Jumeau numérique forestier du Québec

La fondation avant toute chose

Le Québec publie plus de 115 000 tuiles d’orthophotographie à 20 à 30 cm par pixel, soit plusieurs centaines de gigaoctets, et nous les avons toutes placées sur un même terrain 3D continu. Presque aucun de ces travaux n’était de la 3D. Il s’agissait de fusionner des tuiles qui ne partagent pas la même projection, de combler les espaces entre elles et d’harmoniser les couleurs entre les capteurs et les années d’acquisition.

C’est la partie que personne ne montre, et c’est elle qui détermine si tout ce qui se trouve au-dessus peut fonctionner. Tant que les données sous-jacentes ne sont pas continues, la vue 3D, le zoom de la province à la parcelle et chaque calcul territorial reposent sur du sable. Cet article fait le point sur cette phase, appliquée au Québec.

Le pipeline TerraLab : une scène, toutes les sources

TerraLab-Twin est un globe virtuel planétaire. Son rôle est de fusionner en temps réel des sources géospatiales hétérogènes (orthophotos publiques, orthophotos haute résolution prises par drone, modèles numériques de terrain, layers vectoriels, imagerie satellite) sur un seul terrain 3D navigable, de l’échelle planétaire jusqu’à celle de la parcelle.

Trois propriétés définissent l’état de l’art que nous visons :

• Continuité d’échelle : de l’ensemble du Québec (10 000 km de diagonale) jusqu’à une parcelle de 50 m, sans rupture, sans changement de CRS et sans jointure aux limites administratives.
• Fusion dynamique multi-source : plusieurs sources de qualité et de résolution variables coexistent sur le même terrain et sont sélectionnées à la volée selon la zone, la résolution demandée et la disponibilité des données.
• Abstraction complète en amont : l’utilisateur final ne voit jamais de format de fichier, de code EPSG ou de zone MTM. Il navigue, tout simplement.

Tout le travail décrit ci-dessous vise à concrétiser ces trois propriétés dans un cas concret : le territoire du Québec.

Tuiles du MRNF fusionnées par TerraLab WorldMapServer. Terrain continu, sans jointure visible entre les feuilles d’origine.

Ce qui rend les données du Québec uniques

Le Québec offre l’un des jeux de données publics les plus riches d’Amérique du Nord pour ce type de travail. Le ministère des Ressources naturelles et des Forêts du Québec (MRNF, anciennement MERN) publie plus de 115 000 tuiles d’orthophotographie, soit plusieurs centaines de gigaoctets de données au total, à une résolution native de 20 à 30 cm par pixel. C’est environ trente fois plus fin que l’imagerie satellite Sentinel-2 utilisée en complément.

Orthophoto du MRNF à sa résolution native de 20 à 30 cm sur un secteur forestier québécois.

Cette richesse s’accompagne de ses propres difficultés : une famille hétérogène de projections cartographiques, plusieurs formats de fichiers, des images acquises sur plusieurs années et saisons. C’est précisément le type de jeu de données pour lequel un globe virtuel est conçu, là où un outil GIS traditionnel demanderait à l’utilisateur de choisir une projection, une saison et un format, puis d’en subir les conséquences.

Et nous savons gérer cette échelle. Les 115 000 tuiles, les centaines de gigaoctets, les formats mixtes et les données issues de plusieurs millésimes : l’architecture TerraLab-Twin est conçue pour absorber ce volume nativement, sur un poste de travail de développement, sans infrastructure particulière.

Tuile originale du MRNF à 20 cm. Les arbres, les routes et les parcelles sont clairement visibles avant tout traitement.

La partie difficile : les projections cartographiques

Je veux m’arrêter sur ce point, car pour quiconque a travaillé dans le domaine géospatial, c’est un cauchemar opérationnel.

Les données publiques du Québec n’arrivent pas dans une seule projection. Elles se présentent comme une famille de variantes NAD83 : une version du Lambert du Québec (EPSG:32198), des variantes plus modernes fondées sur le CSRS et dix zones MTM (Modified Transverse Mercator) qui partitionnent le territoire pour des raisons cartographiques historiques. En pratique, chaque tuile peut arriver dans un système de référence des coordonnées différent.

Les outils constituent la seconde moitié du problème. Chaque datum a ses propres pièges, et chaque outil de la chaîne géospatiale conserve son propre comportement historique autour de la bibliothèque PROJ. Il est extrêmement courant en production de voir un pipeline échouer silencieusement parce qu’une installation obsolète renvoie des transformations décalées de dix mètres ou plus.

