Altitude
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L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base.

L'altitude est aussi une grandeur qui exprime un écart entre un point donné et un niveau moyen ; sur Terre ce niveau est le plus souvent le niveau de la mer (Le niveau de la mer est la hauteur moyenne de la surface de la mer, par rapport à un niveau de référence adéquat.) (ou " niveau zéro "). Les sommets sont associés à une altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la répartition de la vie...), calculée par divers moyens indirects (géodésie, triangulation). L'altitude est également une donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction, d'un...) exogène utile pour le calcul numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et...) dans divers domaines : météorologie (La météorologie a pour objet l'étude des phénomènes atmosphériques tels que les nuages, les précipitations ou le vent dans le but de comprendre comment ils se forment et évoluent en fonction...), physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...), biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de...).

Effets de l'altitude

Certains champs physiques varient en fonction de l'altitude : diminution de la pression atmosphérique (La pression atmosphérique est la pression de l'air en un point quelconque d'une atmosphère.) variation de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie...), des rayonnements solaires et de l'hygrométrie notamment. On note aussi des réactions particulières des organismes face à ces nouvelles conditions, particulièrement chez les végétaux, mais aussi chez les animaux.

Plutôt que d'effets de l'altitude, il conviendrait de parler de variations liées à l'élévation, car l'altitude est une donnée brute qui n'a aucune conséquence par elle-même. Il faut distinguer deux types d'effets :

  • les changements brutaux et ponctuels dû à l'élévation rapide ;
  • les adaptations de moyen et long termes des organismes en altitude.

Les premiers effets sont spectaculaires et bien connus des alpinistes ; les seconds sont moins percutant et affectent aussi bien les hommes que l'écosystème dans lesquels ils vivent ou voyagent.

Variations de champs physiques

Température

La variation de la température selon l'altitude dépend de l'endroit où l'on se situe dans l'atmosphère : troposphère (La troposphère est la partie de l'atmosphère terrestre située entre la surface du globe et une altitude d'environ 8 à 15 kilomètres, selon la latitude et la saison. Elle est plus épaisse à l'équateur qu'aux pôles. La...), stratosphère (La stratosphère est la seconde couche de l'atmosphère terrestre, se situant au-dessus de la troposphère et sous la mésosphère. Les températures atteintes dans l'atmosphère sont stratifiées, c'est-à-dire que les couches...), mésosphère (La mésosphère est la couche de l'atmosphère terrestre comprise entre 50 km d'altitude, au-dessus de la stratosphère et 90 km d'altitude. La frontière avec la couche supérieure s'appelle la mésopause.) ou encore la thermosphère (La thermosphère est la couche d'atmosphère terrestre qui se situe au-dessus de la ionosphère. Elle commence à l'altitude de 90-100 km.).

Pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) atmosphérique

Elle diminue avec l'altitude de manière exponentielle (La fonction exponentielle est l'une des applications les plus importantes en analyse, ou plus généralement en mathématiques et dans ses domaines d'applications. Il existe plusieurs définitions équivalentes : un...). Au niveau de la mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) elle vaut 1 atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) (soit 760 mmHg soit 1013,25 mb) alors qu'à 1 000 m elle ne vaut plus que 674 mmHg, à 4 800 m 416 mmHg et à 8 848 m 236 mmHg.

Adaptation du corps à l'altitude

Réponse à court terme (quelques jours)

Chez l’homme les effets de l’altitude sont principalement dus à la diminution de la pression partielle en oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) dans l’air inspiré, et à la baisse de température. En effet, au repos, ces éléments causent à court terme une hyperventilation, augmentation de la ventilation, une tachycardie, augmentation de la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot fréquence...) cardiaque, ainsi qu'une diurèse (élimination d'une partie du volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) plasmatique (plasma sanguin) destiné à augmenter la proportion de globule rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) dans le sang).

