Une maquette virtuelle de la Vallée du Gier

Entretien avec Clémentine Périnaud et Lorenzo Marnat dans le cadre des rencontres du cycle « Où va la ville ? »

Publié le 29/03/2024 à 12:49 - 15 min - par ygodde

Clémentine Périnaud, géographe, spécialiste de la géographie historique et sociale des territoires industrialisés en France et Lorenzo Marnat, ingénieur en informatique, membre du laboratoire LIRIS, nous présentent un projet de recherche pluridisciplinaire sur lequel ils ont collaboré dans le cadre du Labex IMU. Leur collaboration s’est notamment matérialisée dans le jumeau numérique de la vallée du Gier. L’enjeu principal de ce projet est de modéliser l’évolution urbaine des territoires industriels de la région de Lyon-Saint-Etienne. Il s’agit de restituer en 3d l’état actuel des villes mais également leurs états passés dans une vision dynamique, en plan et en maquette.

Site internet jumeau numérique de la Vallée du Gier

Chacun d’entre nous est curieux de connaître le contexte de votre projet, de savoir à quoi sert un jumeau numérique.

Clémentine Périnaud : Un jumeau numérique, c’est la représentation en 3D d’un territoire. Les représentations en 3D les plus familières du grand public sont celles de Google Earth, premier outil grand public d’accès à une représentation 3D des territoires que les collectivités et institutions patrimoniales ont longtemps délaissé. La généralisation de ce qu’on appelle des « jumeaux numériques » et la facilité à obtenir des vues 3D des villes ont depuis changé la donne, non seulement au sein des collectivités mais aussi au sein de la recherche en archéologie et en histoire, devenues des sciences humaines numériques.
Lorenzo Marnat : Le LIRIS est un laboratoire d’informatique, spécialisé dans les données et la visualisation de ces données. Les technologies actuelles permettent aux collectivités et aux entreprises de produire une grande quantité de données, notamment des données urbaines. Le rôle des recherches au sein du LIRIS est de proposer des solutions pour transformer des données brutes en une base de connaissances et d’utiliser cette base de connaissances sur la ville pour créer des représentations numériques et 3D de la ville, de bâtiments et de phénomènes urbains.
Un jumeau numérique, d’un point de vue informatique, c’est une « copie » du territoire. Il existe plusieurs types de « copies », aux textures plus ou moins détaillées, aux propriétés particulières, selon la technique utilisée. Un jumeau numérique dépend fortement de l’usage que l’on souhaite en faire.
Il peut servir :

• pour de la simulation : étudier des flux urbains (circulation, transports en commun, etc.) ou l’impact de catastrophes (les inondations, les incendies par exemple). Les services d’incendies pourront s’en servir de simulateur pour répéter des procédures d’intervention.
• pour de la médiation : le jumeau numérique est un support pour présenter la ville et des projets urbains à la population.
• pour utiliser ses données, produire de la connaissance et permettre de comprendre les différents aspects de la ville (évolution urbaine, ensoleillement, espaces verts, etc.).

Comment génère-t-on un jumeau numérique ?

Lorenzo Marnat : Le plus important est la donnée et en premier lieu, la donnée géométrique qui permettra de représenter les bâtiments, les reliefs, les cours d’eau, les ponts, etc. Ces données peuvent être levées par laser, par exemple.

Tout cela est applicable aux élévations mais qu’arrive-t-il lorsque la ville est sur un relief accidenté comme peuvent l’être le 4e, le 5e et le 9e arrondissement de Lyon ? Quelle solution pour le terrain ?

La difficulté avec le terrain, surtout dans les zones escarpées, est la perte d’information : il y a des surfaces que les capteurs n’arrivent pas à atteindre car elles sont dissimulées par la végétation ou des bâtiments ou parce qu’elles sont parfois tout simplement inatteignables par le faisceau laser.
Pour remédier à ces pertes d’information, il existe plusieurs solutions parmi lesquelles le fait de faire retravailler, “à la main”, des experts.

