Usages et pertinence d’une représentation volumique
(3D) cadastrale dans un contexte de gestion municipale
québécoise
Mémoire
Abbas Boubehrezh
Maîtrise en sciences géomatiques
Maître ès sciences (M. SC.)
Québec, Canada
Résumé
Les apports d‟un cadastre 3D ont été démontrés par plusieurs chercheurs et organisations. Malgré ces nombreux travaux, très peu d‟analyses et de synthèses sont proposées quant à l‟utilité ou les usages spécifiques d‟une représentation volumique (3D) cadastral dans le contexte particulier d‟une gestion municipale. Dans ce sens, l‟objectif principal de cette étude est de mieux connaître les usages actuels et besoins des gestionnaires municipaux en matière de représentation volumique cadastrale lorsque des propriétés sont superposées (cas spécifique où la 3e dimension géométrique est perçue comme étant intéressante). L‟étude porte spécifiquement sur les cas indiqués comme étant du cadastre vertical du système du cadastre du Québec géré par le ministère des Ressources naturelles du Québec (MRN) et son usage dans certaines villes et municipalités québécoises. Les résultats sont présentés sous forme d‟une enquête menée auprès d‟un échantillon d‟usagers municipaux et par la proposition de mécanismes menant à la production la plus automatisée possible de modèles 3D réalisés à partir des plans complémentaires issus du système du cadastre du Québec. Un sondage sur les usages actuels des plans cadastraux du Québec et des plans complémentaires du cadastre vertical a été effectué auprès d‟intervenants municipaux responsables de la géomatique et de la gestion territoriale dans leur municipalité. 48 répondants des 36 municipalités ont participé au sondage, soit 32 répondants de 21 différentes villes, 15 répondants de 15 Municipalité régionale de comté (MRC) et un répondant de la Communauté Métropolitaine de Montréal. Les résultats montrent que 91% des acteurs municipaux sondés utilisent les plans cadastraux et lorsque des situations de superposition verticale des propriétés existent, où le cadastre vertical est disponible, 84% des répondants exploitent effectivement les plans complémentaires dans leurs activités professionnelles. Les répondants ont confirmé un réel besoin de posséder une représentation volumique cadastrale puisque que 81% ont répondu vouloir disposer de ce genre de représentation. Les mêmes usages que ceux des plans cadastraux sont envisagés pour la 3D soit comme appui aux systèmes qui servent à la taxation, à l'émission des permis de construction, au zonage et à l'aménagement du territoire et urbanisme. En termes de contenu de la représentation volumique, les mesures officielles (i.e. la longueur des limites, la superficie et le volume), la distinction entre les lots privés et communs et la géométrie volumique des lots sont jugées nécessaires par 85% des répondants. Finalement, une procédure qui se décline en deux grandes étapes de vectorisation et de modélisation 3D est proposée pour la construction automatisée d‟une représentation volumique à partir des fichiers PDF des plans complémentaires. Celle-ci a été testée sur un condominium de trois étages, et prend 17 minutes avec 64 interventions pour la compléter.
Abstract
Several researches and organizations have demonstrated the role of 3D volumetric representation in cadastral systems. Nevertheless, only a few have examined the usefulness and applications of 3D cadastral representations in municipal management. Thereupon, the principal objective of this study is to better understand the current and anticipated needs for the applications of 3D cadastral representations in municipal management in case of super-imposed properties (where the 3rd geometric dimension is foreseen as appealing). The research specifically investigates the case of vertical cadaster as noted in Quebec‟s cadastral system arranged by the Ministry of Natural Resources (MNR) of Quebec Province as well as its application in number of cities and municipalities across the province. This study presents the interests as well as the requirements based on an inquiry among several municipal partners. Moreover, a mechanism is proposed to automate, as much as possible, the procedure to reconstruct cadastral 3D models from the complementary plans (vertically super-imposed data) which exist in Quebec‟s cadastral system. A user survey targeting the actual applications of cadastral maps of Quebec as well as the complementary plans of the vertical cadaster was carried out among the municipal authorities who are responsible for geomatics and land management across the province. Totally, 48 participants from 36 municipalities responded to the survey. This includes 21 cities (32 participants), fifteen regional county municipalities (fifteen participants), and one metropolitan community (one participant). The results show that 91% of the participating municipal actors use cadastral maps. In case of super-imposed properties, where vertical cadaster is available, 84% of the respondents effectively benefit from the complementary plans for regulating the respective professional activities. The respondents have confirmed a real need for volumetric cadastral representation as 81% of them would like to have such representation at their disposal. 3D cadastral models have been considered useful to enhance the principal usages of cadastral maps such as taxation, issuance of construction permits, and regional and urban planning. In terms of content, 85% of the respondents indicate that the capabilities to represent the official measures (i.e. length of limits and edges, area, and volume), to distinguish between private and common lots, and to provide the volumetric geometry of the lots are among the necessary requirements of volumetric cadastral representations. Finally, a two-step procedure (vector digitization followed by 3D modeling) is proposed to improve the automation of volumetric cadastral reconstruction from image-form complementary plans (stored in PDF files). This procedure has been tested on a three-story condominium and takes 64 interventions in 17 minutes to complete.
Table des matières
Résumé ... iii
Abstract ... v
Table des matières ... vii
Liste des tableaux ...ix
Liste des figures ...xi
Avant-Propos ... xvii
Chapitre 1 – Introduction ... 1
1.1. Mise en contexte ... 1
1.2. Problématique ... 4
1.3. Questions de recherche et hypothèse ... 6
1.4. Objectifs ... 7
1.5. Méthodologie ... 8
1.6. Organisation du mémoire ... 10
Chapitre 2 – Revue de littérature ... 11
2.1. Introduction ... 11
2.2. Principes du Cadastre 3D ... 11
2.2.1. Le système cadastral ... 11
2.2.2. Le cas des propriétés superposées ... 12
2.2.3. Les alternatives pour la représentation cadastrale 3D ... 15
2.3. Cadastre 3D dans le monde ... 18
2.3.1. Inventaire de la FIG sur le cadastre 3D ... 18
2.3.2. Exemples de systèmes cadastraux : le cas de copropriétés ... 21
2.4. Les techniques de modélisation géométrique 3D ... 35
2.5. Conclusion du chapitre ... 41
Chapitre 3 – Enquête sur l‟utilisation du cadastre du Québec en gestion municipale ... 43
3.1. Introduction ... 43
3.2. Élaboration et validation du questionnaire ... 44
3.3. Sélection des personnes à sonder et procédure pour les envois ... 45
3.4. Synthèse des résultats du sondage ... 46
3.4.1. Profil de répondants ... 46
3.4.2. Usages actuels des documents cadastraux et des plans complémentaires ... 47
3.4.4. Usages actuels du plan cadastral 2D ... 50
3.4.5. Adéquation du contenu et de la forme du plan cadastral 2D et besoin d'avoir une représentation volumique des propriétés superposées ... 52
3.4.6. Usages désirés des informations cadastrales 3D ... 53
3.4.7. Usages désirés d‟une représentation volumique des propriétés superposées ... 54
3.5. Analyse et synthèse des résultats du questionnaire ... 56
3.6. Conclusion du chapitre ... 60
Chapitre 4 – Production automatisée de représentations volumiques... 62
4.1. Analyse des besoins et contraintes ... 62
