Glossaire des termes relatifs aux coordonnées géographiques et au levé

Coordonnées géographiques

Les coordonnées géographiques sont une paire de valeurs numériques—latitude (position nord-sud) et longitude (position est-ouest)—qui identifient précisément tout point à la surface de la Terre dans un système de référence mathématiquement défini. Ces coordonnées sont fondamentales pour la navigation, la cartographie, le levé foncier, l’aviation et l’analyse géospatiale, formant une méthode de référence normalisée à l’échelle mondiale et permettant une communication sans ambiguïté entre disciplines et frontières.

Le concept de coordonnées géographiques remonte aux mathématiques et à l’astronomie grecques antiques, mais les définitions précises actuelles sont régies par des organisations géodésiques internationales telles que l’Organisation de l’aviation civile internationale (OACI) et l’Association internationale de géodésie (AIG). Les normes modernes, telles que l’Annexe 4 et 15 de l’OACI, exigent que toutes les coordonnées liées à l’aviation soient référencées au Système géodésique mondial 1984 (WGS84), assurant la cohérence mondiale pour la navigation, la cartographie et la sécurité.

Les coordonnées sont généralement exprimées en degrés, minutes et secondes (DMS) ou en degrés décimaux, toujours rattachées à un datum géodésique spécifique—un modèle mathématique de la forme et de la taille de la Terre. Le datum établit l’origine de référence et l’orientation du système de coordonnées. La paire (latitude, longitude) identifie de façon unique l’intersection d’un parallèle (latitude constante) et d’un méridien (longitude constante).

Ces coordonnées sont indispensables dans des applications allant de la planification de vol et la gestion de l’espace aérien à l’administration foncière, aux SIG et à la surveillance environnementale. En aviation, par exemple, la détermination précise des aides à la navigation et des seuils de piste est obligatoire pour garantir la sécurité opérationnelle.

L’exactitude et l’intégrité des coordonnées géographiques dépendent de la précision des instruments de mesure, du datum de référence sous-jacent et de la méthode de détermination (par exemple, positionnement par satellite, levé classique ou télédétection). L’OACI et d’autres manuels techniques précisent la précision de déclaration requise et l’intervalle de confiance selon les usages opérationnels.

Coordonnée

Une coordonnée est une valeur numérique qui, avec une ou plusieurs autres, spécifie l’emplacement d’un point dans un espace donné par rapport à un système de référence défini. En géodésie et en levé, les coordonnées peuvent être :

• Angulaires (latitude et longitude, pour les positions à la surface de la Terre)
• Linéaires (est et nord, en mètres ou pieds, pour les systèmes plans)

Les coordonnées peuvent être unidimensionnelles (le long d’une ligne), bidimensionnelles (sur un plan) ou tridimensionnelles (dans l’espace, avec l’altitude). Le choix du type de coordonnées et du système dépend de l’application et de la précision requise. Par exemple, les descriptions cadastrales peuvent utiliser les coordonnées State Plane ou UTM, tandis que la navigation mondiale et l’aviation utilisent universellement des coordonnées géodésiques référencées au WGS84.

Les coordonnées sont fondamentales pour l’échange de données spatiales, permettant l’interopérabilité entre systèmes et organismes. Les normes de métadonnées exigent la spécification explicite du système de coordonnées, du datum, de la précision et de la méthode de détermination pour toute coordonnée rapportée.

Systèmes de coordonnées

Système de référence

Un système de référence est un cadre géométrique standardisé permettant d’établir la position de points dans l’espace, défini par une ou plusieurs coordonnées par rapport à des axes, plans ou surfaces désignés. Les principaux types pertinents en géodésie comprennent :

• Systèmes de référence géodésiques : Modélisent la Terre comme un ellipsoïde, utilisant latitude, longitude et hauteur (ex. : WGS84).
• Systèmes de référence géocentriques : Définissent les positions dans l’espace tridimensionnel (X, Y, Z) depuis le centre de la Terre (ex. : ITRS).
• Systèmes de référence plans (rectangulaires) : Projettent la surface terrestre sur un plan en utilisant des coordonnées cartésiennes (ex. : UTM).

Le choix du système de référence dépend de l’usage prévu, de l’étendue géographique et de la précision requise. L’aviation internationale impose le WGS84 pour la cohérence mondiale, tandis que les agences nationales de cartographie peuvent utiliser des systèmes locaux avec des paramètres de transformation pour l’interopérabilité.

Système de coordonnées

Un système de coordonnées définit mathématiquement la manière dont les coordonnées se rapportent aux axes, plans ou surfaces de référence, et établit les règles de mesure des distances et des angles. Les trois types principaux :

1. Système de coordonnées planes (rectangulaires) : Utilise des axes X et Y perpendiculaires (et parfois Z pour l’altitude) pour spécifier des positions sur un plan. Courant pour la cartographie locale/régionale (ex. : State Plane, British National Grid).

2. Système de coordonnées sphériques (géographiques) : Modélise la Terre comme une sphère ou un ellipsoïde, avec la latitude (angle depuis l’équateur) et la longitude (angle depuis le méridien d’origine). Fondement de la cartographie et de la navigation mondiale.

3. Système de coordonnées géocentriques : Utilise des coordonnées X, Y, Z depuis le centre de la Terre. Essentiel pour le suivi satellitaire et la géodésie de haute précision.

Chaque système est associé à une surface de référence, un datum et des paramètres de transformation spécifiques. Les plateformes SIG et de navigation modernes prennent en charge les conversions entre ces systèmes.