Pour revenir sur la question des élévations, vous avez évoqué la notion de 2d et demie. Pouvez-vous expliquer ce concept ?

Lorenzo Marnat : La 2,5 D c’est une donnée 2d qui possède une métadonnée de hauteur, qu’on peut utiliser dans un contexte 3d et qui permet de passer d’une surface plane à une forme en 3d en étirant cette surface pour lui donner du volume.
Clémentine Périnaud : C’est précisément ce qu’on a fait sur la vallée du Gier. C’est souvent la technique utilisée pour la reconstitution historique car, le plus souvent, les bâtiments anciens n’existent plus.

Quels sont les différents types de données qui alimentent les jumeaux numériques ?

Lorenzo Marnat : on a plusieurs façons de représenter des données de nature différentes. On peut représenter des réseaux en ligne (routes, fleuves), des données avec des polygones et utiliser des photos aériennes.
Clémentine Périnaud : la période actuelle est favorable grâce à un contexte nouveau de généralisation de la 3D car on dispose désormais de données et d’outils libres permettant la représentation en 3D.

La région lyonnaise occupe-t-elle une place particulière au sein de l’environnement de recherche sur la 3D ?

Lorenzo Marnat : La métropole de Lyon est précurseur. Elle propose depuis 2009, en open data, un modèle 3D des communes de la Métropole.

La métropole de Lyon est un terrain privilégié d’expérimentation des technologies 3d mais qu’en est-il du terrain d’expérimentation particulier qui vous a réunis : la Vallée du Gier ?

Clémentine Périnaud : Nous nous sommes intéressés à ce territoire car la vallée du Gier est un terrain à enjeu pour la question industrielle. Cette thématique est beaucoup travaillée par des géographes comme Georges Gay et Christelle Morel-Journel qui ont consacré des thèses sur le développement de l’industrialisation. La vallée du Gier c’est ce corridor, encore industriel et très habité, d’une quarantaine de kilomètres reliant le bassin de Saint-Etienne à la vallée du Rhône, organisé autour des deux villes que sont Rive-de-Gier et Saint-Chamond. La Vallée du Gier est intégrée aux dynamiques métropolitaines de Saint-Etienne et Lyon.
Le jumeau numérique est intéressant pour comprendre ce qu’il est possible de faire aujourd’hui de ces espaces productifs très intégrés dans les espaces urbains, dans une perspective de maintien de l’industrie dans les territoires urbains et de participation de l’industrie à la transition écologique et énergétique.
Une grande question pour l’aménagement des territoires concerne le devenir de ces sites industriels imbriqués dans les espaces urbains. On a donc ici une histoire industrielle relativement méconnue et des enjeux, dont il fallait rendre compte, et en proposer une médiation via le site internet que nous avons conçu.
Ce territoire est intéressant pour l’histoire industrielle et son patrimoine car c’est un pôle historique de l’exploitation du charbon et l’espace de développement des premières lignes de chemin de fer en France.

Vous nous avez parlé de la première ligne de chemin de fer. Quel était son usage et quand a-t-elle été construite ?

Jusqu’au début du XIXe siècle, la vallée du Gier reste très rurale. Elle voit son espace bouleversé vers 1810 quand l’Etat reconnait un intérêt national à l’exploitation du minerai de charbon du bassin stéphanois. L’agglomération de Saint-Etienne, les vallées de l’Ondaine et du Gier sont alors très impactées. On voit des ingénieurs civils, notamment issus de la toute nouvelle administration des Mines, établie à Saint-Etienne, se saisir de l’opportunité que constitue le soutien étatique au développement économique de la région stéphanoise pour porter de grands projets industriels. Ces grands projets de création d’usines s’adossent à des grands projets d’infrastructure de transport. La ligne de Saint-Etienne à Lyon, première ligne de chemin de fer accueillant des locomotives à vapeur mises au point par les Seguin, est inaugurée en 1832, accélérant l’industrialisation et l’urbanisation du territoire. Dans la seconde moitié du XIXe siècle, le pittoresque de la visite en chemin de fer qui longe les implantations de forges et grandes cheminées, véhicule une image positive de ce paysage radicalement nouveau.