4.2. Construction d‟une représentation volumique (3D) ... 64
4.2.1. Vectorisation du plan complémentaire format PDF ... 68
4.2.2. Construction des volumes ... 73
4.2.3. Donner de la texture au modèle 3D ... 77
4.3. Analyse de la performance de la procédure proposée... 78
4.4. Conclusion du chapitre ... 83
Chapitre 5 – Conclusion générale ... 86
5.1. Retour sur les objectifs et contributions ... 86
5.2. Perspectives ... 90
Bibliographie ... 92
Annexe 1 - Bilan de l‟inventaire de la FIG sur le cadastre 3D réalisé en 2010 ... 97
Annexe 2 - Les questions du sondage ... 106
Annexe 3 - Les réponses au questionnaire ... 113
Liste des tableaux
Tableau 2.1: Synthèse des solutions utilisées de représentation cadastrale dans le cas de copropriétés aux
systèmes cadastraux du Québec, des Pays-Bas, du Queensland et de l‟Espagne ... 33
Tableau 2.2: Synthèse des techniques de modélisation géométrique 3D : Fil de fer, B-Rep, Ensemble de solides, Par Balayage, Primitive instancing et Constructive solid geometry (CSG) ... 36
Tableau 3.1: Taux d‟utilisation du plan cadastral et son contenu à l‟appui de l‟aménagement du territoire et urbanisme, du zonage, du permis de construction et de la taxation ... 51
Tableau 3.2: Taux d‟utilisation des plans complémentaires (PC) et leur contenu à l‟appui de l‟aménagement du territoire et urbanisme, du zonage, du permis de construction et de la taxation ... 51
Tableau 3.3: Utilisation des informations désirées sur une représentation 3D des propriétés superposées pour servir d‟appui aux systèmes de taxation, de zonage, de permis de construction et d‟aménagement du territoire et urbanisme ... 55
Tableau 3.4: Taux d‟utilisation des plans cadastraux 2D, des plans complémentaires et d‟une représentation volumique pour quatre usages les plus fréquemment mentionnés ... 57
Tableau 4.1: Résumé de la procédure proposée dans le cadre d‟une expérimentation pour la construction d‟une représentation volumique à partir de fichiers PDF de plans complémentaires du cadastre vertical du Québec dans le cas spécifique des copropriétés (Desgroseilliers et al. 2010; Pouliot et al. 2010) ... 63
Tableau 4.2: Bilan des phases de vectorisation et de modélisation du PC-11698 de la procédure complète .. 68
Tableau 4.3: Bilan de la phase de vectorisation du PC-11698 ... 69
Tableau 4.4: Bilan de l‟assemblage des vecteurs associés au contenu du PC-11698 lors de la phase de vectorisation ... 72
Tableau 4.5: Résiduelles obtenus pour chaque paire de points à partir d‟une transformation affine lors du géoréférencement de la vue de localisation du PC-11698 ... 72
Tableau 4.6: Bilan de la phase de modélisation du plan complémentaire (PC-11698 ... 73
Tableau 4.7 : Informations 3D utiles à la construction des lots volumiques du PC-11698 ... 74
Tableau 4.8: Bilan de la construction des lots volumiques ... 74
Tableau 4.9: Comparaison en temps et en nombre d‟interventions pour la phase de vectorisation entre la procédure de Desgroseilliers et al. (2010) et la procédure proposée ... 79
Tableau 4.10: Comparaison du niveau d‟automatisation entre la procédure de Desgroseilliers et al. (2010) et la procédure proposée ... 79
Tableau 4.11: Comparaison en temps et en nombre d‟interventions pour la phase de modélisation entre la procédure de Desgroseilliers et al. (2010) et la procédure proposée ... 80
Tableau 4.12: Bilan de la différence entre la longueur des limites des lots indiquée sur le PC-11698 et calculée à partir du fichier vectorisé pour la procédure de Desgroseilliers et al. (2010) et la procédure proposée ... 81
Tableau 4.13: Comparaison pour le périmètre et la superficie officielle indiqués sur le fichier PDF du PC-11698 et ceux calculés à partir du fichier vectorisé ... 82
Tableau 4.14: Tolérance graphique applicable à la contenance pour la vue localisation et trois lots représentés sur le PC-11698 ... 83
Tableau 4.15: Comparaison entre le volume officiel indiqué sur le fichier PDF du PC-11698 et calculé à partir du modèle 3D ... 83
Tableau 4.16: Pourcentage de réussite des améliorations visées par la procédure proposée ... 84
Tableau 4.17: Pourcentage de réussite vis-à-vis les caractéristiques attendues du modèle cadastral 3D établies suite au sondage... 84
Annexe 1- Tableau 1: Concept de la parcelle 3D au cadastre dans le monde (37 pays/provinces)... 98 Annexe 1- Tableau 2: Définition des limites des unités d‟appartements dans le monde (37 pays/provinces) ... 99 Annexe 1- Tableau 3: Enregistrement des unités de bâtiments en 3D au cadastre dans le monde (37 pays/provinces) ... 100 Annexe 1- Tableau 4: Solutions utilisées pour représenter la situation verticale des propriétés superposées dans le monde (30 pays/provinces) ... 101 Annexe 1- Tableau 5: Enregistrement des infrastructures (ex. le réseau de conduites souterraines) au cadastre dans le monde (37 pays/provinces) ... 102 Annexe 1- Tableau 6: Enregistrement de la coordonnée Z/l‟élévation au cadastre dans le monde (37 pays/provinces) ... 103 Annexe 1- Tableau 7: Acquisition de données 3D cadastrales dans le monde (37 pays/provinces)... 104 Annexe 1- Tableau 8: Les applications et les usages désirés du cadastre 3D dans le monde (37 pays/provinces) ... 105 Annexe 4- Tableau 1: Coordonnées des villes ayant répondu ... 134 Annexe 4- Tableau 2: Coordonnées des MRC ayant répondu ... 135
Liste des figures
Figure 1.1: Exemples de la superposition de propriétés, (a) cas de copropriétés localisées dans la ville de Montréal et (b) une autoroute qui traverse un gratte-ciel à Osaka, au Japon ... 2 Figure 1.2: Exemple de (a) une copropriété divise verticale extrait de Desgroseilliers et al. (2010) et (b) sa représentation volumique cadastrale, visualisée dans Google Earth ... 3 Figure 1.3: Diagramme des étapes réalisées dans le cadre de ce mémoire de maîtrise ... 10 Figure 2.1: Exemples de la superposition de propriétés, (a) « Residencial Sanchinarro », un immeuble de grande hauteur à Madrid, en Espagne, (b) la station Henri-Bourassa du métro de Montréal, au Canada, construite dessous de l'arrondissement d‟Ahuntsic-Cartierville et (c) le bâtiment « De Bruge » construit au-dessus d‟autres bâtiments et d‟un chemin public à Rotterdam, aux Pays-Bas ... 13 Figure 2.2: Exemples de la représentation des propriétés superposées sur les plans cadastraux, (a) la représentation de « Residencial Sanchinarro » sur le plan cadastral de l‟Espagne, (b) la représentation de la station Henri-Bourassa du métro de Montréal sur le plan cadastral du Québec, et (c) la représentation du bâtiment « De Bruge » sur le plan cadastral des Pays-Bas ... 14 Figure 2.3: Exemple d‟un lot (1160456) présenté sur le plan cadastral du Québec. Extraite de l'interface Web Infolot (http://infolot.mrnf.gouv.qc.ca) ... 23 Figure 2.4: Exemple d‟un polygone (PC-11698) indiquant la présence de propriétés superposées sur le plan cadastral du Québec. Extraite de l'interface Web Infolot (http://infolot.mrnf.gouv.qc.ca) ... 23 Figure 2.5: Les extraits d‟un plan complémentaire du cadastre vertical du Québec, (a) le plan du troisième étage et (b) la coupe des étages. Extraites de MRNF (2011) ... 24 Figure 2.6: Exemples de copropriétés, (a) une copropriété avec trois unités d‟appartement à Delft, Pays-Bas et (b) la représentation de sa parcelle et de son empreinte sur le plan cadastral des Pays-Bas ... 25 Figure 2.7: Les plans de division, Pays-Bas. Extraite de Stoter et al. (2013) ... 26 Figure 2.8: Représentation d‟une parcelle volumique dans le système cadastral du Queensland en Australie, (a) l‟empreinte de la parcelle volumique « lot 1 » sur le plan standard et (b) sa représentation sur le plan volumique. Extraites de Government of Queensland (2013) ... 28 Figure 2.9: Représentation d‟une parcelle restante et d‟une parcelle restreinte dans le système cadastral du Queensland en Australie, (a) la représentation du lot restant 2 sur le plan standard, et (b) la représentation de la parcelle restreinte d‟une servitude (Emt A) sur le plan volumique. Extraites de Government of Queensland (2013) ... 