Le « Scan-to-BIM » dans la rénovation : le relevé numérique comme point de départ

Dans les projets de rénovation, les relevés s'appuient encore souvent sur d'anciens plans, un mètre à ruban, des photos et plusieurs visites sur le chantier. Pour des travaux de rénovation de moindre envergure, cette méthode peut suffire. En revanche, dans les bâtiments plus grands, plus anciens ou techniquement complexes, les difficultés apparaissent rapidement : les plans ne sont plus à jour, les murs ne correspondent pas aux plans, les sols présentent des différences de niveau et les installations techniques ont été modifiées au fil des années.

Du bâtiment au nuage de points

Un scan laser 3D permet de cartographier l’état actuel de manière bien plus complète. Lorsque les données recueillies sont ensuite transformées en un modèle 3D ou BIM exploitable, elles constituent une base numérique commune pour la conception, la coordination, l'exécution des travaux et, éventuellement, la gestion du bâtiment. C'est ce processus qu'on appelle généralement « Scan-to-BIM ». Toutefois, un nuage de points n’est pas automatiquement un modèle BIM, et un scan précis ne garantit pas à lui seul un modèle de bâtiment d'une précision équivalente. Le résultat dépend de la préparation, de la méthode de relevé, du traitement des données et des exigences définies pour les livrables.

Lors d’un relevé laser, un scanner est placé à différents endroits à l’intérieur et autour du bâtiment. L’appareil mesure  la distance qui le sépare des surfaces visibles, comme les murs, les sols, les plafonds, les fenêtres, les poutres et les installations techniques. Les meubles, les angles, les équipements et les portes fermées pouvant masquer certaines surfaces, plusieurs positions de balayage sont nécessaires. Un chevauchement suffisant entre les scans est essentiel pour permettre leur recalage et un assemblage fiable.

De nombreux scanners réalisent simultanément des photos panoramiques, qui permettent d’associer des informations de couleur aux points relevés et facilitent ainsi l'interprétation du nuage de points. Après le relevé sur le terrain, les scans individuels sont recalés numériquement à l’aide de géométries communes, de cibles ou de points de contrôle. On obtient de cette façon un nuage de points cohérent qui reflète l’état actuel visible du bâtiment.

Les scanners laser terrestres montés sur trépied conviennent généralement aux relevés précis de l’existant. Les scanners mobiles permettent de couvrir plus rapidement de grandes surfaces, mais nécessitent des contrôles supplémentaires. Pour les toitures, les façades et les autres zones difficiles d’accès, la photogrammétrie par drone peut constituer un complément intéressant. Cette technique permet de reconstituer un modèle 3D ou un nuage de points à partir de photographies qui se chevauchent. Les deux méthodes sont donc régulièrement combinées dans les projets de rénovation.

Le scan n'est qu'un début

Un nuage de points montre ce que le scanner a pu relever, mais ne renseigne pas automatiquement la nature exacte d’une surface ou d’un élément de construction. Il ne permet pas, par exemple, de déterminer d’emblée si un mur est porteur, de quelles couches se compose un plancher ou quelle canalisation se trouve derrière un plafond. L'intérieur des structures reste également en grande partie inconnu. Pour obtenir ce type d'informations, il faut toujours consulter les dossiers existants ou recourir à des inspections endoscopiques ou à des investigations destructives locales.

Les données brutes de mesure doivent en outre être traitées. Les personnes, le mobilier, les véhicules, les installations temporaires de chantier et les points parasites sont supprimés ou gérés séparément. Le nuage de points peut ensuite être subdivisé par étage, partie du bâtiment, local ou discipline. Toutes les applications ne nécessitant pas la même densité de données, il est possible de conserver une version complète pour l'archivage et une version de travail allégée destinée aux concepteurs et aux entreprises chargées des travaux.

Ce n’est qu'à ce stade que commence le véritable travail de « Scan-to-BIM » : l’interprétation et la modélisation des données relevées.

Du nuage de points au modèle

Le modeleur utilise le nuage de points comme support numérique. À partir des données relevées, il modélise les sols, les plafonds, les murs, les fenêtres, les portes, les colonnes, les poutres, les toitures, les escaliers et, si nécessaire, les installations techniques apparentes.

Ce processus ne peut être automatisé que partiellement. Dans des configurations courantes, les logiciels sont capables de reconnaître certaines surfaces, canalisations ou cloisons simples, mais les bâtiments existants sont rarement parfaitement droits ou symétriques. Les sols peuvent présenter des déformations, les murs être hors d'aplomb et les détails architecturaux anciens ou les installations techniques particulièrement denses ne se prêtent pas facilement à une conversion en objets standardisés. L’interprétation humaine reste donc indispensable.

