteur dans la grotte avec

Préparation de la mission :Préparation de la mission :


pp

• Création d’un réseau géodésique observé par t h i GNSS (Gl b l technique GNSS (Global Navigation Satellite System)

• Descente de points dans le local enterré

Pt GPSPt GPS

Ligne de base

• Mesures sur le détecteur Détecteur

Pt GPS

Pt GPS (pivot)

Pt GPS

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Source : www.geoportail.fr11 / 54





pp

• Création d’un réseau géodésique observé par technique GNSS (Global Navigation Satellite System)



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pp

• Création d’un réseau géodésique observé par technique GNSS (Global Navigation Satellite System)



2011-07-06 13 / 54


Objectif : Positionner le détecteur dans la grotte avec Objectif : Positionner le détecteur dans la grotte avec Objectif : Positionner le détecteur dans la grotte avec Objectif : Positionner le détecteur dans la grotte avec une précision millimétriqueune précision millimétrique

Réalisation de la mission sur le terrain :Réalisation de la mission sur le terrain :Réalisation de la mission sur le terrain :Réalisation de la mission sur le terrain :

Le 24 Mars 2011 8h 9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h

Mise en place du réseau géodésiquegéodésique

Démontage des verrières

Descente de points dans le local et mesures sur les

points du réseau d’appui

Remontage des verrières

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Réalisation de la mission sur le terrain :Réalisation de la mission sur le terrain :


Réalisation de la mission sur le terrain :Réalisation de la mission sur le terrain :

Le 28 Mars 2011 8h 9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h

Verticalisation des trépieds et embases

Mesures au tachéomètre dans le local

Mesures pour le levé intérieur du local

Mesures de nivellement direct sur le détecteur

Mesures de nivellement direct sur les points de référence

Cheminement de contrôle entre

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points de référence altimétrique

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Calcul de la solution :Calcul de la solution :


Calcul de la solution :Calcul de la solution :• Calcul du réseau de points d’appuis observé par technique GNSS

Calcul du point pivotC l l d Calcul des autres points

• Calcul du réseau de points Cn et Dn

Précision plani : 2mmPrécision alti : 4mm

2011-07-06 Source : www.geoportail.fr

Précision alti : 4mm

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Calcul de la solution :Calcul de la solution :


Calcul de la solution :Calcul de la solution :• Calcul du réseau de points d’appuis observé par technique GNSS

Calcul du point pivotC l l d iCalcul des autres points

• Calcul du réseau de points Cn et Dn

Source : www.geoportail.fr

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Compensation des cheminsPrécision sur les points : > 4mm en plani

> 4mm en alti 17 / 54




Calcul de la solution :Calcul de la solution :Calcul de la solution :Calcul de la solution :• Calcul du réseau de points d’appuis observé par technique GNSS• Calcul du réseau de points Cn et Dn

En bloc avec ou sans précision sur les points d’appuisEn découpant le calcul des points Cn et Dn avec ou sans précision sur les points d’appuisE tili t l i ll t di tEn utilisant ou non le nivellement direct

2011-07-06Vue en plan 18 / 54




Calcul de la solution :Calcul de la solution :Calcul de la solution :Calcul de la solution :• Calcul du réseau de points d’appuis observé par technique GNSS• Calcul du réseau de points Cn et Dn• Résultats

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Calcul de la solution :Calcul de la solution :Calcul de la solution :Calcul de la solution :• Calcul du réseau de points d’appuis observé par technique GNSS• Calcul du réseau de points Cn et Dn• Résultats

Précision millimétrique

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Et pour le futur ?p

• Méthodologie sur le contrôle de stabilitédu détecteur (inclinomètre, Bcam,…)

Source : site internet Meiri

• Méthodologie sur le positionnement despads par rapport au bâti.

• Méthodologie à mettre en place pour lepositionnement absolu du détecteur dansl é é l ( l if l )

Source : TFE Mlle Maurisset au CERN

le cas général (volcan actif par exemple)

Source : F DAUDON LPC

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Source : F. DAUDON, LPC

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Contrôle du levé Contrôle du levé LiDARLiDARPartie 1 : Projet Partie 2 : Positionnement Partie 3 : Contrôle

Contrôle du levé Contrôle du levé LiDARLiDAR

L l é L l é LiDARLiDAR Ch i d Ch i d Le levé Le levé LiDARLiDAR Chaines des puysChaines des puys

• Un des volets d’un ambitieux programme de recherchemené sur le puy de Dôme, Grand Site Expérimental, dans lecadre d’une convention de recherche signée entre le Conseilgénéral du Puy de Dôme et l’Université Blaise Pascal deClermont FerrandClermont-Ferrand.