Système de coordonnées géographiques (SCG)

Un système de coordonnées géographiques (SCG) définit les emplacements à la surface de la Terre à l’aide de deux mesures angulaires :

• Latitude (φ) : Angle du plan équatorial vers le nord ou le sud (−90° à +90°).
• Longitude (λ) : Angle à l’est ou à l’ouest du méridien d’origine (−180° à +180°).

Le SCG est toujours référencé à un datum géodésique (ex. : WGS84, NAD83). Les coordonnées sont exprimées en degrés décimaux ou DMS. Le choix du datum influence fortement les valeurs de coordonnées, nécessitant une spécification explicite pour la précision et l’interopérabilité.

Le SCG est à la base de toute la cartographie mondiale, la navigation et l’échange de données géospatiales—utilisé par le GPS, l’aviation, les cartes marines et la plupart des cartes web. En aviation, les normes de l’OACI exigent des coordonnées référencées au WGS84 pour toutes les données officielles.

Latitude

La latitude mesure la position d’un point au nord ou au sud de l’équateur, le long d’un méridien. Les valeurs vont de 0° à l’Équateur à +90° (Pôle Nord) ou −90° (Pôle Sud). Les lignes de latitude constante sont appelées parallèles.

La latitude peut être exprimée en DMS ou en degrés décimaux, en utilisant la notation N/S ou positive/négative. Par exemple, la latitude de l’Hôtel de Ville de New York est 40° 42′ 45″ N ou +40,7125°.

Déterminée historiquement par observation astronomique, la latitude est aujourd’hui mesurée le plus souvent par GNSS/GPS. Les normes précisent le nombre de décimales à rapporter selon l’importance opérationnelle.

La latitude géodésique (utilisée en cartographie et navigation) est l’angle entre le plan équatorial et la normale à l’ellipsoïde de référence au point considéré.

Longitude

La longitude mesure la position d’un point à l’est ou à l’ouest du méridien d’origine, le long du plan équatorial. Les valeurs vont de 0° à Greenwich à +180° à l’est ou −180° à l’ouest. Les lignes de longitude constante sont appelées méridiens, qui convergent aux pôles.

La longitude s’exprime en DMS ou en degrés décimaux, en utilisant la notation E/O ou positive/négative. Par exemple, la longitude de l’Hôtel de Ville de New York est 74° 0′ 23″ O ou −74,006389°.

La détermination de la longitude nécessitait historiquement une mesure temporelle précise ; aujourd’hui, le GNSS/GPS fournit une longitude mondiale de haute précision. Les normes modernes spécifient la longitude géodésique pour la cohérence et la sécurité.

Méridien d’origine

Le méridien d’origine (longitude 0°) est la ligne de référence mondiale pour la mesure de la longitude, passant par Greenwich, en Angleterre. Officiellement adopté en 1884, il a remplacé divers méridiens historiques (Ferro, Paris, etc.) utilisés dans les anciennes cartes.

Le méridien d’origine est fondamental pour définir le système de coordonnées géographiques et est utilisé dans toute la navigation, la cartographie et la définition de l’espace aérien. Les réalisations modernes (ex. : Méridien de référence de l’IERS) sont géodésiquement rattachées à des réseaux mondiaux pour une précision submétrique.

Équateur

L’équateur est le grand cercle de latitude 0°, divisant la Terre en hémisphères nord et sud. Il est perpendiculaire à l’axe de rotation de la Terre et passe par le centre de masse de la planète.

L’équateur est l’origine de la mesure de la latitude et il est essentiel pour les calculs géodésiques, les études climatiques et la navigation. Sa réalisation précise dans les réseaux géodésiques assure la cohérence de la cartographie et du positionnement mondiaux.

Coordonnée verticale

Une coordonnée verticale spécifie l’altitude ou la profondeur par rapport à une surface de référence (datum vertical) :

• Hauteur ellipsoïdale (h) : Hauteur au-dessus de l’ellipsoïde de référence (utilisée en GPS).
• Hauteur orthométrique (H) : Hauteur au-dessus du niveau moyen de la mer (NMM), le long de la ligne de fil à plomb.
• Hauteur du géoïde (N) : Séparation entre l’ellipsoïde et le géoïde (surface approchant le NMM).

Le choix de la coordonnée verticale et du datum dépend de l’application (ex. : aviation, levé, ingénierie). Les normes exigent la référence explicite au datum vertical et à la méthode de mesure pour la précision et la sécurité.

Datum

Un datum est une surface de référence (modèle mathématique) utilisée pour mesurer et spécifier des emplacements. Il définit l’origine, l’orientation et l’échelle d’un système de coordonnées. Il existe deux principaux types :

• Datum horizontal : Pour la latitude et la longitude (ex. : NAD27, NAD83, WGS84).
• Datum vertical : Pour les altitudes (ex. : NAVD88, EGM96/EGM2008).

Le choix du datum est crucial—des datums différents produisent des valeurs de coordonnées différentes pour un même point. Toutes les données de coordonnées doivent comporter une spécification explicite du datum pour l’interopérabilité et la précision.

Pour aller plus loin

• Annexe 4 de l’OACI : Cartes aéronautiques
• Annexe 15 de l’OACI : Services d’information aéronautique
• Normes de l’Association internationale de géodésie (AIG)
• Normes de métadonnées du Federal Geographic Data Committee (FGDC)
• Normes USGS de précision cartographique nationale

Tableau récapitulatif : Termes clés

Conclusion

Les coordonnées géographiques et les notions associées—latitude, longitude, datum, système de coordonnées et système de référence—sous-tendent toute la cartographie, la navigation et l’analyse spatiale modernes. L’adoption des normes actuelles (telles que le WGS84 et les exigences de l’OACI), la spécification des datums et la compréhension de ces concepts sont essentielles pour la précision géospatiale, la sécurité et l’interopérabilité entre disciplines.