Un modèle « Scan-to-BIM » ne doit pas non plus nécessairement reproduire le nuage de points à l’identique. Les irrégularités de l’existant peuvent être déterminantes pour les éléments sur mesure, l’intégration de nouvelles installations techniques ou les hauteurs libres disponibles. En revanche, pour une première étude de conception, un modèle simplifié peut suffire, à condition que les écarts critiques restent identifiés. Ces simplifications doivent être convenues au préalable et ne peuvent entraîner la disparition d’informations essentielles à l'insu des utilisateurs.

Par ailleurs, un modèle 3D n’est pas nécessaire un véritable modèle BIM. Le BIM va au-delà de la géométrie : il englobe également des conventions relatives aux informations, aux responsabilités, aux échanges, à l’utilisation et à la gestion des données. Le modèle doit donc contenir les informations pertinentes pour une tâche ou une décision clairement définie.

D'abord les besoins, ensuite le scanner

Un projet Scan-to-BIM bien préparé ne commence donc pas par le choix d’un appareil, mais par la définition des besoins d'information. Les données serviront-elles à une étude de faisabilité, à la conception d’une rénovation, à une étude de stabilité, à la coordination des installations techniques, au contrôle de l'exécution ou à la gestion future du bâtiment ? C’est en fonction de leur utilisation que seront déterminés les zones à relever, la précision nécessaire et le niveau d’information à intégrer au modèle.

Pour une première étude volumétrique, ce sont surtout les dimensions principales, les niveaux de plancher, les formes de toiture et les ouvertures de façade qui importent. Pour l’intégration de conduits de ventilation ou de canalisations, ce sont les hauteurs libres, les poutres, les passages et les installations existantes qui priment. Dans le cadre d’une restauration, les déformations, les détails de façade et les dommages peuvent occuper une place centrale.

Pour une première étude volumétrique, les dimensions principales, les niveaux des planchers, les formes des toitures et les ouvertures en façade sont généralement prioritaires. Pour l’intégration de conduits de ventilation ou de canalisations, l’attention se portera davantage sur les hauteurs libres, les poutres, les traversées et les installations existantes. Dans un projet de restauration, les déformations, les détails de façade et les dégradations peuvent être au cœur du relevé.

Il est donc essentiel de définir les livrables attendus dès le départ : un nuage de points, des plans 2D, un modèle détaillé de l’existant ou un modèle BIM intégrant des propriétés, des documents et des codifications. Il faut également préciser les éléments de construction à modéliser, les éventuelles exceptions et la manière dont les écarts par rapport à la géométrie théorique doivent être représentés.

Le concept de « niveau du besoin d'information » (Level of Information Need) offre un cadre utile à cet effet. L’objectif n’est pas d’accumuler un maximum de détails, mais de disposer à un moment donné, des informations nécessaires à une tâche précise. Celles-ci comprennent des informations géométriques, comme les dimensions, la position et les espaces libres ; les informations alphanumériques, comme les caractéristiques des matériaux ou des installations ; et la documentation, comme les photos, des rapports d’inspection et des plans historiques.

Ces exigences gagnent à être définies conjointement par le maître d’ouvrage, l’architecte, le géomètre ou l’entreprise chargée des scans, les bureaux d’études, l’entrepreneur et, éventuellement, le gestionnaire du bâtiment. Cette concertation évite de collecter une multitude de données inutiles tout en laissant de côté des zones essentielles.

La précision doit être définie pour chaque projet

La notion de « précision millimétrique » mérite d’être nuancée. La précision intrinsèque du scanner n’est qu’un facteur parmi d’autres. Le positionnement de l’appareil, la distance par rapport aux surfaces relevées, la résolution, le chevauchement des scans, la méthode de recalage, les points de contrôle et l’expérience de la personne chargée du traitement influencent également la qualité du résultat final.

Dans les grands bâtiments, de légères erreurs de recalage peuvent se répercuter sur l’ensemble du relevé. Pour les projets particulièrement exigeants, il est donc possible d’utiliser des points de référence indépendants, mesurés à l’aide d’une station totale ou d’un système GNSS. Un géoréférencement peut également être nécessaire lorsque le scan doit être mis en relation avec des données topographiques, des données d’infrastructure ou des données SIG. Pour un modèle de rénovation destiné à un usage interne, un système de coordonnées local peut suffire. Ce choix doit lui aussi être défini au préalable.

Les livrables ne doivent donc pas se limiter à un fichier. Le prestataire doit également pouvoir préciser les tolérances appliquées et expliquer comment le recalage des scans a été contrôlé. Ce contrôle qualité est particulièrement important dans les longs couloirs, les cages d’escalier et les bâtiments comportant plusieurs étages.