• Classement de la Chaîne des Puys et de la Faille de Limagneau Patrimoine Mondial UNESCO porté par le Département.

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Contrôle du levé Contrôle du levé LiDARLiDARObjectif : Contrôler les prescriptions fournies par le Objectif : Contrôler les prescriptions fournies par le

maître d’ouvragemaître d’ouvragemaître d ouvragemaître d ouvrageLe levé Le levé LiDARLiDAR, principe :, principe :Positionner un point au sol :

Source : http://i88.servimg.com/u/f88/12/48/61/32/smb2_c11.jpg

Référentiel généralSurface éclairée

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maître d’ouvragemaître d’ouvrageLe levé Le levé LiDARLiDAR, principe :, principe :Positionner un point au sol :

maître d ouvragemaître d ouvrage

Référentiel antenne GNSS – Centrale Inertielle

3 rotations, 3 l i3 translations



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Référentiel du scanner embarqué

Référentiel antenne GNSS – Centre Inertielle

3 rotations, 3 l i α, ρ3 translations



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Référentiel antenne GNSS – Centre Inertielle Référentiel du scanner embarqué

3 rotations, 3 translations3 rotations,

3 l i α, ρ3 translations



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maître d’ouvragemaître d’ouvrage

Premiers résultats:Premiers résultats:


Temple de MercureTemple de Mercure

Col de Ceyssat

Rose : Echos Sol

2011-07-06 Source : Ph. Labazuy & al. 27 / 54

Vert : Echos végétationRouge : Echos bâti



maître d’ouvragemaître d’ouvragemaître d ouvragemaître d ouvrage


Temple de MercureTemple de Mercure

Col de Ceyssat

2011-07-06 Source : Ph. Labazuy & al. 28 / 54



maître d’ouvragemaître d’ouvrageSource : Ph. Labazuy & al.



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maître d’ouvragemaître d’ouvrageObligations fournies par le Cahier des Clauses

Secteur puy de Dôme étendu

N


Techniques Particulières (CCTP) :

N

Densité de 10 points / m² pour le nuage de points sol sur le secteur puy de Dôme p yétenduDensité de 20 points / m² pour le nuage de points sol sur

Secteur Kilian

pour le nuage de points sol sur le secteur KilianPrécision planimétrique et altimétrique de 10 cm sur

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altimétrique de 10 cm sur l’ensemble des secteurs

Source : www.geoportail.fr 30 / 54

Contrôle de la densité de pointsContrôle de la densité de pointsPartie 1 : Projet Partie 2 : Positionnement Partie 3 : Contrôle

Fichier fourni par le prestataire :Fichier .txt colonné avec format : Id E N Alt I E

Création d’un exécutable permettant ce contrôle, code source écrit en C

Fichier .txt

Exécutable

Image brute Fichier de géoréferencement

Informations en sortie via l’invite d d

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géoréferencement de commande

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Contrôle de la densité de pointsContrôle de la densité de points

Informations via l’invite de commande :

Exemple sur la zone du col de Ceyssat : Sortie

Informations via l invite de commande :

Fichier de géoréfencement :

1.00000000

Taille du pixel en X

Rotation de l’image0-1.000000696491.6875006518339 000000

Taille du pixel en Y

Coordonnées du pixel en haut à gauche de l’image

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6518339.000000

32 / 54



Image brute :

Exemple sur la zone du col de Ceyssat : Sortie

Image brute :

Pts/m²

Application d’une table de couleurs 40

90

Résultats0

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Résultats

Zone Moyenne Ecart-type MédianeCellules ne respectant Zone y

(en pts /m²)yp

(en pts / m²) (en pts / m²)p

pas la densité minimale

Col de Ceyssat 13 2 8 7 14 0 35 %Col de Ceyssat 13,2 8,7 14,0 35 %

Clierzou 12,3 6,1 13,0 27 %

T l d M 14 3 8 8 13 0 25 %Temple de Mercure 14,3 8,8 13,0 25 %

Voie Romaine 6,8 6,9 4,0 67 %

K l 5 4 7 4 2 0 79 %Kilian 5,4 7,4 2,0 79 %

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Conclusion sur le test

Sur la zone puy de Dôme étendu :

• Densité moyenne de 11,7 pts / m² avec un fort écart-type.

38 5 % d ll l t t l é i ti d CCTP• 38,5 % des cellules ne respectent pas le préconisation du CCTP.

