SNT — Sciences Numériques et Technologie
La cartographie
Géolocalisation, GPS, SIG, données géographiques, OpenStreetMap
Résumé synthétiqueFiche en 5 sectionsQuiz de 10 questionsGratuit, sans pub
Résumé
Comment ton téléphone sait-il exactement où tu te trouves ? La réponse mêle espace et informatique. La géolocalisation détermine ta position sur Terre grâce au GPS, qui s'appuie sur une constellation de satellites et le principe de trilatération (souvent appelé « triangulation »). Cette position s'exprime en coordonnées géographiques : latitude, longitude, altitude. Les cartes numériques (OpenStreetMap, Google Maps) affichent le territoire en tuiles pour zoomer fluidement, et reposent sur des Systèmes d'Information Géographique (SIG) qui empilent l'information en couches : routes, bâtiments, relief. Les données peuvent être vectorielles (points, lignes, polygones) ou raster (images de pixels). Mais cartographier le monde soulève des enjeux : vie privée liée au suivi des déplacements, fiabilité des données collaboratives et souveraineté numérique face aux géants étrangers.
Le GPS (Global Positioning System) permet de connaître sa position partout sur Terre. Le principe : un récepteur capte les signaux de plusieurs satellites, mesure le temps de trajet de chacun pour en déduire les distances, puis recoupe ces distances — c'est la trilatération, souvent appelée « triangulation » dans le langage courant, bien qu'on mesure des distances et non des angles — afin de calculer un point unique.
Le récepteur capte au moins 4 satellites et calcule sa position (latitude, longitude, altitude) par trilatération (recoupement des distances).
- GPS : système de géolocalisation par une constellation d'une trentaine de satellites.
- Trilatération : le récepteur recoupe les distances à au moins 4 satellites pour se situer en 3D.
- Pourquoi 4 et pas 3 : le quatrième sert à corriger l'horloge du récepteur (précision du temps).
- Précision du GPS civil : environ 5 à 10 mètres en plein air.
- Autres systèmes : GLONASS (Russie), Galileo (Europe), BeiDou (Chine).
- En intérieur, le Wi-Fi et les antennes-relais complètent le GPS, qui passe mal les murs.
Exemple
Une application de course à pied trace ton parcours en enregistrant ta position GPS toutes les secondes. En forêt dense ou entre de hauts immeubles, le tracé devient imprécis : les signaux satellites sont masqués ou réfléchis.
Piège à éviter
Le GPS ne sait pas où tu es : il ne fait qu'émettre des signaux. C'est ton récepteur qui calcule la position. L'idée reçue d'un satellite « qui te suit » est fausse — le système est à sens unique, du satellite vers toi.
Pour désigner un lieu sans ambiguïté, on utilise un système de coordonnées universel. Deux angles suffisent à placer n'importe quel point à la surface de la Terre : la latitude et la longitude, complétées par l'altitude pour la hauteur.
- Latitude : position Nord/Sud par rapport à l'équateur, de $-90°$ (pôle Sud) à $+90°$ (pôle Nord).
- Longitude : position Est/Ouest par rapport au méridien de Greenwich, de $-180°$ à $+180°$.
- Altitude : hauteur du point par rapport au niveau de la mer.
- Tout point du globe correspond à un seul couple (latitude, longitude).
- L'équateur ($0°$ de latitude) et le méridien de Greenwich ($0°$ de longitude) servent de références.
Exemple
La tour Eiffel se situe à environ $48{,}86°$ de latitude Nord et $2{,}29°$ de longitude Est. Ces deux nombres suffisent à la placer précisément sur n'importe quelle carte du monde.
Piège à éviter
Ne confonds pas latitude et longitude : la latitude mesure le Nord/Sud (par rapport à l'équateur), la longitude l'Est/Ouest (par rapport à Greenwich). Les inverser envoie le point à l'autre bout du globe.
Une carte numérique n'est pas une simple image : c'est un assemblage de couches d'information superposées, géré par un Système d'Information Géographique (SIG). On peut afficher ou masquer chaque couche, et surtout analyser les données géographiques, pas seulement les regarder.
- SIG : outil informatique pour stocker, analyser et visualiser des données géographiques.
- Principe de couches : superposition de thèmes (routes, bâtiments, relief, végétation, population).
- Données vectorielles : points, lignes et polygones décrivant des objets précis (un arbre, une route, un quartier).
- Données raster : images de pixels (photos satellites, cartes scannées).
- Applications : urbanisme, environnement, gestion des risques (inondations), transports.
Exemple
Pour étudier un risque d'inondation, un SIG superpose la couche relief, la couche cours d'eau et la couche bâtiments : on voit alors quelles habitations sont en zone basse près de la rivière.
Piège à éviter
Vectoriel et raster ne sont pas interchangeables : le vectoriel (points/lignes/polygones) reste net à tous les zooms et se calcule, le raster (pixels) se pixellise quand on l'agrandit trop. Choisir le bon type dépend de l'usage.
Afficher la Terre entière dans un téléphone exige une astuce : le tuilage. La carte est découpée en petites dalles chargées à la demande selon le zoom. Côté données, le projet OpenStreetMap propose une alternative libre et collaborative aux cartes propriétaires.
