Toute donnée géographique repose sur un mode de localisation précis : c'est ce qui fait son originalité par rapport à une simple donnée statistique. Ce chapitre présente les fondements de cette localisation — géoïde, ellipsoïde, datum — indispensables pour éviter les erreurs de projection qui décalent une couche de plusieurs kilomètres sur le terrain.
1. La forme réelle de la Terre : le géoïde
La Terre n'est ni une sphère parfaite ni un ellipsoïde régulier : sa surface réelle, irrégulière, est approchée par le géoïde, défini comme la surface équipotentielle du champ de pesanteur terrestre qui coïncide en moyenne avec le niveau moyen des mers au repos, prolongée fictivement sous les continents. Le géoïde matérialise la véritable « horizontale » en tout point du globe et sert de référence pour les altitudes : une altitude est mesurée par rapport au géoïde, non par rapport à un ellipsoïde mathématique.
2. L'ellipsoïde de référence
Le géoïde, de forme complexe, est difficile à utiliser directement pour les calculs. On lui substitue un ellipsoïde de révolution, surface mathématique régulière définie par un rayon équatorial et un aplatissement aux pôles, qui approche au mieux la forme du géoïde. Plusieurs ellipsoïdes ont été calculés au fil de l'histoire, à l'échelle locale ou mondiale ; le plus utilisé aujourd'hui à l'échelle mondiale, notamment par le GPS, est associé au système WGS84. L'ellipsoïde sert de surface de référence géométrique pour exprimer la latitude et la longitude.
3. Le datum géodésique
Un datum (ou système géodésique) associe un ellipsoïde de référence à un point d'ancrage précis sur le géoïde et à une orientation dans l'espace, fixant ainsi la position de l'ellipsoïde par rapport à la Terre réelle. Deux datums construits sur des ellipsoïdes différents, ou orientés différemment, donnent des coordonnées différentes pour un même point au sol : c'est la cause la plus fréquente des décalages spectaculaires observés lorsqu'une couche SIG est chargée dans le mauvais système. On distingue les datums locaux, optimisés pour une région (souvent hérités des levés géodésiques coloniaux), et les datums géocentriques globaux comme le WGS84, dont l'origine est proche du centre de masse de la Terre.
4. Réseau géodésique et nivellement
Concrètement, un datum est matérialisé sur le terrain par un réseau géodésique : un ensemble de points de coordonnées connues avec une grande précision (bornes, pyramides géodésiques), obtenues historiquement par triangulation puis aujourd'hui par positionnement satellitaire. Ce réseau horizontal fournit les positions planimétriques (latitude, longitude), tandis qu'un réseau de nivellement distinct fournit les altitudes rattachées au géoïde. Tout levé topographique ou toute donnée SIG doit, en théorie, être rattaché à ce réseau national pour être cohérent avec les autres données du territoire.
5. La géodésie : une science de la mesure de la Terre
La géodésie est la science qui étudie la forme, les dimensions et le champ de pesanteur de la Terre, et qui établit les systèmes de référence permettant de localiser un point avec précision. Elle fournit à la géomatique les fondements théoriques — géoïde, ellipsoïde, datum, réseau géodésique — sans lesquels aucune donnée géographique ne pourrait être positionnée de façon fiable ni comparée à une autre.
Surface équipotentielle du champ de pesanteur terrestre, coïncidant en moyenne avec le niveau des mers ; référence des altitudes.
Surface mathématique régulière (ellipsoïde de révolution) qui approche la forme du géoïde et sert de support géométrique aux coordonnées.
Association d'un ellipsoïde de référence à un point d'ancrage et à une orientation précis, fixant sa position par rapport à la Terre réelle.
| Notion | Nature | Sert de référence pour |
|---|---|---|
| Géoïde | Surface physique irrégulière (pesanteur) | Les altitudes |
| Ellipsoïde | Surface mathématique régulière | La forme géométrique de la Terre |
| Datum | Ellipsoïde + point d'ancrage + orientation | Les coordonnées géographiques (latitude, longitude) |
Géoïde, ellipsoïde et datum à ne pas confondre
- Le géoïde, surface équipotentielle de pesanteur proche du niveau des mers, est la référence des altitudes.
- L'ellipsoïde de référence est une approximation mathématique régulière du géoïde, support des coordonnées.
- Le datum associe un ellipsoïde à un point d'ancrage et une orientation ; deux datums différents donnent deux jeux de coordonnées différents pour un même point.
- WGS84 est le système géodésique géocentrique de référence mondiale, utilisé notamment par le GPS.
- Un réseau géodésique horizontal (positions) et un réseau de nivellement (altitudes) matérialisent le datum sur le terrain.
Sache définir sans les confondre géoïde, ellipsoïde et datum : c'est la question la plus posée sur ce chapitre. Un exercice classique consiste à expliquer pourquoi une même couche de données peut apparaître décalée de plusieurs kilomètres sur une carte lorsqu'elle est affichée dans le mauvais datum, alors que le SIG ne signale parfois qu'un simple message d'erreur.