Exercice 1 : Coordonnées géographiques : latitude, longitude, altitude
Avant de savoir comment une position se calcule, il faut savoir comment elle s'écrit. Trois nombres suffisent, et chacun a son piège.
- a) Définissez la latitude et la longitude, en précisant pour chacune l'origine et l'intervalle de valeurs. Laquelle des deux est la plus facile à mesurer, et pourquoi ?
- b) Convertissez en degrés décimaux la latitude 45° 30' 18'' Nord, au dix-millième de degré près. Détaillez la conversion.
- c) Montréal est à environ 45,50° Nord et 73,57° Ouest. Écrivez ces coordonnées en degrés décimaux SIGNÉS, dans la convention où le Nord et l'Est sont positifs. Quelle erreur classique cette convention permet-elle d'éviter ?
- d) Deux points ont la même latitude mais des longitudes qui diffèrent de 1°. Deux autres ont la même longitude et des latitudes qui diffèrent de 1°. Ces deux couples sont-ils à la même distance ? Justifiez sans calcul.
- e) Une altitude est donnée « au-dessus du géoïde » ou « au-dessus de l'ellipsoïde ». Expliquez la différence en une phrase et dites pourquoi un récepteur GPS affiche parfois une altitude surprenante.
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Réponses
- a) Latitude : angle depuis l'équateur, de à . Longitude : angle depuis Greenwich, de à . La latitude est la plus facile
- b)
- c) : la convention évite le signe oublié, qui projette le point en Asie centrale
- d) Non, sauf à l'équateur : un degré de longitude est un arc de parallèle, et les parallèles rétrécissent
- e) L'ellipsoïde est lisse, le géoïde suit la pesanteur ; le GPS calcule sur l'ellipsoïde, d'où jusqu'à trente mètres d'écart
a) La latitude est l'angle entre le plan de l'équateur et la direction du lieu vu depuis le centre de la Terre : son origine est l'équateur et elle varie de au pôle Sud à au pôle Nord. La longitude est l'angle, mesuré dans le plan équatorial, entre le méridien du lieu et le méridien de référence de Greenwich : elle varie de à . La latitude est de très loin la plus facile à mesurer, parce que la hauteur du Soleil à midi ou celle de l'étoile Polaire la donnent directement, avec un simple instrument de visée. La longitude, elle, exige de comparer l'heure locale à l'heure d'un méridien de référence, donc de transporter une horloge exacte : c'est le problème qui est resté ouvert jusqu'au XVIIIe siècle.
b) Une minute d'angle vaut un soixantième de degré et une seconde un trois-mille-six-centième. Donc . Le contrôle immédiat : la partie décimale doit rester inférieure à 1, et 30 minutes doivent donner exactement un demi-degré. Une conversion qui produirait trahit une lecture de la notation comme un nombre décimal, erreur qui coûte toute la question.
c) La latitude Nord est positive, donc . La longitude Ouest est négative, donc . Les coordonnées signées de Montréal sont . Cette convention évite l'erreur classique du signe oublié, qui projette le point à la même latitude mais en Asie centrale, à plus de dix mille kilomètres. Toutes les bases de données géographiques stockent des valeurs signées, jamais des lettres N, S, E, O.
d) Non, ils ne sont pas à la même distance, sauf exactement à l'équateur. Un degré de latitude correspond toujours au même arc de méridien, puisque tous les méridiens sont des grands cercles de même rayon. Un degré de longitude, en revanche, correspond à un arc de PARALLÈLE, et les parallèles rétrécissent quand on s'éloigne de l'équateur : à Montréal, un degré de longitude vaut nettement moins qu'un degré de latitude. C'est la raison géométrique pour laquelle les cartes déforment autant les hautes latitudes.
e) L'ellipsoïde est une surface mathématique lisse qui approche la forme de la Terre ; le géoïde est la surface d'équilibre des mers, qui suit les irrégularités du champ de pesanteur et s'écarte de l'ellipsoïde de plusieurs dizaines de mètres. Un récepteur GPS calcule naturellement une altitude par rapport à l'ELLIPSOÏDE, alors que les cartes donnent des altitudes par rapport au géoïde : sans correction, l'écart affiché peut atteindre trente mètres et surprendre l'utilisateur, sans qu'aucune erreur de mesure soit en cause.