- OpenStreetMap (OSM) : projet collaboratif et libre de cartographie, fondé en 2004.
- Tuilage : la carte est découpée en dalles chargées selon le niveau de zoom et la zone affichée.
- Contribution participative : chacun peut ajouter ou corriger des données (commerces, chemins).
- Calcul d'itinéraire : des algorithmes comme Dijkstra trouvent le plus court chemin dans le réseau routier.
- Formats de données géographiques : GeoJSON, KML, Shapefile.
- Carte ≠ territoire : une carte est toujours une modélisation simplifiée de la réalité.
Exemple
Quand tu zoomes sur une carte en ligne, de nouvelles tuiles plus détaillées se chargent à la place des précédentes : c'est pourquoi l'image apparaît parfois « par morceaux ». Sur OSM, un contributeur peut ajouter un nouveau commerce que tout le monde verra ensuite.
Piège à éviter
Une carte n'est jamais « la réalité » : elle simplifie, sélectionne et peut dater. Sur OpenStreetMap, des erreurs ou du vandalisme sont possibles car les données sont collaboratives — utiles mais à vérifier.
Savoir où se trouve chacun en permanence n'est pas anodin. La cartographie numérique apporte d'immenses services, mais concentre aussi des questions de vie privée, de dépendance et de fiabilité qu'il faut savoir poser.
- Vie privée : la géolocalisation permet de suivre les déplacements des individus.
- Souveraineté numérique : dépendance envers des services étrangers (ex. : Google Maps) pour des données stratégiques.
- Fiabilité : les données collaboratives peuvent contenir des erreurs ou être vandalisées.
- Accessibilité : les cartes numériques facilitent l'orientation des personnes en situation de handicap.
- Un même outil peut rendre service et surveiller : tout dépend de l'usage et du consentement.
Exemple
Une application qui propose des publicités pour des magasins « près de chez toi » exploite ta position en continu. Pratique, mais cela revient à transmettre l'historique de tes déplacements à une entreprise.
Piège à éviter
Désactiver le GPS ne suffit pas toujours à devenir invisible : la position peut être estimée via le Wi-Fi et les antennes-relais. Croire qu'on est totalement anonyme « GPS coupé » est une idée reçue.
Quiz - La cartographie
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Questions fréquentes
Les points clés à retenir sur La cartographie, extraits du quiz de révision.
Combien de satellites GPS faut-il au minimum pour calculer une position en 3D ?
Réponse :
4
Il faut au moins 4 satellites : trois pour la position (latitude, longitude, altitude) et un quatrième pour corriger l'horloge du récepteur, essentielle à la mesure des temps de trajet.
Que signifie le sigle SIG ?
Réponse :
Système d'Information Géographique
SIG = Système d'Information Géographique : un outil pour stocker, analyser et visualiser des données géographiques organisées en couches.
Qu'est-ce qu'OpenStreetMap ?
Réponse :
Un projet collaboratif et libre de cartographie
OpenStreetMap (2004) est un projet collaboratif et libre : les utilisateurs ajoutent et corrigent eux-mêmes les données cartographiques, librement réutilisables.
La latitude mesure :
Réponse :
La position Nord/Sud par rapport à l'équateur
La latitude donne la position Nord/Sud par rapport à l'équateur, de $-90°$ (pôle Sud) à $+90°$ (pôle Nord). C'est la longitude qui mesure l'Est/Ouest.
Les données vectorielles en cartographie représentent les objets par :
Réponse :
Des points, lignes et polygones
Les données vectorielles utilisent des points, lignes et polygones. Elles restent nettes à tous les zooms, contrairement aux données raster (pixels) qui se pixellisent.
Quel système européen de géolocalisation par satellite est une alternative au GPS ?
Réponse :
Galileo
Galileo est le système européen de navigation par satellite. GLONASS est russe et BeiDou chinois ; Copernicus est un programme d'observation de la Terre, pas un système de positionnement.
Le tuilage d'une carte numérique consiste à :
Réponse :
Découper la carte en dalles chargées à la demande
Le tuilage découpe la carte en dalles (tuiles) chargées selon le zoom et la zone affichée. Cela permet un affichage rapide et fluide à toutes les échelles.
Quel algorithme est couramment utilisé pour le calcul d'itinéraire ?
Réponse :
L'algorithme de Dijkstra
L'algorithme de Dijkstra trouve le plus court chemin dans un graphe pondéré (le réseau routier), ce qui en fait l'outil de base des calculs d'itinéraires.
Quel enjeu majeur est directement lié à la géolocalisation ?
Réponse :
Le respect de la vie privée (suivi des déplacements)
La géolocalisation permet de suivre les déplacements des individus, ce qui pose un enjeu majeur de vie privée. La position peut même être estimée par Wi-Fi/antennes, GPS coupé.
Le format GeoJSON sert à :
Réponse :
Représenter des données géographiques (points, lignes, polygones)
GeoJSON est un format ouvert basé sur JSON qui décrit des données géographiques (points, lignes, polygones) et leurs propriétés. KML et Shapefile jouent un rôle similaire.