29 Figure 2.10: Plans extraits d'un plan de bâtiment dans le système cadastral du Queensland en Australie, (a) le plan principal, (b) la vue latérale et (c) le plan d‟étage. Extraites de Government of Queensland (2013) ... 30 Figure 2.11: Représentation d‟une copropriété dans le système cadastral de l‟Espagne, (a) l‟identification des sous-parcelles de « Residencial Sanchinarro », un immeuble de grande hauteur à Madrid, sur le plan cadastral de l‟Espagne en chiffre romain et (b) la reconstruction de son modèle 3D à partir des sous-parcelles, visualisé dans Google Earth. Extraites de www.sedecatastro.gob.es ... 32 Figure 2.12: Modélisation géométrique 3D basée sur la frontière des objets - Ensemble de nœuds et arêtes : fil de fer - La difficulté de distinguer le vide du plein- Inspirée de Lee (1999) - (page 102) ... 37 Figure 2.13: Modélisation géométrique 3D basée sur la frontière des objets - (a) Ensemble de faces : un B-Rep et (b) ses portions - Inspirée de De La Losa (2000) – (page 51) ... 38 Figure 2.14: Modélisation géométrique 3D basée sur la frontière des objets - Ensemble de solides : tétraédrique – Un modèle tétraédrique visualisé dans l‟interface Gocad ... 39
Figure 2.15: Modélisation géométrique 3D basée sur des formes paramétrables – Balayage simple par une
translation- Inspirée de De La Losa (2000) – (page 39) ... 40
Figure 2.16: Modèle 3D créé par CSG en utilisant l‟opération booléenne différence- Inspirée de De La Losa (2000) – (page 42) ... 41
Figure 3.1: Distribution des répondants du questionnaire sur le territoire du Québec- Les villes ayant répondu en points rouges et les MRC en orange ... 46
Figure 3.2: Utilisation des documents cadastraux en territoire rénové et non rénové ... 47
Figure 3.3: Utilisation des plans complémentaires dans les cas du cadastre vertical du Québec ... 48
Figure 3.4: Utilisation des informations des plans cadastraux 2D ... 49
Figure 3.5: Apport actuel des plans cadastraux 2D en gestion municipale québécoise ... 50
Figure 3.6: Adéquation du plan cadastral 2D (a), et le besoin d‟avoir une représentation volumique des propriétés superposées(b), en gestion municipale québécoise ... 52
Figure 3.7: Distribution des répondants qui ont exprimé leur intérêt d‟avoir une représentation volumique des propriétés superposées sur le territoire du Québec ... 52
Figure 3.8: Informations désirées sur une représentation volumique des propriétés superposées ... 54
Figure 4.1: Les étapes et les logiciels utilisés lors de la procédure proposée de production d„une représentation volumique du cadastre en 2010 ... 62
Figure 4.2: Diagramme d‟activités décrivant la procédure proposée dans le cadre de ce projet de maîtrise .... 65
Figure 4.3: Extraits du PC-11698 du cadastre vertical du Québec, (a) la vue du troisième étage et (b) la coupe des étages ... 67
Figure 4.4: Exemple des erreurs induites pendant la phase de vectorisation, (a) un extrait de la représentation du lot 2663974 dans le fichier PDF du PC-11698 et (b) sa représentation après la vectorisation dans le fichier vectorisé DXF ... 68
Figure 4.5: Exemple des segments rejetés lors du nettoyage, surlignés en rouge, qui ne correspondent pas à un élément volumique devant être modélisé ... 70
Figure 4.6: Exemple des segments une fois vectorisés qui ne sont pas conformes au plan complémentaire d‟origine, (a) un extrait du PC-11698 et (b) les erreurs induites pendant le processus de vectorisation ... 71
Figure 4.7: Résultat d'assemblage des vecteurs; les limites du lot 2663972 sont représentées en blues ... 71
Figure 4.8: Représentation de la superposition des lots 2663972, 2663973, 2663974 du PC-11698, (a) sur le modèle 3D et (b) sur la vue en coupe d‟étages représentée dans le fichier PDF du plan complémentaire ... 75
Figure 4.9: Représentation cadastrale du lot 2663974 du PC-11698, (a) sur le modèle 3D et (b) sur la vue du troisième étage dans le fichier PDF du plan complémentaire ... 76
Figure 4.10: Visualisation du modèle 3D d‟une copropriété divise verticale en superposant sur le plan cadastral 2D ... 77
Figure 4.11: Visualisation du modèle 3D du lot 2663974 avec en superposées les mesures officielles extraites des plans 2D ... 78
Figure 6.1: Nombre des répondants par ville... 113
Figure 6.2: Nombre des répondants par MRC... 114
Figure 6.3: Répondants par service/division... 114
Figure 6.4: Domaine d'expertise des répondants ... 115
Figure 6.5: Fonctions des répondants dans le service ou la division... 115
Figure 6.6: Utilisation des documents cadastraux ... 116
Figure 6.7: Utilisation des documents cadastraux selon la catégorie ... 117
Figure 6.9: Utilisation des documents cadastraux en territoire rénové ... 117
Figure 6.10: Utilisation des documents cadastraux en territoire non rénové ... 118
Figure 6.11: Utilisation des actes et autres documents ... 118
Figure 6.12: Utilisation des registres ... 118
Figure 6.13: Utilisation des répertoires ... 119
Figure 6.14: Utilisation des informations des plans cadastraux 2D ... 119
Figure 6.15: Apport actuel des plans cadastraux 2D ... 120
Figure 6.16: Apport actuel des plans cadastraux 2D à la cartographie ou à la gestion d‟autres systèmes ... 120
Figure 6.17: Utilisation des sept groupes d‟enregistrement du fichier CSV... 121
Figure 6.18: Utilisation des informations du groupe LOT du fichier CSV ... 121
Figure 6. 19: Utilisation des informations du groupe SUPPLÉMENT LOT (SU) du fichier CSV ... 122
Figure 6.20: Utilisation des informations du groupe MUNICIPALITE (MU) du fichier CSV ... 122
Figure 6.21: Utilisation des informations du groupe ROPRIÉTAIRE (PR) du fichier CSV ... 122
Figure 6.22: Utilisation des informations du groupe TITRE (TI) du fichier CSV ... 123
Figure 6.23: Utilisation des informations du groupe CONCORDANCE (CN) du fichier CSV ... 123
Figure 6.24: Utilisation des informations du groupe CONCORDANCE (CO) du fichier CSV ... 123
Figure 6.25: Adéquation du contenu et/ou de la forme du plan cadastral 2D en gestion municipale ... 124
Figure 6.26: Adéquation du contenu et/ou de la forme du plan cadastral 2D en gestion municipale- Villes vs MRC ... 124
Figure 6.27: Utilisation des plans complémentaires dans les cas du cadastre vertical ... 127
Figure 6.28: Utilisation des plans complémentaires dans les cas du cadastre- Villes vs MRC ... 127
Figure 6.29: Raisons de ne pas utiliser des plans complémentaires ... 128
Figure 6.30: Raisons de ne pas utiliser des plans complémentaires - Villes vs MRC ... 128
Figure 6.31: Utilisation des informations des plans complémentaires ... 129
Figure 6.32: Besoin d'avoir un modèle 3D cadastral ... 129
Figure 6.33: Besoin d‟avoir un modèle 3D cadastral- Villes vs MRC ... 130
Figure 6.34: Usages désirés d'une représentation volumique des propriétés superposées ... 131
Figure 6.35: Appui d‟un modèle 3D cadastral à la cartographie ou à la gestion d‟autres systèmes... 131
Figure 6.36: Appui d‟un modèle 3D cadastral à la cartographie ou à la gestion d‟autres systèmes - Villes vs MRC ... 132
Figure 6.37: Les informations désirées sur le modèle 3D cadastral ... 132
Figure 6.38: Les informations désirées sur le modèle 3D cadastral ... 133
Figure 6.39: Besoin de donner de la texture au modèle 3D cadastral- Villes vs MRC ... 133
Avant-Propos
Je tiens tout d'abord à remercier ma famille, en particulier ma femme, Roshanak, sans qui je n‟aurai jamais fait cette maîtrise. Merci chérie pour ton amour, ta patience et ton soutient inconditionnel. Merci également à mes parents, Shamsi, ma mère et Behrouz, mon père. Shamsi, en persan, signifie soleil. Elle est la chaleur de ma vie. Mon père est décédé pendant ma maîtrise. Son nom, Behrouz, en persan, signifie journée heureuse. Ce nom était fidèle à sa nature profonde.
Un grand et très sincère merci à ma directrice Jacynthe Pouliot pour tout le savoir qu‟elle m‟a transmis, pour son aide, sa disponibilité et sa patience.