Pouvez-vous nous dire dans quelles régions d’Europe, ces précurseurs ont-ils puisé leur inspiration ?

Clémentine Périnaud : Le berceau de l’industrialisation est anglais. Le projet des Seguin de ligne de train à vapeur a succédé à une ligne tractée par des chevaux et proposée par l’ingénieur des mines De Gallois associé à l’ingénieur Beaunier alors responsable de l’attribution des concessions d’exploitation du bassin charbonnier stéphanois. Ils vont notamment porter un grand projet d’usine à fer à Terrenoire, aux portes de Saint-Etienne. Louis de Gallois se rend dans la Sarre, et notamment à Sarrebrück, pour observer l’exploitation de houille dans le cadre de ses missions d’ingénieur pour le service des mines, mais surtout à Newcastle en Angleterre, qui est le berceau du chemin de fer anglais et où il passe six mois pour observer et répliquer ce modèle. Parmi les précurseurs, il faut citer également les Jackson, anglais, installés à Lorette.
Le bassin stéphanois, s’impose au début du XXe siècle comme l’un des plus grands centres industriels d’Europe, fondé sur l’extraction du charbon, la métallurgie, la fabrication d’armes (à Saint-Etienne), les tissages (à Saint-Chamond) et une industrie diversifiée de fabrication d’accessoires divers nécessitant l’investissement d’industries de métallurgie et de mécanique. Au sein de cet ensemble, la vallée du Gier se distingue par la place particulière prise par la grande industrie métallurgique et compte une quarantaine d’établissements. Les principales usines de production et transformation de fer et d’acier sont en effet situées à Saint-Chamond (Établissements des Forges et Aciéries de la Marine et des Chemins de Fer), à l’Horme (Forges et Fonderies de l’Horme), à Rive-de-Gier-Châteauneuf (établissements de grosse forge Marrel Frères devenus Arcelor Mittal puis Industeel).

Est-ce qu’on peut dire que l’aspect industriel du territoire actuel est hérité de cette époque-là ?

La géographie industrielle du territoire est restée similaire à celle des années 1930. Dans les années 1970, elle s’est concentrée au sein de grands groupes de l’armement (GIAT) et de la sidérurgie (Creusot-Loire). Avec la liquidation de ces grands groupes locaux donneurs d’ordre – Creusot-Loire est liquidé en 1984 – le Groupement industriel des armements terrestres, est fermé en 2006 – les années 1980-1990 ont constitué localement une rupture avec une désindustrialisation brutale. On a constaté l’apparition de nombreuses friches et de nombreuses destructions. En parallèle de nouvelles zones industrielles ont été construites notamment au nord et au sud de Saint-Chamond. Il y perdure un tissu de PME-TPE constitué de 250 établissements dédiés à la transformation des métaux, à la mécanique et aux textiles techniques. Les plus importantes sont les héritières de Creusot-Loire ou d’industries de chaudronnerie et de fonte familiales de quatrième génération.
Le bilan d’une histoire industrielle mouvementée et de la force de la désindustrialisation se résume en cartes. Les deux tiers des surfaces bâties accueillant de l’industrie dans les années 1980 sont restées en activité. L’industrie se maintient largement dans ces espaces.
Un tiers du bâti industriel des années 1980 a été détruit, selon un rythme assez constant dans le temps.
Dans le même temps on a construit l’équivalent d’à peu près la moitié des surfaces détruites en surfaces industrielles nouvelles, comme la zone d’activité de Stelytec au nord de Saint-Chamond.
La part la plus importante mais aussi la plus récente, s’effectue dans le cadre de grands projets urbains portés par Saint-Etienne Métropole ces quinze dernières années, et qui organisent le recyclage patrimonial des paysages industriels historiques au prix d’une destruction massive des bâtiments :
– à L’Horme sur le site des anciennes forges de L’Horme.
– à Saint-Chamond sur le site des Aciéries de la Marine.
– à Rive-de-Gier, à l’emplacement de l’ancienne verrerie Duralex, fermée en 2006.
Il y a donc un patrimoine industriel, à investir et présenter, et une place de l’industrie à discuter : les environnements 3D, les cartes sont des supports à cette discussion et des espaces de dépôt de connaissance.