C’est précisément ce qu’un globe virtuel abstrait. TerraLab-Twin ne connaît qu’une seule projection finale : WGS84 sur l’ellipsoïde planétaire. Toute la complexité des projections est absorbée en amont, dans le pipeline d’ingestion. L’utilisateur final ne voit jamais de code EPSG. Il voit un territoire 3D continu et navigable, de l’ensemble du Québec jusqu’à une seule parcelle forestière, sans rupture aux limites des zones.

Une fois ce problème difficile résolu, tout le reste devient possible : fusion multi-source, navigation continue, 3D en temps réel.

Outil interne de tuilage : chaque source est reprojetée vers WGS84, puis composée dans la scène 3D.

Pourquoi WGS84 dans un globe virtuel, et pourquoi c’est important

Le choix de WGS84 sur l’ellipsoïde n’est pas arbitraire. Une projection cartographique classique est, par construction, un compromis : elle aplatit un objet 3D (l’ellipsoïde terrestre) sur un plan 2D, ce qui introduit toujours une distorsion (dans les angles, les surfaces, les distances ou les trois à la fois). Acceptable à petite échelle, elle devient intolérable à l’échelle continentale.

Un globe virtuel contourne le problème en conservant la 3D de bout en bout. Le moteur travaille sur l’ellipsoïde réel, et non sur une projection plane. La conséquence directe pour l’utilisateur : il peut zoomer librement de l’ensemble du Québec jusqu’à une parcelle de 50 m, sans changer de CRS, sans jointure aux limites des zones MTM, sans étirement polaire et sans artefact d’alignement sur les bords. C’est ce qui rend la navigation continue, et c’est quelque chose qu’aucun outil GIS 2D traditionnel ne peut offrir.

Calibration des couleurs et fusion : le défi visuel

Une fois les projections gérées, le défi suivant est visuel. Un Digital Twin 3D du Québec ne fusionne pas une, mais trois sources d’imagerie complémentaires :

1. Orthophoto aérienne du MRNF : priorité 1, 20 à 30 cm, la layer de détail
2. Imagerie satellite Sentinel-2 : priorité 2, 10 m, comble les zones sans couverture aérienne (généralement les régions côtières)
3. Fond cartographique planétaire Blue Marble : solution de repli ultime, qui garantit qu’aucune zone ne reste vide

Chacune de ces trois sources possède sa propre signature colorimétrique : capteurs différents, conditions d’acquisition différentes, dates de prise de vue différentes et traitements en amont différents. Le défi ne consiste pas seulement à les afficher ensemble, mais à s’assurer que les limites restent invisibles à l’œil et que les tuiles voisines partagent la même plage de couleurs.

Certaines tuiles du MRNF sont également incomplètes : aux limites des campagnes de vol, la couverture aérienne s’arrête au milieu d’une tuile, laissant des zones nodata. Sans traitement, ces espaces apparaissent sous forme de bandes noires dans le terrain 3D. C’est une autre raison pour laquelle le pipeline doit fusionner plusieurs sources : il comble automatiquement ces espaces avec Sentinel-2 là où l’orthophoto aérienne est insuffisante.

Tuile du MRNF avec une couverture partielle. Le pipeline comble automatiquement les espaces avec Sentinel-2.

Du côté de Sentinel-2, nous créons une composition à partir d’une médiane multi-date sur une plage de réflectance fixe : cela élimine les valeurs aberrantes (nuages, ombres, journées atypiques) et garantit que toutes les tuiles partagent la même calibration.

La teinte bleue des campagnes de 2015

Du côté québécois, certaines campagnes de vol plus anciennes, notamment 2015, présentent une teinte bleue systématique. L’origine exacte du défaut n’est pas documentée par le fournisseur de données, mais le rapport anormalement élevé entre le bleu et le rouge (B/R ~1.30 contre ~0.88 pour les campagnes normales) touche une grande partie des tuiles de cette année. Le pipeline filtre par saison (acquisitions estivales pour obtenir des tons verts cohérents), mais le problème persiste dans les zones où seules des tuiles de 2015 existent.

Plusieurs approches sont possibles pour ces zones : correction automatique des couleurs (mise en correspondance des histogrammes entre tuiles voisines) ou remplacement par de l’imagerie satellite (Sentinel-2 en premier recours, gratuite à 10 m, ou des sources commerciales comme Airbus Pleiades et Maxar pour une résolution plus fine, mais à un coût important). Aucune de ces options n’est idéale à elle seule. La combinaison la plus probable consiste à filtrer par millésime, avec une solution de repli Sentinel-2 pour les zones sans alternative.