Je remercie aussi le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada pour le soutien financier ayant permis la réalisation de ce projet.
Je tiens à remercier l‟association de géomatique municipale du Québec (AGMQ) pour avoir permis la diffusion du questionnaire via ses listes d'envoi. En particulier, je remercie ses membres d'avoir accepté de répondre à notre questionnaire.
Je remercie également Francis Roy pour ses commentaires précieux sur le questionnaire du sondage. J‟ai eu la chance de travailler avec la plus merveilleuse équipe de géomatique qui soit : Mojgan, Thomas, Ève, Omid, Benoit, Guillaume, Tania et surtout Alborz, Marc et Chen les membres de la gang de Jacynthe.
Dans la vie, une bonne étoile est toujours un allié précieux…
Dès mon premier jour au département, j‟ai eu droit au soutien et aux encouragements d‟un très bon ami. Je te remercie Alborz Zamyadi.
J‟ai écrit ce mémoire en français. C‟était un travail dur et difficile, mais agréable. Ça n‟aurait pas été possible sans la patience et l‟aide de Marc Vasseur. Marco! Je sais qu‟il n‟y a qu‟une seule personne qui est capable d‟écrire une phrase d‟une demi-page : c‟est Marcel Proust, pas moi!
Je remercie également l‟amie qui m‟a appris mes premiers mots de français et qui m‟a encouragé à continuer mes études à l‟université Laval. Merci Bahijé.
Cela peut paraître étrange, mais j‟aimerais aussi remercier tous les écrivains français! Ils m'ont toujours impressionné par la richesse de leur langue : Paul Éluard, Jacques Prévert, Antoine de Saint-Exupéry, Paul Valéry, Marcel Proust, Albert Camus, Guillaume Apollinaire et tant d‟autres.
Créer, c'est vivre deux fois - Albert Camus
Chapitre 1 – Introduction
1.1. Mise en contexte
Depuis toujours, nous cherchons à enregistrer ou protéger des droits et des obligations sur des unités de propriété, comme des immeubles. Créé pour aider à répondre à cela, le cadastre est généralement associé à un registre public composé de plusieurs plans et documents. Au Québec, les plans cadastraux font partie du Registre foncier servant à la publicité des transactions immobilières et ils servent à représenter la situation des propriétés par rapport aux propriétés voisines (MRNF 2011a). Selon la Fédération Internationale des Géomètres (FIG), le cadastre, fait partie d‟un système d'information foncière qui peut être été établi pour différents besoins comme à des fins fiscales (ex. taxation) et/ou à des fins juridiques (i.e. le transfert de propriété) pour faciliter la gestion foncière et l‟utilisation du sol (FIG 1995). L‟enregistrement des droits, des restrictions et des responsabilités (RRR en anglais pour Rights, Restrictions, Responsibilities) sur des intérêts fonciers est en général accompagné de représentations géométriques des unités de propriétés ainsi que de données descriptives, l‟ensemble faisant partie d‟un système cadastral. Les représentations géométriques d‟une unité de propriété renseignent sur sa position, sa forme, sa taille et son orientation qui sont représentés, par exemple, sur un plan de morcellement. Les données descriptives d‟une unité de propriété concernent ses attributs, autres que les descriptions géométriques, permettant de la distinguer parmi les autres objets similaires, tels que le numéro de lot et le nom du propriétaire (OQLF 2004). D‟après la définition de la FIG, le cadastre est généralement basé sur l‟illustration du morcellement du territoire, i.e. les limites, la forme et la position de propriétés par rapport aux propriétés voisines, sur des plans cadastraux (Stoter 2004).
Depuis longtemps des propriétés se retrouvent partiellement ou entièrement au-dessous l‟une de l‟autre. C‟est ce que l‟on appelle la superposition de propriétés (ex. tunnel, métro, copropriété). La figure 1.1 montre deux exemples de la superposition de propriétés, l‟un est le cas de copropriétés localisées à Montréal (Figure 1.1a) et l‟autre est situé à Osaka, au Japon, où une autoroute traverse un gratte-ciel (Figure 1.1b). De par leur
nature tridimensionnelle, la géométrie de ces propriétés ne peut pas être représentée totalement sur les plans cadastraux puisque ceux-ci présentent seulement deux dimensions, soit généralement la longueur et la largeur de la parcelle terrain (Stoter and Salzmann 2003). La hauteur ou la superposition verticale des propriétés est donc difficilement représentable sur des plans, qui eux sont 2D.
(a) Condos, Montréal, Canada (Extraite de maps.google.com)
(b) Gate Tower, Osaka, Japon (Extraite de maps.google.com) Figure 1.1: Exemples de la superposition de propriétés, (a) cas de copropriétés localisées dans la ville de Montréal et
(b) une autoroute qui traverse un gratte-ciel à Osaka, au Japon
Pour pallier à cette contrainte, des solutions sous forme textuelles, de lignes ou polygones projetés, de dessins 3D et de volume sont utilisées pour indiquer la présence ou représenter les propriétés superposées (Pouliot et al. 2009). Par exemple au Québec, le plan cadastral 2D propose un identifiant spécifique appelé numéro de PC (PC-XXXXX), qui eux font référence à des plans complémentaires sur lesquels on retrouve des vues en profil et des mesures associées à la 3e dimension. Aux Pays-Bas, l‟empreinte des propriétés superposées apparaît sur le plan cadastral (Stoter 2004). Au Queensland en Australie, les constructions 3D sont montrées par des vues isométriques qui donnent un perspective en 3D (FIG Questionnaire 2010a). Finalement en Espagne, les bâtiments sont montrés par des parallélépipèdes (solide à six faces à côtés opposés parallèles) en considérant une hauteur de trois mètres pour chaque étage (Olivares et al. 2011). Les apports du cadastre 3D, et en particulier d‟une représentation volumique du cadastre, ont déjà été démontrés par plusieurs chercheurs et organisations dans le cas où des propriétés se superposent verticalement dans l'espace (Aien et al. 2011; FIG 2002; Pouliot et al. 2009, 2010; Stoter 2004; Stoter and Oosterom 2006; Stoter et al. 2011; Valstad 2005). Stoter et Oosterom (2006) définissent un cadastre 3D comme étant un système servant à l‟enregistrement explicite des droits et des obligations sur des unités de propriété en 3D et dont la propriété est définie par une représentation volumique. En conséquence, l‟unité de propriété deviendrait un volume et non plus une surface 2D, ce qui d‟un point de vue légal et administratif pourrait avoir des impacts importants. Par exemple, la taxation municipale pourrait alors s‟appliquer sur le
volume cadastral et non plus sur une superficie, les servitudes liées aux infrastructures souterraines ou aériennes devraient faire l‟objet d‟une représentation spatiale explicite, etc.
Une représentation volumique propose une représentation explicite des trois dimensions géométriques (longueur, largeur, hauteur) de l'objet d'étude dans un système d'axes X, Y, Z. Nous parlons parfois de modèle 3D pour faire référence à ce type de représentation spatiale. La figure 1.2 illustre un exemple d‟une copropriété divise verticale (extrait de Desgroseilliers et al. 2010, Figure 1.2a) et d‟une représentation volumique cadastrale de celle-ci (Figure 1.2b). Cette représentation ne propose pas seulement une visualisation 3D d‟un bâtiment, mais correspond à un modèle 3D qui présente de manière explicite les limites géométriques des propriétés superposées. Il est donc maintenant possible de voir et d‟obtenir directement la hauteur des étages, le volume des lots, la distinction verticale entre les propriétés privatives et communes comme ce mur mitoyen, ce qui en bout de ligne facilite la reconnaissance de la forme des unités pouvant l‟objet de droits ou de responsabilité et leur empiètement sur les unités voisines.