Concordance entre le modèle et la réalité

Un modèle Scan-to-BIM doit être validé par rapport aux données relevées. La superposition du modèle et du nuage de points, associée à la vérification des coupes et des dimensions critiques, permet de mettre les écarts en évidence. Pour les projets complexes, des logiciels peuvent également représenter graphiquement les différences entre le modèle et le nuage de points.

De nouveaux scans peuvent aussi être réalisés pendant l’exécution des travaux. L’état réel du chantier est alors comparé au modèle de conception afin de détecter d’éventuels écarts de position, de hauteur ou d’espace libre avant la pose des plafonds, des finitions ou des installations techniques. Ce contrôle as-built est particulièrement utile lorsque des éléments préfabriqués doivent s’ajuster avec précision ou lorsque les structures existantes et nouvelles doivent se raccorder étroitement. Le gain ne réside donc pas uniquement dans la rapidité des relevés, mais surtout dans la possibilité d’éviter les mauvaises surprises sur chantier.

Le numérique ne dit pas toute la vérité

Un scan reste un instantané. Ce qui n’est ni visible ni accessible au moment du relevé n’apparaît pas dans le nuage de points. Les portes fermées, les faux plafonds, les armoires, les matériaux entreposés ou les installations temporaires de chantier peuvent masquer certaines parties du bâtiment. Le verre, les miroirs, les matériaux très sombres ou fortement réfléchissants ainsi que l’eau peuvent également produire des points de mesure peu fiables.

Il est donc important de documenter le relevé et les conditions dans lesquelles il a été réalisé. Toutes les pièces ont-elles pu être visitées ? Les espaces au-dessus des plafonds et les gaines techniques étaient-ils accessibles ? Quelles zones n’ont pas pu être relevées ? Ces informations contribuent à déterminer dans quelle mesure les données pourront être exploitées.

Le modèle BIM reste lui aussi une interprétation. Un modeleur peut redresser un mur hors d’aplomb ou simplifier une installation complexe. Ce n’est pas nécessairement une erreur, pour autant que la finalité du modèle et les simplifications apportées soient clairement définies. Le modèle ne doit pas donner une illusion de précision.

Quand le « Scan-to-BIM » est-il rentable ?

Pour de petits travaux de transformation dans une habitation simple, un relevé traditionnel reste souvent plus rapide et plus économique. L’intérêt du Scan-to-BIM augmente toutefois avec la taille, la complexité, l’ancienneté ou l’irrégularité du bâtiment. L’absence de plans fiables, une géométrie complexe, des espaces techniques restreints, une collaboration étroite entre concepteurs et entreprises, une part importante d’éléments sur mesure ou préfabriqués, une rénovation par phases, la présence d’éléments patrimoniaux ou la nécessité de contrôles as-built sont autant de facteurs qui peuvent justifier cet investissement.

Le coût dépend notamment de la superficie, de l’accessibilité, de la complexité du bâtiment, de la précision souhaitée, du nombre de positions de scan et de la nature des livrables. Un nuage de points est généralement moins coûteux qu’un modèle BIM complet, car ce sont surtout l’interprétation des données et le travail de modélisation manuel qui demandent du temps.

Une approche hybride peut dès lors se révéler intéressante. Les plans existants servent de base, tandis que seules les zones critiques font l’objet d’un scan et d’une modélisation : locaux techniques, cages d’escalier, charpentes, raccordements complexes ou éléments de façade monumentaux, par exemple. Le budget est ainsi concentré là où les incertitudes et les risques d’exécution sont les plus importants.

Une meilleure évaluation avant la conception

Le Scan-to-BIM ne remplace pas l’expertise des architectes, des ingénieurs, des entrepreneurs ou des spécialistes de la restauration. Il leur fournit toutefois une base plus fiable pour prendre leurs décisions. Sa valeur ajoutée ne réside pas dans la digitalisation pour elle-même, mais dans une connaissance aussi précise que possible de l’existant avant de concevoir, de calculer, de commander ou de démolir.

En définissant dès le départ les questions auxquelles les données relevées devront répondre, il devient possible d’organiser les relevés de manière ciblée et d’éviter les travaux de modélisation superflus. Un projet Scan-to-BIM bien mené ne fournit donc pas seulement une représentation numérique du bâtiment : il permet surtout de réduire les incertitudes, d’améliorer la coordination et de limiter les mauvaises surprises sur chantier.

Sources : NAV Kennisnet / Buildwise / NBN EN ISO 7817-1:2024 / ISO 16739-1