Le temps joue ici en notre faveur. Le MRNF continue de publier régulièrement de nouvelles campagnes aériennes, et des orthophotos de 2023 et 2024 sont déjà disponibles en données ouvertes pour certaines régions. Les zones couvertes uniquement par des tuiles défectueuses de 2015 seront probablement remplacées par des acquisitions plus récentes et mieux calibrées.

En haut : tuile du MRNF de 2015 avec une teinte bleue (B/R ~1.30). En bas : 2016 avec une couleur normale (B/R ~0.88).

Tuiles de 2015 teintées en bleu à côté de tuiles normalement calibrées : une mosaïque visible qui rompt l’homogénéité du terrain.

Là où l’orthophoto du Québec rencontre Sentinel-2

À la limite entre les deux sources, la transition géométrique est imperceptible. La transition colorimétrique reste toutefois visible dans certaines zones côtières.

Cette jointure colorimétrique est un compromis délibéré. Une fusion au niveau du pixel sur des centaines de kilomètres de littoral demanderait plus de traitement que le gain visuel n’en vaudrait la peine, surtout aux échelles de navigation typiques du Digital Twin. Le pipeline privilégie la couverture et la continuité à la perfection cosmétique sur les marges.

En haut : Sentinel-2 seul. En bas : composition Québec + Sentinel-2. La zone de fusion est visible le long du littoral.

Le pipeline comprend une étape de mise en correspondance des couleurs qui adoucit ces transitions. L’exemple ci-dessous, dans la région de Rivière-du-Loup, montre la différence : sans mise en correspondance des couleurs, la limite entre l’orthophoto du Québec et Sentinel-2 est clairement visible. Avec cette mise en correspondance, la transition devient beaucoup plus subtile.

Rivière-du-Loup. En haut : sans mise en correspondance des couleurs. En bas : avec mise en correspondance des couleurs.

Péninsule de Gaspésie, vue large. Zone cyan (à gauche) = tuiles de 2015 teintées en bleu, continent = orthophoto du Québec, océan = Sentinel-2.

Où en sommes-nous

Au 7 avril 2026, nous sommes en bonne voie. La famille NAD83 est absorbée en amont et le pipeline d’ingestion traite progressivement les ~115 000 tuiles du MRNF.

La couverture du territoire est partielle à ce stade. Les zones déjà traitées, comme la péninsule de Gaspésie, sont navigables avec l’orthophoto du Québec, tandis que les autres zones sont provisoirement remplies avec Sentinel-2. La composition à trois couches a été validée sur la côte de la Gaspésie, et le volume de données fonctionne confortablement sur un poste de travail de développement standard.

Résolution actuelle

Le moteur produit actuellement une résolution de 10 m par pixel. C’est un choix délibéré pour cette première itération : travailler d’abord à l’échelle mondiale nous permet de valider l’ensemble du pipeline (projections, fusion, calibration des couleurs, volume de données) avant d’augmenter la résolution zone par zone. Les données sources du MRNF à 20 à 30 cm sont disponibles. Le raffinement jusqu’à 30 cm se fera au cas par cas, selon les besoins.

Élévation

Du côté de l’élévation, le terrain 3D repose sur un SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), un modèle numérique d’élévation. Ce n’est pas la source la plus fine disponible, mais elle couvre tout le territoire et nous permet de valider l’ensemble de la chaîne. Il est possible de passer à des modèles numériques de terrain québécois plus précis dans les zones prioritaires.

Voici le résultat actuel : l’orthophoto du Québec à 10 m drapée sur le relief SRTM, sans végétation 3D et sans données vectorielles. Il s’agit de la fondation brute du terrain sur laquelle tout le reste sera construit.

Premières vues 3D du Québec. Orthophoto à 10 m + relief SRTM. De haut en bas : diffusion atmosphérique, éclairage direct, aucun éclairage.

Un point important à retenir : la qualité du rendu ne peut pas dépasser celle des données sources. Là où les données du MRNF sont propres et correctement calibrées (campagnes postérieures à 2015), le résultat est excellent. Là où elles présentent des défauts (campagnes de 2015 teintées en bleu), le pipeline ne peut pas inventer une calibration correcte des couleurs.

Disponible aujourd’hui :

• Orthophoto aérienne du Québec (MRNF) fusionnée avec Sentinel-2
• Relief 3D via SRTM
• Pipeline complet validé sur la côte de la Gaspésie

Prochaines étapes :

• Résolution de 20 à 30 cm avec un zoom rapproché
• Données vectorielles OSM du Québec
• Arbres 3D sur l’ensemble du territoire québécois