Réponses à long terme (plusieurs semaines)

À plus long terme (à partir de 3 semaines environ), on observe une augmentation importante du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de globules rouges (hématocrite) permettant un transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par...) de l’oxygène accru dans le sang (Le sang est un tissu conjonctif liquide formé de populations cellulaires libres, dont le plasma est la substance fondamentale et est présent chez la plupart...). Ceci est la conséquence d'un pic d'EPO dans les premiers jours d'exposition à l'hypoxie d'altitude. La Vo2 max (consommation maximale d'oxygène) baisse en fonction de l’altitude, ainsi, à 0 mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis...) (au niveau de la mer), l’homme est à 100% de ces possibilités, alors qu’à 4 810 mètres (sommet du Mt blanc) il ne peut en disposer que de 70% et seulement 20% à 8 848 mètres (sommet de l'Everest).

L'effet " augmentation de la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) de globules rouges " est particulièrement recherché par certains sportifs, c'est la raison majeure de l'organisation (Une organisation est) de stage (Un stage est le plus souvent une période de formation, d'apprentissage ou de perfectionnement qui dure quelques jours à plusieurs mois dans un lieu adapté :) en altitude, parfois à plus de 3 000 mètres ; toutefois cette polyglobulie peut entraîner, en certains cas un excès de globules rouges, la formation de caillots sanguins peut alors obstruer les veines et causer une thrombose veineuse profonde (phlébite) qui peut entraîner la mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si on a pu parler de la mort dans un sens cosmique plus général, incluant par...). La concentration en globules rouges (hématocrite) du sang des personnes vivant à haute altitude (Bolivie, Pérou, Tibet) est naturellement plus élevée.

Peut-on vivre à 4 000 mètres d'altitude ?

Un exemple : les habitants de Potosi en Bolivie andine sont perchés à 4 040 m. Ils sont tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) à fait habitués à ces conditions : leur sang est plus riche en globules rouges qui acheminent l'oxygène jusqu'aux organes. Par contre, pour les visiteurs, c'est un peu plus compliqué. L'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines des...) et l'oxygène se raréfiant, leur capacité physique se réduit de 30 à 40 % en dépit de l'accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique, plus précisément en cinématique, l'accélération est une grandeur...) cardio-respiratoire. Il faut environ deux semaines d'adaptation. Entretemps, le visiteur peut souffrir du "mal aigu des montagnes" : maux de tête, nausées, oedèmes, ...

Calcul de l'altitude

Le calcul d'une altitude revient toujours à mesurer un écart entre un niveau de départ et le point (Graphie) dont on souhaite trouver l'élévation par rapport à ce niveau (dénivelé). Ce calcul est le plus souvent indirect, c'est-à-dire qu'il est effectué sans mesures sur le terrain. Les géomètres qui mesurent des distances mènent à l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x =...) des calculs directs, mais ces méthodes sont difficiles à mettre en œuvre pour des écarts de plusieurs centaines de mètres ou de plusieurs kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en...), qui plus est dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du vieillissement, suivi de son...) vertical (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en accords plaqués.) et avec un relief (Le relief est la différence de hauteur entre deux points. Néanmoins, ce mot est souvent employé pour caractériser la forme de la surface de la Terre.) chaotique.

Impossibilité de définir correctement l'altitude

Contrairement au bon sens, il est très difficile de définir le concept d'altitude.

Tout d'abord il faudrait définir ce qu'est le niveau de base.

Il était d'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) de considérer comme niveau de base le niveau moyen des mers, qui est une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) difficile à mettre en équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de leur identité. Résoudre l'équation consiste à déterminer toutes les façons de donner à certaines...); c'est une surface qui bouge en fonction d'éléments astronomiques comme la lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La distance moyenne...) ou les planètes (phénomène de marée), qui n'est pas une surface équipotentielle (à cause entre autres des courants et de la variation de salinité), donc n'est pas assimilable au géoïde terrestre, et qui de toute façon n'existe pas à la verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.) d'un lieu terrestre donné.