(a) Une copropriété divise verticale (b) Une représentation volumique cadastrale Figure 1.2: Exemple de (a) une copropriété divise verticale extrait de Desgroseilliers et al. (2010) et (b) sa
représentation volumique cadastrale, visualisée dans Google Earth
Plus spécifiquement, au Québec, le cadastre est composé de plusieurs documents, parmi lesquels un plan cadastral qui illustre le morcellement du territoire cadastré rénové (MRNF 2011a). Le numéro unique de lot, ses dimensions géométriques (largeur et longueur) ainsi que sa superficie sont représentés sur le plan cadastral 2D du Québec. Lorsque des propriétés sont superposées, le cadastre du Québec utilise le concept de « cadastre vertical » pour indiquer la présence de lots ayant des limites verticales (lots verticaux) sur le plan cadastral (MRNF 2011a). Le concept de cadastre vertical tel que proposé par le ministère des Ressources naturelles du Québec (MRN) permet de montrer la situation verticale des propriétés superposées et ces lots sont alors représentés sur des plans complémentaires (MRNF 2011a). Dans le cas des propriétés
superposées, le plan cadastral 2D montre ainsi des polygones à la place de limites de lots, qui possèdent un identifiant spécifique appelé numéro de PC (plan complémentaire), sans mesure officielle ni numéro de lot. Le numéro de PC réfère à un ou plusieurs plans complémentaires qui comportent généralement un plan de localisation, des plans d'étage ainsi qu'une vue en profil permettant de montrer la composante verticale.Par contre, cette solution ne permet pas d‟avoir une vue complète et instantanée de la géométrie 3D des propriétés superposées puisque les plans complémentaires proposent des représentations 2D qui montrent soit la longueur et la largeur, soit la largeur et la hauteur, mais aucune ne présente la géométrie volumique elle-même. Même si la vue en profil des plans complémentaires expose la composante verticale de propriétés superposées, la représentation du volume associé au bâtiment exige un exercice mental important pour en comprendre l‟arrangement spatial (les relations de voisinage) entre les divers lots. De même, il arrive souvent que plusieurs plans complémentaires sont nécessaires pour montrer tous les étages du bâtiment, ce qui complexifie encore davantage la compréhension exacte des relations spatiales entre les lots; une tâche notariale souvent nécessaire lorsqu‟il faut déterminer par exemple si les limites de propriété sont fidèles à la réalité.
En 2010, dans le cadre d‟une expérimentation pour la construction d‟une représentation volumique à partir des plans complémentaires du cadastre québécois, un projet de génie au département des sciences géomatiques de l‟université Laval a été établi afin de valider la possibilité de construire automatiquement des volumes à partir des plans complémentaires (PC) du cadastre vertical(Desgroseilliers et al. 2010). L‟échantillon utilisé dans ce projet était le fichier PDF des plans complémentaires d‟une copropriété divise verticale de trois étages. Une procédure a été proposée en trois phases principales soit vectorisation, modélisation et visualisation. En sortie, le modèle 3D obtenu était une représentation explicite des limites géométriques des propriétés privatives et communes. La procédure réalisée montre clairement la possibilité de production de modèles 3D à partir de fichiers PDF de plans complémentaires du cadastre vertical.
1.2. Problématique
Notre revue de littérature a montré que peu de pays propose des représentations volumiques cadastrales, et que la production d‟un modèle 3D cadastral représente encore un défi important si on considère l‟accès aux données d‟origines cadastrales ainsi que le temps requis et le niveau d‟automatisation pour la production de ces représentations 3D (Aien et al. 2011; Desgroseilliers et al. 2010; Olivares et al. 2011; Pouliot et al. 2010). Par exemple, Desgroseilliers et al. (2010) ont montré qu‟il est possible de produire des modèles 3D à partir de fichier PDF, mais le niveau d‟automatisation atteint de la procédure n‟est pas très élevé. C‟est une procédure de 28.5 à 45.5 minutes par PC avec 107 à 198 interventions pour traiter l'échantillon utilisé. Cette durée et le
nombre d‟interventions ne sont pas optimaux, et ils peuvent même en décourager plusieurs. Cette étude a également montré que si les données vectorielles des plans complémentaires étaient rendues disponibles alors cette procédure pouvait se réaliser en 10 minutes par PC avec 50 à 75 interventions pour traiter l'échantillon utilisé.
De même, et malgré de nombreux travaux réalisés sur le cadastre 3D dans le monde, tel qu‟aux Pays-Bas (Stoter and Oosterom 2006; Stoter and Ploeger 2003; Stoter et al. 2011, 2012, 2013) , en Australie-Victoria (Aien et al. 2011), en Norvège (Stoter and Oosterom 2006; Valstad 2003), en Turquie (Aydin 2008; Aydin and Demir 2004; Döner et al. 2011), en Israël (Benhamu 2006; Shoshani et al. 2005), en Chine (Guo, Ying, et al. 2011; Kaiwen and Minhua 2009) et en Malaisie (Choon et al. 2010; Hassan and Abdul-Rahman 2010), très peu d‟analyses et de synthèses quant à l‟utilité ou les usages spécifiques d‟une représentation volumique cadastrale sont proposées. Si ce n‟est les travaux de Pouliot et al. (2010), aucune analyse s‟est spécifiquement attardée à mieux comprendre les usages concrets (ou usagers) d‟un éventuel cadastre 3D. Par exemple, Paulsson et Paasch (2011) ont effectué une recherche sur les publications liées au cadastre 3D de 2001 à 2011 à partir de 18 conférences internationales telles que « FIG Working Weeks 2001-2011 », « International 3D Geoinfo 2009-2010 », « International workshop on 3D cadastres 2001 » et « 3D property Nordic Conference in Stockholm, Sweden, 2010 ». Ils ont catégorisé ces publications à partir de leurs sujets et selon les trois aspects généraux reliés à l‟établissement d‟un cadastre 3D :
Les aspects légaux (66 articles) : Prendre en charge le développement des systèmes juridiques à l‟appui du registre des propriétés en 3D au cadastre
Les aspects techniques (36 articles) : Se référer aux usages et connaissances des méthodes, des modèles et des outils pour la mise en place d‟un cadastre 3D
Les aspects organisationnels (3 articles) : Se référer aux utilisateurs d‟un système cadastral afin d‟effectuer l‟enregistrement 3D, la mise en œuvre de solutions techniques ainsi que leurs usages d‟un cadastre 3D
Paulsson et Paasch (2011) mentionnent que la majorité des publications dans le domaine du cadastre 3D de 2001 à 2011 sont liées aux aspects légaux et aux aspects techniques à l‟établissement d‟un cadastre 3D et seulement trois publications sur 105 sont liées aux aspects organisationnels du cadastre 3D. Il nous apparait donc évident qu‟il y a un manque d‟information et de connaissance pour effectuer adéquatement le lien entre les besoins exprimés d‟usage d‟un cadastre 3D et l‟état de l‟art en termes de modélisation 3D. Au final, la représentation 3D cadastrale produite ne pourrait pas répondre adéquatement aux besoins des utilisateurs, car peu d‟analyses se sont portées sur ce point particulier.
Également, la Fédération Internationale des Géomètres (FIG) a réalisé une enquête sur le cadastre 3D à travers le monde et 37 pays/provinces y ont participé (Oosterom et al. 2011). Selon les résultats de cette enquête, les applications et les usages désirés du cadastre (3D) lorsque des propriétés sont superposées portent généralement sur les aspects légaux et administratifs du cadastre, tels que la gestion des droits, des restrictions et des responsabilités en 3D (RRR en anglais pour Rights, Restrictions, Responsibilities), la garantie de la possession et les droits de propriété, l'enregistrement des services publics souterrains, l‟aménagement foncier, l‟aménagement du territoire et la planification urbaine (voir la section 2.3.1 du chapitre2). Mais encore là, l‟usage réellement effectué à partir d‟un cadastre 3D est très peu discuté et élaboré dans ces questionnaires, qui représentent pourtant selon nous une source d‟information, importante, à jour et complète sur ce thème.
En 2010, Desgroseilliers et al. (2010) avaient sondé quatre groupes d‟utilisateurs du cadastre du Québec afin de mieux comprendre les intérêts et les usages d‟une représentation volumique, soit le ministère des Ressources naturelles (MRN)-Foncier Québec, les municipalités (Ville de Québec: division design, architecture et patrimoine et service de cartographie et d'arpentage), les arpenteurs-géomètres et les notaires. Selon leurs résultats, les municipalités sont le groupe le plus intéressé d‟avoir une représentation volumique cadastrale pour des besoins de gestion municipale. Leur rapport technique montre que les municipalités ont besoin d‟une vue d'ensemble de la géométrie des propriétés en 3D et de visualiser des limites et chevauchements entre les diverses propriétés. Ainsi, elles désirent améliorer la gestion d‟autres systèmes tels que la taxation, le réseau d‟aqueduc et d‟égouts et pouvoir effectuer différentes analyses spatiales 3D à l‟aide d‟un modèle 3D cadastral. Elles désirent aussi pouvoir intégrer un tel modèle 3D cadastral avec d‟autres sources de données 3D tel que le modèle numérique de terrain.