Vous avez construit un récit de cette histoire industrielle qui constitue le matériau du jumeau numérique. Quelle est la recette pour valoriser ces données ?

Lorenzo Marnat : L’objectif est double. Il s’agit, d’une part, de valoriser les données en fabriquant une vue numérique de l’urbanisation et de l’industrialisation de la vallée du Gier sous la forme de cartes 3D et d’autre part, d’utiliser ce jumeau numérique pour raconter l’histoire de la vallée avec des cartes, des données et des images d’archives.
Clémentine Périnaud : Concrètement, la recette pour produire des cartes historiques est souvent la même : on va suivre une méthode régressive qui consiste à partir d’un modèle soit en plan, soit 3d du territoire, pour ensuite remonter le temps en reconstituant les bâtiments disparus à la période antérieure. Pour ce faire, il faut mobiliser énormément de cartes et plans d’archives.
On va produire des référentiels historiques qui vont reconstituer l’ensemble des composantes du territoire et pour la vallée du Gier à 4 périodes chronologiques clefs (milieu XIXe, années 1930, années 1980 et aujourd’hui).
On mobilise, pour le 19e siècle, le cadastre napoléonien de 1825 pour le département de la Loire, des plans cadastraux des Villes de St Chamond (1880) et Rive de Gier (1840) qui permettent de situer les usines.
Pour le 20e siècle, nous disposons de beaucoup de campagnes aériennes, orthophotos de 1942 et 1981 à très haute définition. On peut utiliser des plans de détails supplémentaires dont les plans d’autorisations qui ont été produits aux 19e et 20e siècles.
A partir de ces plans, on détermine des élévations, définies de manière arbitraire en effectuant une moyenne des hauteurs du bâti existant à la même époque et en distinguant le bâti industriel du bâti indifférencié.

 

Clémentine Périnaud : Nous disposons d’une base exhaustive de plans très précis, même si les plans ne sont pas exempts d’erreurs car certains plans cadastraux peuvent contenir des projets envisagés mais pas réalisés. L’erreur vient souvent de l’observateur mais la marge d’erreur inévitable est maîtrisée. A l’échelle d’une vallée, les erreurs deviennent marginales. Ce qui est plus difficile à maitriser c’est le relief lorsque le terrain est très transformé à la suite de remblaiement, pour la construction de l’autoroute par exemple, de marais asséchés ou de crassiers. Le relief de base est celui du modèle numérique d’aujourd’hui. On est plus précis sur les bâtiments et les infrastructures.
Il existe d’autres sources d’archives industrielles spécifiques comme le plan monumental de St Chamond (Archives municipales de St Chamond). Sur ce document, les monuments remarquables figurés sont les industries et fabriques.

Lorenzo Marnat : Le résultat est le jumeau numérique, le site internet que je vais vous montrer. Dans la visite libre, la Vallée du Gier est représentée en relief 3D. L’objectif est de pouvoir naviguer dans l’espace 3d présent dans la fenêtre de droite et synchronisé avec la fenêtre de gauche qui contient 2 onglets. Le premier onglet intitulé « Carte des industries » contient l’ensemble des données représentées en 4 époques clefs déterminées par Clémentine Périnaud (1ère moitié du 19e siècle, entre 2 guerres, années 1980, 21e siècle). On y trouve des données sur les industries et les bâtiments existants. Le fond est l’orthophoto actuelle qui montre les bâtiments modernes seulement. On peut les recouvrir en activant les différentes époques sélectionnées et faire afficher, en aplat de couleurs, les différentes filières industrielles aux différentes époques. Les hauteurs des élévations ont été choisies arbitrairement. L’onglet « fiche établissement »montre le détail de chaque industrie qu’on peut obtenir également par clic sur son élévation 3D. Dans les parcours guidés par un texte conçu par Clémentine Périnaud, on peut lire des récits présentant les résultats de la recherche sur l’histoire de la Vallée. La navigation se fait de point d’intérêt en point d’intérêt pour lire des contenus documentaires dont des images d’archives.

