Lidar HD et maquettes numériques : des jumeaux 3D au service du photovoltaïque

Contexte

Avec l’objectif de neutralité carbone fixé à 2050 et la montée en puissance des énergies renouvelables, les territoires sont de plus en plus sollicités pour accueillir des projets solaires, notamment sur les toitures. Mais dans un tissu urbain dense et hétérogène, détecter automatiquement les bâtiments réellement exploitables pour le solaire relève encore du défi. C’est dans ce contexte qu'OTE Ingénierie a expérimenté une nouvelle approche s’appuyant sur les données Lidar HD de l’IGN.

L’idée : combiner des données 3D très précises, une plateforme SIG puissante (ArcGIS Pro), et un modèle de traitement reproductible pour optimiser la conception des installations photovoltaïques sur ombrières ou en toiture, avec une précision et une rapidité inédites.

Le défi : modéliser précisément l’environnement

Le développement de centrales solaires ou d’ombrières photovoltaïques nécessite de modéliser avec précision l’environnement existant : topographie, bâti, végétation. Ce niveau de détail est essentiel pour :

• Estimer la production solaire selon les ombres portées par les arbres ou les bâtiments.

• Optimiser le positionnement des panneaux.

• Évaluer l’impact paysager d’un projet en amont.

• Simuler différents scénarios d’aménagement ou d’extension.

Or, les données classiques manquaient jusqu’alors de précision, d’homogénéité et de structure pour répondre à ces enjeux.

La solution : un jumeau numérique du territoire à partir du Lidar HD

Dès la mise à disposition des données Lidar HD par l’IGN, OTE Ingénierie a identifié leur potentiel :

• Haute densité (10 points/m²) et précision altimétrique (<1 m)

• Standardisation nationale

• Structuration et classification initiale des points

Grâce à ces données, enrichies de la BD Topo et d’imagerie infrarouge (BD Ortho IRC), OTE a conçu deux chaînes de traitement spécifiques : une pour le bâti, une pour la végétation.

➤ Reconstitution du bâti : géométrie et sémantique

La modélisation 3D des bâtiments s’appuie sur les emprises de la BD Topo extrudées à la hauteur de gouttière. Des algorithmes type RANSAC permettent d’identifier les pans de toiture et de reconstruire des volumes précis. Les données sont enrichies avec des attributs sémantiques (type de bâtiment, usage).

Résultat : des maquettes numériques fidèles à la réalité, géoréférencées et prêtes à être utilisées dans des simulations d’ensoleillement.

➤ Modélisation de la végétation : précision au pied de l’arbre

OTE a choisi une approche par objets vectoriels ponctuels plutôt qu’un maillage 3D lourd et difficile à éditer. À partir du Lidar HD et des données infrarouges, les couronnes d’arbres sont segmentées, et chaque arbre est localisé avec une précision de 48 cm, doté d’attributs tels que hauteur, diamètre de couronne, etc.

Ce modèle permet de simuler l’évolution de l’ensoleillement selon la position du soleil et d’anticiper l’effet des végétaux sur la production.

Cas concret : le siège d’OTE à Illkirch

Le site d’OTE à Illkirch, au sud de Strasbourg, a servi de démonstrateur. Grâce au SDK JavaScript d’Esri et à ArcGIS Pro, les équipes ont développé une application 3D immersive intégrant :

• Le bâti existant + les ombrières photovoltaïques issues du BIM

• L’environnement modélisé en 3D à partir des traitements décrits ci-dessus

• Un curseur temporel circulaire permettant de visualiser les ombres heure par heure, mois par mois

• Une vue projetée incluant deux étages supplémentaires prévus sur le bâtiment

• Une synthèse analytique de l’ensoleillement sur les ombrières pour quatre dates clés (solstices et équinoxes)

Vers un jumeau numérique temps réel

OTE a également testé l’intégration de données en temps réel, ouvrant la voie au monitoring dynamique :

• Connexion à une API météo (OpenWeather)

• Intégration des flux de production en direct des onduleurs

• Affichage du trafic en temps réel sur les voies alentour

Cette approche transforme la maquette numérique en un véritable jumeau numérique de site, au service de l’exploitation énergétique et de la gestion opérationnelle.

Perspectives

L’expertise développée pour le photovoltaïque est désormais transposable à d’autres domaines : urbanisme (PLU 3D, concertation publique), organisation de chantier, modélisation environnementale.

OTE poursuit les développements pour améliorer la qualité géométrique du bâti et enrichir la couche "arbre" avec l’inventaire forestier national et améliorer les algorithmes (correction des “arbres fantômes”, gestion des couronnes multiples…).