1.3. Questions de recherche et hypothèse
Étant donné cet intérêt marqué des autorités municipales québécoises pour le cadastre 3D, nous jugeons stratégique de nous tourner vers eux pour poursuivre cette analyse des usages de ce type de représentation, car Desgroseilliers et al. (2010) n‟ont qu‟effleuré ce point lors de brèves entrevues sans aller plus loin dans leurs investigations. Il faut préciser que la gestion municipale recouvre une multitude d'activités aussi variées que la construction et le maintien des infrastructures, le développement régional et rural, l'administration, l‟aménagement du territoire, l‟évaluation foncière, la prise de décision politique, l'élaboration de règlement, la planification et le contrôle de l'usage du sol, la collecte des ordures, etc. (MAMROT 2013). Afin de cibler notre étude, le champ spécifique de la gestion municipale dans le cadre de ce projet de recherche concernera les
activités liées au territoire comme la gestion des infrastructures, l'aménagement et l'urbanisme, l'émission des permis, la planification du développement territorial, etc.
À partir de ces éléments, nous suggérons les questions de recherche suivantes :
En milieu municipal québécois et pour répondre à des besoins de gestion territoriale, quels sont les usages actuels et les besoins en matière de représentation cadastrale lorsque des propriétés sont superposées (cas spécifique des copropriétés)?
En tenant compte des besoins exprimés par les usagers du milieu municipal, comment optimiser la production d‟une représentation volumique (modèle 3D) réalisée à partir des informations issues du cadastre vertical du Québec (plan complémentaire, format PDF)?
Notre hypothèse de travail pour répondre à ces questions est « Les acteurs municipaux, pour des tâches de gestion territoriale, ont besoin d‟une représentation volumique des limites de propriété ». Nous tenterons à partir de nos travaux de valider celle-ci.
1.4. Objectifs
Ce travail de maîtrise se positionne donc dans la suite des travaux réalisés en 2010 par Desgroseilliers et al. (2010). Ils désirent poursuivre certaines investigations dont deux aspects en particulier soit celui lié aux usages en gestion territoriale et celui de l‟automatisation de la production d‟une représentation volumique à partir des plans complémentaires du cadastre québécois. L‟objectif global de notre travail vise donc à étudier la pertinence d‟une représentation volumique cadastrale lorsque des propriétés sont superposées, et ce dans un contexte de gestion municipale québécoise, en particulier les activités liées à la gestion territoriale comme l‟évaluation foncière, l'émission des permis de construction, l'aménagement et l'urbanisme. Deux objectifs secondaires sont définis :
Produire un inventaire concernant les usages actuels des plans cadastraux du Québec et des plans complémentaires dans le cas du cadastre vertical en gestion territoriale municipale et des besoins de ces municipalités à disposer d‟une représentation volumique cadastrale.
Fournir des aspects logistiques quant à la production automatisée d‟une représentation volumique des copropriétés divises verticales (i.e. condominium) à partir des fichiers PDF des plans complémentaires. Cette procédure tiendra compte des contraintes techniques et des usages actuels et désirés du cadastre vertical en gestion municipale.
1.5. Méthodologie
La méthodologie suivie dans le cadre de ce projet de maîtrise est de type recherche appliquée. En effet, nous cherchons à mieux connaître l‟utilisation actuelle du cadastre du Québec, pour ainsi faire ressortir l'usage actuel des plans complémentaires du cadastre vertical, et le besoin associé à une représentation volumique dans un contexte de gestion municipale québécoise où des propriétés sont superposées, plus spécifiquement, le cas des immeubles superposés (i.e. le cas du condominium). La méthodologie consiste d‟abord en la réalisation d‟une série de lectures sur les activités de recherche liées aux représentations cadastrales des propriétés superposées et en la production de modèles 3D cadastraux.
Selon les deux objectifs secondaires, la méthodologie suit deux approches.
Phase1- Approche exploratoire, qualitative : La première phase de cette méthodologie de recherche est de
type exploratoire, qualitative, qui cherche à sonder l‟opinion des praticiens pour en dégager des tendances en termes de besoins et de contraintes actuelles. En ce qui a trait aux techniques de collecte de l‟information, le questionnaire et l‟entrevue sont les deux techniques principales de collecte de l‟information dans les méthodes interactives de réalisation d‟une enquête (Palys and Atchison 2008). L‟utilisation d‟un questionnaire diffusé à un groupe ciblé a été jugée comme l‟approche la plus pertinente pour ce projet de maîtrise. En effet, elle nous permettra de rejoindre un plus grand nombre d‟intervenants, elle coute peu, et si le questionnaire est bien réalisé, les résultats devraient nous fournir suffisamment de matériel pour dégager des conclusions. De même, et en raison de ses activités, l‟Association de Géomatique Municipale du Québec (AGMQ) et ses membres, 75 villes et 42 municipalités régionales de comté (MRC) en 2013, ont été ciblés pour répondre au questionnaire. L‟AGMQ est un forum en géomatique qui regroupe différents acteurs du monde municipal, qui œuvrent particulièrement à la gestion du territoire.
Le questionnaire propose deux catégories des questions, soit les questions ouvertes et les questions avec choix de réponse. Les questions ouvertes sont utiles dans le cas où le questionnaire cherche à déterminer les opinions des participants d‟une enquête. Nous avons pris soin de sélectionner peu de questions ouvertes afin de limiter le temps de réponse et ne pas décourager les répondants. Au niveau des choix de réponse, il faut avoir une bonne connaissance du sujet d‟étude afin de proposer pour chaque question des réponses pertinentes. Le fait que les répondants suivent un formulaire standard permet d‟analyser plus facilement les données extraites du questionnaire tout en diminuant le temps requis pour y répondre (Palys and Atchison 2008). Certains inconvénients peuvent être considérés, parmi lesquels le risque de mauvaises compréhensions des questions et la possibilité de ne pas répondre complètement, des questions fermées
avec une liste de réponses non exhaustive peuvent amener des non-réponses (liste non exhaustive, question délicate). De plus, un autre inconvénient de cette approche est que les ambiguïtés ou les mauvaises interprétations ne peuvent pas être clarifiées en l‟absence d‟enquêteurs.
Phase2- Approche classique d’ingénierie : La seconde phase consiste en une approche classique
d‟ingénierie. Elle a été adoptée pour construire des modèles 3D et tenter, par l‟expérience, de réduire le temps de construction. Une représentation volumique cadastrale est produite à l‟aide d‟un logiciel de type CAO (Conception Assistée par Ordinateur) tel qu‟AutoCAD. La procédure est proposée de manière à tenir compte de certains points d‟améliorations identifiés dans Desgroseilliers et al. (2010) et selon les besoins exprimés par les répondants à l'enquête, réalisée à la phase1. En résumé, les améliorations visées sont :
Ajouter une interface de contrôle de la procédure.
Diminuer de 50% le nombre d‟interventions par rapport à la procédure proposée en 2010 pour les étapes suivantes :
o Nettoyage et assemblage des vecteurs
o Géoréférencement du plan complémentaire vectorisé o Construction des éléments volumiques
Appliquer automatiquement un facteur d'échelle sur les lots lors de la phase de modélisation pour les PC qui utilisent des échelles différentes pour représenter le plan de localisation et les plans d‟étages. Selon les entrevues réalisées par Desgroseilliers et al. (2010), une procédure de 15 à 20 minutes
pour traiter l'échantillon utilisé serait pertinente. Ce serait une diminution de prés de 50% du temps par rapport à la procédure proposée en 2010.
L'échantillon utilisé dans le cadre de ce projet est le même que celui du projet de génie de 2010, soit une copropriété de trois étages (Desgroseilliers et al. 2010). L‟utilisation du même échantillon facilite la comparaison et permet de limiter le travail. Par contre, il ne nous permettra pas d‟examiner des situations plus complexes de copropriété, ce qui sera rediscuté en conclusion de ce travail.
