L’INFORMATION GEOGRAPHIQUE

L’information géographique tient une place centrale dans les activités de la Cellule d’Analyse Spatiale sur l’Environnement (CASE). Toute donnée est dite géographique à partir du moment où elle est localisée dans l’espace par des coordonnées géographiques.

Les données prennent en compte l’emprise spatiale des objets géographiques qui sont caractérisés par un certain nombre de thèmes qui sont appelés attributs.
Les informations jouent un rôle privilégié dans la constitution de la carte.

MODELE CONCEPTUEL DE DONNEES

On entend par modèle conceptuel de données (MCD) une méthode de structuration des données reposant sur des entités et leurs relations. Pour pouvoir les mettre en œuvre on utilise diverses méthodes comme la méthode HBDS (Hypergraph Based Data Structure). Elle se fonde sur la théorie des graphes constituée de classes, d’objets, d’attributs et de liens, et la théorie des ensembles où l’on retrouve un concept d’ensembles, d’éléments, de propriétés et de relations. Cette modélisation, mise au point pour répondre à des problèmes posés par la digitalisation de cartes géologiques, est particulièrement adaptée pour traiter l’information géographique.

Une classe est un ensemble d'éléments appelés objets. Plusieurs classes peuvent être regroupées dans une hyperclasse. Les objets de cette classe sont caractérisés par des attributs. Les objets d'une classe peuvent être en relation avec des objets de la même classe ou d'autres classes grâce à la notion de lien. Un lien entre classes est potentiel (il peut ne pas être réalisé pour certains objets). Un lien entre classes n’entraine pas nécessairement de liens entre les objets de ces classes.

La structuration de l’information selon HBDS permet d’introduire les notions de voisinage, de proximité, de continuité, contiguïté et adjacence afin d’appréhender l’organisation et la structuration des phénomènes dans l’espace.
On obtient comme résultat une représentation synthétique de la réalité composée d’éléments simples. La géodatabase, modèle physique (traduction logicielle) du SIG, repose sur cette modélisation.

écosystème marais

SYSTEME D’INFORMATION GEOGRAPHIQUE (SIG)

Le système d’information présente l’organisation de l’information à partir de laquelle vont être structurée les données. Il existe autant de Système d’Information qu’il existe de problématiques.

La force du SIG vient de la capacité qu’a le système à intégrer et traiter simultanément des informations de natures et structures diverses.

PROJECTIONS

La projection est l’action permettant de traduire la surface de la Terre en surface plane (la carte).
La Terre est assimilable à une sphère imparfaite ; sa modélisation mathématique est appelée géoïde. L’éllipsoïde est la forme géométrique régulière qui se rapproche le plus du géoïde. La particularité de celui-ci est d’être calculé à partir d’un point précis à hauteur duquel géoïde et éllipsoïdes sont confondus. Il existe des éllipsoïdes locaux et mondiaux.
La projection est un procédé permettant de faire correspondre les points d’un ellipsoïde aux points d’un plan. Cette opération engendre des déformations de géométrie (angles et surfaces) des objets cartographiés.

Plusieurs systèmes de projections existent. Ceux-ci sont classés suivant des paramètres d’altération et de géométrie du système.
En fonction des buts recherchés et de l’emprise géographique, on distingue :
- Les projections conformes qui conservent les angles. Plus on s’éloigne du point de contact entre éllipsoïde et le plan, plus les déformations sont importantes.
- Les projections équivalentes qui conservent les surfaces (mais pas les angles et les longueurs). Plus on s’éloigne du point de contact entre éllipsoïde et le plan, plus les déformations sont importantes.
- Les projections aphylactiques qui ne conservent ni les angles, ni les surfaces. Ce type de projection tente de compenser au mieux les différentes altérations.

LE FUR A. (2004), Pratiques de la cartographie, Armand Colin, 96 p

Les propriétés des surfaces de projection que l’on souhaite conserver, engendrent, elles aussi, des types de transformation particulières, comme :
- Les projections azimutales. Le plan de projection est tangent à la sphère (Terre) au point de contact.
- Les projections cylindriques. La projection de la sphère se fait sur un cylindre tangent ou sécant.
- Les projections coniques. La projection s’effectue sur un cône tangent ou sécant. La projection conique conforme Lambert utilisée en France fait partie de ce type de projection.

Source : BEGUIN M. & PUMAIN D (2003),
Représentation des données géographiques : statistiques et cartographie, Armand Colin, Paris, 191p

DONNEES

Le SIG est alimenté par un certain nombre de données spatiales, thématiques et temporelles.
Chaque donnée est unique (dans sa composition et son mode de création) est doit être accompagnée par son dictionnaire : les métadonnées.
Trois modes de représentation sont utilisés : mode matriciel (couramment appelé mode raster), mode vectoriel et mode TIN (réseau de triangles irrégulier), chacun jouant un rôle bien particulier.
Le premier résulte du découpage d’informations selon un maillage régulier composé d’entités élémentaires appelées pixels. Chaque pixel peut posséder un ou plusieurs items (comme la couleur, l’altitude, …). Ce mode est essentiel pour réaliser des analyses spatiales permettant de mettre en œuvre des modélisations et/ou des simulations spatiales à l’aide des méthodes d’algèbre de carte.
Le mode vecteur, quant à lui, structure les données sous forme d’arcs représentant les limites de l’objet géographique. Cet objet est décrit par un ensemble de plusieurs items
Tandis que les deux premiers modes servent à structurer des phénomènes en 2D, le mode TIN lui est utilisé lorsque le phénomène est caractérisé en 3D.
Ces structures sont topologiques car elles tiennent compte de la continuité, contiguïté, proximité et adjacence des objets.