La méthode ancienne, qui consiste à cheminer entre le niveau moyen de la mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) et un lieu donné en mesurant à chaque fois la différence de niveau dh, est mathématiquement problématique, parce que le résultat dépend du chemin suivi, en d'autres termes ∫ dh n'est pas une intégrale (Une intégrale est le résultat de l'opération mathématique, effectuée sur une fonction, appelé intégration. Une intégrale est donc composée d'un intégrande (la fonction à intégrer) et d'un...) parfaite. En revanche, l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) à dépenser pour aller d'un point à un autre, qui est ∫ g dh , g étant la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) en chaque point, ne dépend pas du chemin suivi. L'altitude est alors calculée en mesurant régulièrement g, et en divisant la valeur obtenue par un g0 moyen, le choix de ce g0 conditionnant bien sûr le résultat.

L'arrivée du GPS a permis une autre définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) de l'altitude : la distance du point au centre de gravité (Le centre de gravité est le point d'application de la résultante des forces de gravité ou de pesanteur. Il est également le point d'intersection de tous les plans qui divisent...) de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut...) des satellites (Satellite peut faire référence à :), qui est à peu près le centre de gravité de la terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et...). Le GPS donne alors un triplet XYZ dans un repère orthonormé, et il faut projeter ce point dans un système cartographique pour obtenir l'altitude, le résultat dépendant bien sûr de la projection (La projection cartographique est un ensemble de techniques permettant de représenter la surface de la Terre dans son ensemble ou en partie sur la surface plane d'une carte.) choisie.

Méthodes pratiques

  • Le calcul de la hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) de la grande pyramide (Une pyramide (du grec pyramis) à n côtés est un polyèdre formé en reliant une base polygonale de n côtés à un point, appelé l'apex, par n faces triangulaires (n ≥ 3). En...) de Gizeh par Ératosthène est déjà une sorte de calcul d'altitude, entre le sommet du monument et le sol. La méthode utilisée, une application du fameux Théorème de Thalès (Le théorème de Thalès est un théorème de géométrie, attribué selon la légende au mathématicien et philosophe grec Thalès de Milet ; en...), a été reprise pour le calcul de l'altitude de sommets dégagés. La marge d'erreur associée est assez importante.
  • Une méthode utilisée sur le terrain et qui ne nécessite pas d'outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit...) fait intervenir la visée par approximation (Une approximation est une représentation grossière c'est-à-dire manquant de précision et d'exactitude, de quelque chose, mais encore assez...). En région montagneuse, on peut estimer qu'un sapin (Les sapins sont des arbres conifères du genre Abies originaires des régions tempérées de l'hémisphère nord. Ils font...) adulte est haut de trente mètre en moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des...). Par superposition (En mécanique quantique, le principe de superposition stipule qu'un même état quantique peut possèder plusieurs valeurs pour une certaine quantité observable (spin, position, quantité de...), on peut estimer une altitude ou un écart avec une marge d'erreur moyenne, souvent acceptable.
  • En utilisant une carte géographique (Une carte géographique est une représentation d'un espace géographique. Elle met en valeur l'étendue de cet espace, sa localisation relative par rapport aux espaces voisins, ainsi que la localisation des éléments...) et une boussole (Une boussole est un instrument de navigation constitué d’une aiguille magnétisée qui s’aligne sur le champ magnétique de la...) graduée, la méthode de la triangulation (En géométrie et trigonométrie, la triangulation est une technique permettant de déterminer la position d'un point en mesurant les angles entre ce point et d'autres points...) permet de connaître l'altitude d'un point proche.
  • L'altimètre (Un altimètre est un appareil permettant de mesurer l'altitude.) est un instrument qui mesure l'altitude en se basant sur la relation entre l'élévation et la pression atmosphérique. Cette relation n'est pas linéaire, et subit des variations non négligeables dues à l'évolution des masses d'air pendant la prise d'altitude par le marcheur qui utilise l'altimètre. C'est donc un moyen de mesure moins fiable qu'il n'y paraît : il faut veiller à étalonner aussi souvent que possible l'altimètre aux points dont l'altitude est connue. Les altimètres sont utilisés dans les ballon-sondes.