Figure 1.3: Diagramme des étapes réalisées dans le cadre de ce mémoire de maîtrise
1.6. Organisation du mémoire
Ce mémoire est organisé en cinq chapitres. Le chapitre1 a introduit le contexte de la recherche proposée, la problématique, les objectifs définis et la méthodologie suivie. Le chapitre2 présente la revue de littérature. Le troisième chapitre décrit en détail les résultats du sondage réalisé sur les usages actuels du cadastre du Québec en territoire rénové dans le cas du cadastre vertical en gestion municipale. Le Chapitre4 présente la procédure proposée et améliorée de la production automatisée de représentations volumiques à partir des fichiers PDF des plans complémentaires du cadastre vertical. Le cinquième et dernier chapitre conclut le mémoire et présente un retour sur les objectifs et l‟hypothèse de départ ainsi que les contributions de ce projet de maîtrise et les perspectives de recherches futures.
Revue de littérature Identifier le problème Phase1
Phase2
Analyser de l’existant
Produire le questionnaire
Validation
Extraire les caractéristiques du modèle 3D cadastral attendu en gestion municipale
Indiquer les usages du cadastre 2D/3D Extraire les résultats Diffuser le questionnaire
Identifier des priorités/besoins
Oui Non
Produire le modèle 3D cadastral
Validation
Non
Ce qui n'est pas fixé n'est rien. Ce qui est fixé est mort - Paul Valéry
Chapitre 2 – Revue de littérature
2.1. Introduction
Pour bien comprendre les défis méthodologiques et technologiques liés à l‟intégration de la troisième dimension géométrique dans un système cadastral en matière de représentation cadastrale lorsque des propriétés sont superposées (cas spécifique des copropriétés), le chapitre 2 vise à mettre en lumière les principes et les propositions actuelles liées au cadastre 3D. La présente revue de littérature débutera par une description générale du système cadastral. Des compléments d‟information portant sur les caractéristiques d‟un cadastre 3D (i.e. hybride et entièrement 3D) seront également fournis. Par la suite, les alternatives pour la représentation 3D cadastrale et ses avantages et inconvénients seront expliqués. La section suivante décrira un bilan des cadastres 3D à travers le monde et les solutions utilisées pour représenter la superposition des propriétés dans quatre systèmes cadastraux seront présentées. Ce chapitre se termine par une revue littérature sur les techniques de modélisation géométrique 3D.
2.2. Principes du Cadastre 3D
Afin de mieux cerner le cadastre 3D et ses propositions, cette section présente le concept du cadastre, la superposition des propriétés et les alternatives de la représentation cadastrale 3D lorsque les propriétés sont superposées.
2.2.1. Le système cadastral
Le cadastre est « un registre public de la propriété foncière composé de plusieurs plans (i.e. descriptions géométriques) et documents (i.e. données descriptives) qui donnent une représentation géographique du morcellement du territoire (ex. parcelles de terrain), notamment à des fins légales (immatriculation des droits), juridiques (délimitation du droit de propriété) ou fiscales (impôt foncier) » (FIG 1995; OQLF 2004). Le rôle du cadastre dépend notamment de particularités historiques, culturelles, juridiques, politiques, économiques ou organisationnelles d‟un pays. Par exemple, le cadastre français est d‟abord fiscal dans le sens où le plan
cadastral français est un document administratif utilisé pour enregistrer le propriétaire et son bien afin de calculer les impôts relatifs à ce bien (BOFiP-Impôt 2012). En revanche, le cadastre suisse est juridique et le plan cadastral, appelé le plan du registre foncier, est « un produit graphique établi sous forme analogique ou numérique à partir des données de la mensuration officielle et qui, en tant qu’élément constitutif du registre foncier, délimite les biens-fonds, ainsi que les droits distincts et permanents et les mines différenciées par la surface; il acquiert la force juridique des inscriptions au registre foncier »(SwissTopo 2012).
Comme indiqué, le cadastre est généralement composé de plusieurs documents, parmi lesquels des plans cadastraux. Dans le cadre d‟un système cadastral (ou d‟un système d'enregistrement foncier), les plans cadastraux jouent un rôle important pour la représentation des propriétés et donc la gestion des droits, des restrictions et des responsabilités (RRR en anglais pour rights, restrictions, responsibilities) associés à celles-ci, par exemple, le droit de superficie, le droit de tréfonds et le droit de copropriété. Au-delà des limites de propriétés, un plan cadastral pourrait aussi montrer des droits miniers, des restrictions d‟usage, etc. Celui-ci peut être utilisé pour l‟évaluation foncière (taxation) d‟un territoire défini. Les limites, la forme et la position des propriétés les unes par rapport aux autres sont généralement représentées sur des plans cadastraux (2D). Des numéros de référence présents sur ces plans renvoient à des documents administratifs (ex. les actes). Dans un grand nombre de systèmes cadastraux, les plans cadastraux font partie du registre foncier (Kaufmann and Steudler 1998). «Le registre foncier, constitué de l’ensemble des livres fonciers d'un territoire déterminé, est l’inventaire des droits réels (ex. droit de propriété, usufruit, hypothèque immobilière et servitude), liés aux immeubles » (OQLF 2004). Par exemple, en ce qui concerne la publication du droit de propriété au registre foncier, l‟article 3030 de Code civil du Québec exige l‟identification de l‟immeuble visé par un numéro unique de lot sur le plan cadastral (MRNF 2011a).
Finalement, au-delà des fonctions traditionnelles du cadastre (i.e. foncières et fiscales), le cadastre peut être utilisé à des fins multiples telles que la gestion municipale (ex. évaluation foncière), l‟urbanisation (ex. donner le permis de lotissement et de construction), la gestion publique du territoire, l'aménagement du territoire (ex. les plans de zonage), la protection de l‟environnement et la mise en œuvre du développement durable (FIG 1995, 2002).
2.2.2. Le cas des propriétés superposées
La croissance démographique, le développement des villes et l‟urbanisation, durant les deux derniers siècles, ont considérablement augmenté les pressions sur l‟utilisation du territoire et ont suscité, en conséquence, un intérêt croissant pour l'utilisation de l'espace sous et au-dessus de la surface (Aien et al. 2011; Stoter 2004).
Des infrastructures souterraines (ex. tunnel, métro, stationnements), des bâtiments multiniveaux et des condominiums, par exemple, sont les résultats de l‟urbanisation et représentent des propriétés superposées verticalement dans l‟espace. La superposition de propriétés est la situation dans laquelle des propriétés se retrouvent partiellement ou entièrement verticalement au-dessous l‟une de l‟autre (ex. condominium) tandis qu‟elles appartiennent aux plusieurs propriétaires. La figure 2.1 montre trois exemples de la superposition de propriétés, l‟un est « Residencial Sanchinarro », un immeuble de grande hauteur avec un trou à Madrid, en Espagne. C‟est une résidence en copropriété de 21 étages et deux sous-sols (Figure 2.1a). L‟autre est la station Henri-Bourassa de la ligne orange du métro de Montréal qui est construite au-dessous de l'arrondissement d‟Ahuntsic-Cartierville dans le nord de l‟île de Montréal. Cette station est localisée au-dessous d‟un boulevard, deux rues et de bâtiments résidentiels (Figure 2.1b). La troisième est un bâtiment localisé à Rotterdam, aux Pays-Bas, appelé « De Bruge », qui est construit au-dessus d‟autres bâtiments et d‟un chemin public (Figure 2.1c).
(a) Residencial Sanchinarro (une copropriété), Madrid, Espagne (Extraite de maps.google.com)
(b) Station Henri-Bourassa, métro de Montréal, Canada
(Extraite de www.flickr.com, image : Matt' Johnson)
(c) Bâtiment « De Bruge », Rotterdam, Pays-Bas
(Extraite de maps.google.com)
Figure 2.1: Exemples de la superposition de propriétés, (a) « Residencial Sanchinarro », un immeuble de grande hauteur à Madrid, en Espagne, (b) la station Henri-Bourassa du métro de Montréal, au Canada, construite au-dessous
de l'arrondissement d’Ahuntsic-Cartierville et (c) le bâtiment « De Bruge » construit au-dessus d’autres bâtiments et d’un chemin public à Rotterdam, aux Pays-Bas
Les systèmes cadastraux actuels sont généralement basés sur les parcelles (2D) et les plans cadastraux fournissent une description graphique 2D des limites et de la forme ces parcelles (Stoter 2004). Comme plusieurs l‟ont démontré (Aien et al. 2011; Guo et al. 2011; Pouliot et al. 2009; Stoter and Oosterom 2006; Stoter et al. 2013), dans le cas des propriétés superposées et de par leur nature tridimensionnelle, de telles propriétés ne peuvent pas être représentées directement sur les plans cadastraux et il faut donc utiliser d‟autres solutions. La figure 2.2 montre la représentation des trois exemples illustrés dans la figure 2.1 sur les plans cadastraux de l‟Espagne, du Québec et des Pays-Bas.
