Les systèmes de coordonnées de référence

Un système de coordonnées de référence, ou SCR, est un concept fondamental en système d'information géographique (SIG) car il contient tous les paramètres nécessaires pour positionner précisément un point sur une carte. Il s'agit de l'association de deux éléments distincts mais complémentaires : un système de référence terrestre (SRT) et une projection cartographique.

1. Le Système de Référence Terrestre (SRT)

Le SRT, aussi appelé système géodésique, est la première composante d'un SCR. Il sert de modèle géométrique tridimensionnel (3D) de la Terre.

• Modèle de la Terre : L'ellipsoïde : La Terre n'étant pas une forme géométrique parfaite, on utilise un ellipsoïde pour l'approcher mathématiquement. Il s'agit d'une sphère légèrement aplatie aux pôles. L'ellipsoïde de référence utilisé aujourd'hui par la plupart des pays est le GRS 1980 (Geodetic Reference System 1980), qui est quasiment identique au WGS 84 utilisé par les systèmes de positionnement par satellite comme le GPS.
• Repère 3D : Le SRT définit un repère cartésien en trois dimensions (X, Y, Z) dont l'origine est le centre de masse de la Terre. Les axes X et Y se situent dans le plan de l'équateur, et l'axe Z est confondu avec l'axe de rotation de la Terre.
• Coordonnées Géographiques : Grâce à ce modèle, on peut localiser n'importe quel point sur le globe à l'aide de coordonnées géographiques. Celles-ci sont des coordonnées angulaires exprimées le plus souvent en degrés décimaux :
  • La latitude (φ) : l'angle par rapport à l'équateur.
  • La longitude (λ) : l'angle par rapport à un méridien d'origine.
  • La hauteur ellipsoïdale (h) : la distance entre le point et la surface de l'ellipsoïde. Attention, cette hauteur n'est pas l'altitude. L'altitude (H) est calculée par rapport à une surface de référence appelée géoïde, qui correspond approximativement au niveau moyen des mers.

2. La Projection Cartographique

Le SRT permet de se localiser sur un globe en 3D, mais les cartes et les écrans d'ordinateurs sont en 2D. De plus, les coordonnées angulaires (degrés) ne permettent pas de calculer facilement des distances en mètres ou en kilomètres. La solution est la projection cartographique.

• Principe : La projection consiste à "projeter" mathématiquement une partie de la surface courbe de l'ellipsoïde sur un plan. C'est ce qui permet de créer une carte plane.
• Coordonnées Cartographiques : Cette projection transforme les coordonnées géographiques (latitude, longitude) en coordonnées cartographiques (X, Y), aussi appelées Easting (Est) et Northing (Nord). Ces nouvelles coordonnées sont exprimées en unités de distance (généralement des mètres), ce qui permet des calculs directs de distance ou de surface.
• Exemples de projections :
  • UTM (Universelle Transverse de Mercator) : Une projection cylindrique très utilisée dans le monde, qui découpe la Terre en 60 fuseaux de 6 degrés de longitude.
  • Lambert : En France, les projections coniques conformes comme le Lambert 93 sont très courantes. Elles projettent une partie du globe sur un cône.

Rôle du SCR dans un logiciel SIG

Le SCR est essentiel pour le bon fonctionnement d'un logiciel SIG.

1. Le SCR du projet : L'utilisateur définit un SCR pour son projet, c'est-à-dire pour la carte qu'il est en train de créer.
2. Le SCR de la couche de données : Chaque fichier de données (couche) possède son propre SCR, qui est fixe et défini par le producteur de la donnée.
3. La projection "à la volée" : Les logiciels SIG modernes peuvent afficher des couches ayant un SCR différent de celui du projet. Ils effectuent un recalcul en temps réel (dit "à la volée") pour afficher les données dans le système de coordonnées du projet. C'est une fonctionnalité très pratique pour l'exploration, mais pour des analyses précises (calculs de distance, de surface), il est fortement recommandé que le projet et toutes les couches utilisées partagent le même SCR.

En résumé, un SCR est la combinaison d'un modèle 3D de la Terre (le SRT) et d'une méthode de projection sur un plan (la projection). Cette combinaison permet de passer de coordonnées angulaires (latitude/longitude) à des coordonnées métriques (X/Y) sur une carte, ce qui est indispensable pour la visualisation et l'analyse spatiale dans un SIG. Par exemple, le RGF93 / Lambert-93 est un SCR où RGF93 est le SRT (le système géodésique français) et Lambert 93 est la projection.