CARTE

Selon l’Association Cartographique Internationale « une carte est une image codifiée de la réalité géographique, représentant une sélection d’objets ou de caractéristiques, relevant de l’effort créateur de son auteur par les choix opérés, et destinée à être utilisée lorsque les relations spatiales ont une pertinence essentielle. » Cette définition prévôt au niveau international.*
La rédaction cartographique des objets géographiques répond à des règles strictes de rédaction : l’ensemble de ces règles est appelé sémiologie graphique.
Il existe deux familles de cartes : thématiques et topographiques.
La carte comporte quelques éléments indispensables à sa bonne lecture :

SEMIOLOGIE GRAPHIQUE

La sémiologie graphique, c’est le langage du cartographe. Tout élément de la carte est une représentation ou modélisation de phénomènes physiques, biologiques, sociologiques, etc. Son utilisation repose sur des codes précis.

Les caractéristiques des graphismes sont appelées variables rétiniennes ou visuelles.
Elles sont au nombre de 7 :
- Forme (type de représentation de l’objet, géométrique ou par symbole)
- Taille (longueur, hauteur, surface ou volume du figuré)
- Couleur (propriétés chromatiques de l’objet)
- Valeur (rapport entre quantité de noir et de blanc)
- Texture (éléments graphiques ponctuels, tiretés, etc. remplissant la surface de l’objet représenté)
- Grain (variation de taille de la texture sans modification du ratio noir/blanc)
- Orientation (direction du symbole par rapport à l’axe de base de la carte)
D’autres éléments comme la généralisation ou le traitement graphique des données (matrice de Bertin) sont aussi pris en compte par la sémiologie.

VARIABLE VISUELLE	EXEMPLE	DESCRIPTION
Forme		Variable servant à différentier des objets, phénomènes… Les possibilités sont infinies.
Taille		En théorie, la variation de taille d’un objet traduit une relation de proportionnalité.
Couleur		Permet d’évoquer une idée : bleu pour l’eau, vert pour la forêt, etc. La couleur est aussi utilisée pour représenter un caractère ordonné alors qu’il faudrait utiliser un dégradé d’une même couleur.
Valeur		Traduction d’un caractère ordonné avec une différentiation maximale de 6007 valeurs.
Texture		Différentiation de caractères qualitatifs. Elle joue le même rôle que la couleur pour transcrire une information et peut être avantageusement combinée avec cette dernière.
Grain		Variable qualitative assez limitée à cause d’une différentiation de maximale de 3004 valeurs.
Orientation		Permet de différentier les objets sans pour autant traduire une variable qualitative ou quantitative.

D’après : http://students.depaul.edu/~dsantill/info/bertins.html

GPS

Le terme GPS vient de l’anglais Global Positioning System, qui signifie littéralement système de positionnement global. Il s’agit d’un procédé, développé par l’armée des Etats-Unis d’Amérique dans les années 1970, permettant de se positionner grâce à des satellites.
Les satellites (non-géostationnaires puisqu’ils effectuent près de deux fois le tour de la Terre chaque jour) se comportent comme des emetteurs. Les ondes radio ainsi envoyées sont reçues par un appareillage spécifique, le recepteur GPS.
Celui-ci calcule, à des pas de temps réguliers, la distance qui le sépare des satellites desquels il reçoit un signal. Cette mesure est effectuée en calculant le temps mis par le signal (fréquence 1,5 GHz) pour aller du satellite au récepteur. Le facteur temps est donc primordial pour ce système de positionnement, c’est pourquoi des horloges extrêmement précises sont utilisées : horloges atomiques. Le moindre décalage de synchronisation des horloges embarquées à bord des satellites engendre une imprécision pour le positionnement terrestre.
La trilatération est la méthode permettant de connaître avec précision la position du recepteur GPS. Contrairement à la triangulation qui s’appuie sur des mesures d’angles, la trilatération prend en considération des distances.

Trois satellites sont necessaires pour connaître les positions en X, Y et Z. Un satellite supplémentaire est indispensable pour coordonner les horloges des emetteurs. Malgré cela, plusieurs erreurs peuvent survenir, à cause
· des effets des couches atmosphériques qui perturbent les ondes radio lors de leur arrivée vers la surface de la Terre,
· des dérèglements des horloges atomiques,
· des modifications d’orbites,
· déviations des trajets par réflexion sur des objets : arbres, bâtiments, etc.
· mauvaise géométrie des satellites (la répartition des satellites dans le ciel est représentée par le PDOP).
Certains récepteurs GPS permettent d’obtenir une plus grande précision grâce au mode différentiel.
Ce mode de réception s’appuie sur un principe simple de comparaison entre les coordonnées "absolues" d’une station GPS fixe (dont on connaît avec précision l’emplacement) et les coordonnées données à un instant T par le système GPS. L’erreur peut ainsi être quantifiée avec précision.