Sur la zone du Kilian :

• Densité moyenne (5,4 pts /m²)en dessous des préconisations du CCTP.

• 79 % des cellules ne respectent les préconisations du CCTP.

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Grâce :

Et pour le futur ?

• Aux fichiers de géoréférencement• Aux ortho-images acquises lors du levé LiDAR

Télédétection : Classification superviséeClassification supervisée=> Détermination des zones

(donc espèces) ê h t l é empêchant un levé

LiDAR

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Source : BD Ortho de l’IGN36 / 54

Contrôle de la précision du levé Contrôle de la précision du levé LiDARLiDARPartie 1 : Projet Partie 2 : Positionnement Partie 3 : Contrôle

Où ?

Sur des zones intéressantes : S l l hé l i • Sur le plan archéologique (Clierzou)


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Où ?


• Sur des zones avec beaucoup de détails (Voie Romaine))


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Où ?



• Sur une zone avec des ruptures de pentes (Col ruptures de pentes (Col de Ceyssat)


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Où ?



• Sur une zone avec des ruptures de pentes (Col ruptures de pentes (Col de Ceyssat)

• Sur des zones avec un


• Sur des zones avec un fort couvert (Kilian)

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Comment ?

Les solutions :

GPS : RTK ( Real Time Kinematic)GPS : RTK ( Real Time Kinematic)

Source : www.topconpositioning.com

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p p g


Comment ?

Les solutions :


Végétation

Source : www.topconpositioning.com

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p p g


Comment ?

Les solutions :


Végétation

Levé topographique classique

Source : www.lepont.fr/flexline-leica /

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p f f


Comment ?

Les solutions :


Végétation


Levé quoi ? Rupture de pentes Levé quoi ? Rupture de pentes ou avec un pas régulier

Source : www.lepont.fr/flexline-leica /

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p f f

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Comment ?

Les solutions :


Végétation


Levé quoi ? Rupture de pentes Levé quoi ? Rupture de pentes ou avec un pas régulier

Scanner terrestre OUISource : www.webitou.com/search/

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Comment ?

• Grâce à un scan terrestre avec • Grâce à un scan terrestre avec la station VX de Trimble

P i é ti d’ ill à • Puis création d’un maillage à partir du scan terrestre

• Enfin comparaison sous3DReshaper du nuage de pointsLiDAR avec le maillageg

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Le traitement sur le col de Ceyssat :

• Scan de la zone

Zone de scan

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• Nettoyage du nuage de points acquis par scan terrestre

A supprimer

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• Maillage du nuage de points

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• Sélection des points dans le nuage de points LiDAR

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• Comparaison entre le maillage et les points LiDAR


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Résultats :

Ecart moyen 3D Ecart moyen plani Ecart AltiZone Ecart-type

(en m)Ecart-type

(en m)Ecart-type

(en m)

Clierzou0,06 0,03 -0,06

Clierzou 0,06 0,03 0,05

Col de Ceyssat 0,120,04

0,020,03

-0,120,030,0 0,03 0,03

Voie Romaine 0,130,09

0,030,03

-0,130,09

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Conclusion :Conclusion :Positionnement du détecteur

• Positionnement du détecteur au millimètre

Positionnement du détecteur

• Calcul du réseau géodésique par la méthode préconisée dans le livre « Localisation et Navigation par Satellites »

• Mettre des précisions sur des points d’appuis ? Oui mais…

• Contrôle de la densité :

Contrôle du levé LiDAR

• Contrôle de la densité : En moyenne la densité est respectéeMais pas pour toutes les cellules

• Contrôle de la précision du levé LiDAR : Précision planimétrique respectée

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Précision altimétrique hors respect de 2-3 cm

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Merci de votre attentionMerci de votre attention

Un merci chaleureux à

L’ensemble des personnes qui sont intervenus à mes cotés pour les différentes missions.

L’équipe du laboratoire de GEOLAB (M. Voldoire particulièrement) pour le prêt de matériel topographique.p p p g p q

L’équipe du laboratoire de l’ESGT (M. Durand et Morel particulièrement) pour le prêt de matériel topographiqueparticulièrement) pour le prêt de matériel topographique.

L’équipe GEOTOPO – TRIMBLE pour leur prêt de la station VX

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Documents

Contraintes géométriques et topographiques pour la ... · diplôme d’Ingénieur Géomètre-Topographe Présidente de Jury : Mlle SIMONETTO Elisabeth Professeur Référent : M