Méthodes modernes

Les mesures d'altitude par les instruments modernes sont d'une précision bien supérieure à ce qu'il est possible de faire à l'œil ou au compas. Les satellites sont mis à profit pour calculer et mettre à jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le...) les " hauteurs " des points de la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa...), sommets ou non. À la différence des méthodes terrestres qui utilisent un référentiel dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) tenant compte des variations locales du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de pesanteur (Le champ de pesanteur (ou plus couramment pesanteur) est un champ attractif auquel sont soumis tous les corps matériels au voisinage de la Terre : on observe ainsi qu'en un lieu...) (le géoïde) et donnent par là-même de véritables " altitudes ", les satellites fournissent une hauteur à partir d'un ellipsoïde (En mathématiques, un ellipsoïde est une surface du second degré de l'espace euclidien à trois dimensions. Il fait donc partie des quadriques, avec...) de référence (IAG GRS80). Les écarts entre géoïde et ellipsoïde sont variables selon le lieu et peuvent atteindre la centaine de mètres. Des modèles de géoïde peuvent cependant être intégrés dans un programme de calcul qui permet alors de retrouver les altitudes à partir des mesures satellitaires. La précision dépend alors en grande partie de la finesse du modèle.

Altitudes dans le Système international

Dans le Système international, les altitudes sont exprimées par rapport au niveau moyen de la mer en mètres, le niveau zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr, d’abord transcrit zefiro en italien) est un symbole marquant une position vide dans l’écriture des nombres en notation positionnelle.) étant fixé par un laboratoire.

En France

Pour la France (altitude des cartes IGN), il est situé à Marseille, et a été déterminé grâce à 12 années d'enregistrement de marégraphie entre 1885 et 1897.

En Suisse

Pour la Suisse, le repère de la Pierre du Niton (dans la rade de Genève) est utilisé pour toutes les altitudes et a été déterminée à 373,6 m au-dessus du niveau moyen de la mer (mesures du marégraphe (Un marégraphe est un instrument permettant de mesurer le niveau de la mer à un endroit donné.) de Marseille).

En Allemagne (RFA)

Pour l'Allemagne la cote de référence est définie depuis 1879 par la moyenne de l’échelle fluviale d’Amsterdam et porte le nom de Normal-Null NN.

En Allemagne de l'Est (RDA) depuis 1958 jusqu'à la réunification

Pour l'Allemagne de l'Est sa désignation était HN (Höhennormal) et sa cote de référence était établie à l’échelle fluviale de Kronstädt qui était plus basse de 14 cm. Cependant à Berlin-Est ainsi que sur le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets »,...) ferré de la RDA et pour les eaux navigables intérieures les cotes de référence de la RFA furent toujours appliquées.

En Autriche

Pour l'Autriche le point de référence est défini depuis 1875 au niveau moyen de la mer Adriatique (Du latin Mare Hadriaticum (ou Mare Adriaticum), la mer Adriatique doit son nom à la ville d'Adria (ou Hadria ou Atria), fondée au VIe s. av. J.-C., par les Étrusques, située jadis sur ses bords....) à Trieste en Italie, environ 27 cm en dessous du Normalnull d'Amsterdam.

En Slovénie

Pour Slovénie le point référence est aussi en Trieste, mais il est défini en 1900.

Au Canada

Le Canada utilise la hauteur du niveau moyen des océans bordant le pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas qui subsiste le plus souvent...) comme plan de référence altimétrique, de sorte que l'altitude est simplement une hauteur au-dessus de ce niveau moyen de la mer.

Sur Mars

Sur Mars, en l'absence d'océan (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé en 2004 et produit en 2009.), l'origine des altitudes a été fixée de façon arbitraire : c'est l'altitude ayant une pression atmosphérique moyenne de 615 pascals. Cette pression a été choisie parce qu'elle correspond à la pression du point triple de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) (273,16 K et 615 Pa), et que le niveau ainsi défini est proche du niveau moyen de la surface martienne.

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