(a) La représentation de « Residencial Sanchinarro » sur le plan cadastral de l’Espagne. Extraite de
www.sedecatastro.gob.es
(b) La représentation de la station Henri-Bourassa du métro de Montréal sur le plan cadastral du Québec. Extraite de l'interface Web Infolot (http://infolot.mrnf.gouv.qc.ca)
(c) La représentation de « De Bruge » sur le plan cadastral des Pays-Bas. Extraite de Stoter et al. (2012)
Figure 2.2: Exemples de la représentation des propriétés superposées sur les plans cadastraux, (a) la représentation de « Residencial Sanchinarro » sur le plan cadastral de l’Espagne, (b) la représentation de la station Henri-Bourassa du
métro de Montréal sur le plan cadastral du Québec, et (c) la représentation du bâtiment « De Bruge » sur le plan cadastral des Pays-Bas
La forme du bâtiment « Residencial Sanchinarro » est représentée sur le plan cadastral de l‟Espagne par les polygones fermés des unités de bâtiment, dites sous-parcelles (Figure 2.2a). Une sous-parcelle est définie chaque fois que la nature (i.e. sous-sol ou étage) et/ou la composante verticale du bâtiment (i.e. le nombre d‟étages et de sous-sols) changent. De même, chaque sous-parcelle est identifiée par des chiffres romains indiquant sa nature et son nombre d‟étages. Le signe moins (-) devant le chiffre romain montre la présence de sous-sols et le signe plus (+) montre la présence d‟étages (Olivares et al. 2011). Par exemple, le polygone possédant le chiffre « -I+XIX » est composé d‟un sous-sol et 19 étages. Par contre, cette solution ne permet pas de connaître facilement la nature 3D du bâtiment et en particulier de bien comprendre l‟emplacement de son trou.
La figure 2.2b montre la représentation de la station Henri-Bourassa du métro de Montréal sur le plan cadastral du Québec. Le numéro du plan complémentaire (PC-11713) montre la présence de la superposition des propriétés, soit la station du métro au-dessous des bâtiments résidentiels (ex. corporéité PC-11712 et lot numéro 1995609). Le PC-11713 réfère aux plusieurs plans complémentaires qui comportent le plan de localisation de la station Henri-Bourassa par rapport aux propriétés voisines et des vues en profil permettant de montrer la relation verticale de la station avec les autres propriétés. Par contre, cette solution ne permet pas d‟avoir une vue complète de la géométrie 3D de ces propriétés superposées et un exercice mental est nécessaire pour comprendre l‟arrangement spatial (les relations de voisinage) entre les diverses propriétés. La figure 2.2c montre la représentation du bâtiment « De Bruge » sur le plan cadastral des Pays-Bas. Le plan cadastral des Pays-Bas représente les parcelles sous forme de polygones fermés, et dans le cas des propriétés superposées, leurs intersections avec la surface 2D du sol (i.e. leurs empreintes) y apparaissent en rouge. Le droit de propriété du bâtiment « De Bruge » a été établi par un droit de superficie sur toutes les parcelles qui se croisent (Stoter et al. 2012). La projection de ce bâtiment sur les autres bâtiments en dessous de celui-ci permet de générer des petites parcelles fragmentées (ex. parcelles 6633, 6634, etc.). Par contre, cette solution ne permet pas d‟avoir une vue instantanée de la relation verticale de ces propriétés superposées et un exercice mental pour en comprendre est nécessaire.
2.2.3. Les alternatives pour la représentation cadastrale 3D
Plusieurs chercheurs et organisations ont déjà montré les rôles et les apports d‟une représentation 3D, dans le cadre d‟un système cadastral, afin de représenter la composante verticale des propriétés superposées. Parmi ces études et par exemple, au Québec, Desgroseilliers et al. (2010) ont validé la possibilité de construire automatiquement des volumes à partir des plans complémentaires (PC) du cadastre vertical du Québec. Aux Pays-Bas, Stoter et al. (2011, 2012, 2013) ont présenté une étude en cours sur la conception et l‟implantation de l‟enregistrement 3D des propriétés superposées avec une représentation 3D détaillée dans le registre foncier. En Australie-Victoria, Aien et al. (2011) ont développé une application qui permet d'illustrer la complexité de l‟enregistrement et de la représentation 3D des propriétés superposées. En Espagne, le système cadastral, dans le cas particulier des immeubles superposés, utilise une représentation 3D des propriétés superposées (Olivares et al. 2011).
De même, la Fédération Internationale des Géomètres (FIG) a réalisé une enquête sur le cadastre 3D à travers le monde et 37 pays/provinces y ont participé (Oosterom et al. 2011). Les résultats de cette enquête sur les modes de gestion de la troisième dimension au niveau cadastral lorsque des propriétés sont superposées indiquent que les concepts de « parcelle 3D » et de « cadastre 3D » sont encore ambigus pour
les participants au sondage. Oosterom et al. (2011) définissent la parcelle 3D en tant que l‟unité spatiale où « un ou plusieurs droits uniques et homogènes (ex. le droit de propriété ou le droit d'utilisation de la terre), des responsabilités ou des restrictions sont associées à l’ensemble de l’entité, telle qu'incluse dans un système d'administration des terres ». L‟unité spatiale correspond à « une zone unique (ou zones multiples) de terres et/ou d’eau ou un volume unique (ou volumes multiples) d’espace » (ISO/DIS 19152 2011). Une unité spatiale pourrait être à la fois au-dessus et au-dessous de la surface. De plus, d‟après Stoter et Oosterom (2006), le cadastre 3D permet l‟enregistrement explicite des droits et des obligations sur des unités de propriété en 3D et dont la propriété est définie par une représentation volumique. Ainsi, l‟unité de propriété devient un volume et non plus une surface 2D ou une projection de celle-ci.
Afin de résumer les différents cas de figure, Stoter and Oosterom (2006) proposent trois types de cadastre 3D lorsque des propriétés sont superposées.
Le cadastre 2D avec des étiquettes 3D (Annotation) : Une étiquette 3D (i.e. texte ou annotation) sur le plan cadastral 2D montre la présence de propriétés superposée. C‟est un cadastre 2D qui dispose de liens renvoyant aux documents légaux ou aux dessins qui illustre la situation, dont celle la 3e dimension. Ces liens sont pour la plupart externes au système de gestion des données cadastrales.
Le cadastre hybride : Un cadastre hybride est un cadastre 2D dans lequel ont été intégrées des données 3D (sous forme de texte/annotation, de plans et de coupes, de dessins 3D ou de volumes) sur la situation verticale des propriétés superposées. Dans cette approche, les parcelles de tous les biens immobiliers sont enregistrées en 2D. L‟utilisation de texte permet d‟identifier de manière alphanumérique sur le plan cadastral le lien entre le plan cadastral et des documents complémentaires expliquant la composante verticale de propriétés superposées. Les plans et les coupes sont utilisés pour décrire la superposition de propriétés par les plans annexés au plan cadastral. L‟utilisation de dessins en perspective (vues isométriques) permet de représenter une situation verticale en donnant une impression de profondeur. Ainsi ces vues en perspective ou en coupe permettent de montrer les limites verticales des propriétés superposées sur le plan cadastral. De même, deux alternatives supplémentaires sont proposées pour l‟enregistrement des droits volumiques ou des objets physiques en 3D. Dans le cas des droits volumiques en 3D, la parcelle est le point de départ de l‟enregistrement afin de montrer les droits et les obligations liés sur la parcelle. Dans le cas des objets physiques, un objet physique (ex. un bâtiment) est le point de départ de l‟enregistrement.