Lorenzo Marnat : En conclusion, les jumeaux numériques sont une technologie qui se répand dans différentes disciplines dont la géographie et l’histoire. C’est un outil essentiel à l’étude de la ville. Le Labex Imu et le laboratoire LIRIS ont mené quelques autres projets conjoints comme, par exemple, le jumeau numérique d’un site industriel de Vénissieux qui a permis d’étudier son évolution de 1950 à aujourd’hui. Le Flying Campus est également un jumeau numérique qui est utilisé pour échanger autour des différents projets de la Ville. Le 3e exemple est l’utilisation de maquettes tangibles en complément du jumeau numérique. On utilise une maquette en légos avec laquelle on va interagir avec la maquette numérique.

Clémentine Périnaud : IMU est le Labex Intelligence des Mondes Urbains qui rassemble les chercheurs autour des problématiques de l’urbain. Il intègre le LIRIS et des chercheurs en géographie et en histoire. Il y a d’autres initiatives à Lyon dont la modélisation en 3d du site antique des arêtes de poisson pour permettre aux chercheurs d’essayer de comprendre à quoi servait ce site et pour le grand public, à pouvoir l’explorer .

Questions du public

Quelle articulation peut-on imaginer entre les jumeaux numériques et les BIM utilisés par les architectes ?

Lorenzo Marnat : LE BIM c’est de la donnée 3D mobilisée pour représenter en détails et en 3d un bâtiment avec toute la documentation métier du bâtiment (où sont les réseaux, les climatisations, etc.). Dans le jumeau numérique de la Vallée du Gier, nous n’avons pas utilisé de BIM car nous n’en avions pas à disposition et il faut bien dire que les BIM ne sont pas utilisés dans les projets patrimoniaux. Ce serait intéressant pour passer en 3d d’une échelle très grande à une échelle du bâtiment et même à l’échelle de l’intérieur du bâtiment.

Avez-vous travaillé avec l’agence EPUR de St Etienne ?

Clémentine Périnaud : Le projet a été mené sur une temporalité très courte (1 an) ce qui explique que les mobilisations partenariales n’ont pas été faciles ; EPUR était représenté par Christelle Morel-Journel sur le sujet du devenir de l’industrie dans le territoire à travers des entretiens mais pas directement dans notre travail d’archives et de construction d’un site internet. J’ai été plus en lien avec la Délégation de la Recherche de la Métropole de St Etienne, présente pour délivrer de l’information.

Yves Godde : Pour rebondir sur ces dernières questions et résumer l’ensemble de la présentation il faut rappeler le rôle précurseur de Lyon en matière de représentation 3D de l’urbanisme. Citons, au passage, le projet expérimental que nous avons mené au sein du service de l’aménagement urbain de la ville de Lyon, qui a réalisé, dès l’an 2000, la modélisation d’une maquette urbaine du quartier de la Duchère sur laquelle ont été agrégés différents états, du relevé de l’époque, d’une modélisation du passé, des maquettes projets du GPV et de documentations associées. Il s’agissait dans une certaine mesure d’une préfiguration d’un jumeau numérique, d’un système d’information géographique 3D et, à la marge, d’un ancêtre de BIM, à une époque où la technologie n’était pas mûre pour un déploiement facile à un coût raisonnable dans un contexte opérationnel. Même si le BIM n’est pas encore d’usage dans les humanités numériques, l’open data et les applications libres démocratisent le recours à la 3d pour représenter l’histoire et la géographie urbaine.

Revoir l’entretien

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#1 Le métavers Second Lab : un outil pour projeter la ville de demain

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#3 Le virtuel au secours des arêtes de poisson – Mercredi 3 avril 2024 18h30-20h30