Système géodésique - Définition

Introduction

Un système géodésique est un système de référence permettant d'exprimer les positions au voisinage de la Terre.

Définition

Système de coordonnées cartésiennes

Un système géodésique est, initialement, un repère tridimensionnel défini par :

• son centre O (choisi à proximité du centre de gravité terrestre)
• trois axes orthonormés Ox, Oy et Oz, définis par leur orientation. Ox et Oy se trouvent pratiquement dans le plan équatorial terrestre, et Oz est orienté approximativement suivant l'axe de rotation terrestre.

Dans un système géodésique ainsi défini, un point est localisé par ses coordonnées cartésiennes, exprimées par trois valeurs (X, Y, et Z) relatives aux trois axes du repère.

Les données spatialisées sont rarement stockées sous cette forme, mais on peut avoir recours à ce système de données cartésiennes pour convertir des données d'un système géodésique à un autre.

Système géodésique par ellipsoïde

La plupart des systèmes reposent sur un ellipsoïde de révolution conventionnel (choisi de manière à approcher le géoïde) dont les paramètres de définition sont généralement :

• son centre O
• son demi grand axe a
• son coefficient d'aplatissement f

Système de coordonnées géodésiques

Dans un système géodésique ainsi défini, un point est localisé par ses coordonnées géographiques (ou géodésiques), exprimées en valeurs angulaires par la latitude L, la longitude G, et la hauteur géodésique h mesurée suivant la normale à l'ellipsoïde (h est petit à proximité de la surface terrestre).

Systèmes géodésiques modernes

Les techniques spatiales ont permis de définir des systèmes géodésiques "mondiaux" ou "globaux", en combinant les méthodes d'orbitographie précise de satellites, et des mesures d'angles ou de distances (ou plutôt, de temps de propagation de signaux) entre ces satellites et des points du globe ; le "réseau" géodésique est désormais virtuel, et ce sont les éléments orbitaux des satellites et les positions des stations de trajectographie qui définissent désormais le système géodésique. Le premier système géodésique ainsi défini a été le WGS 72 (World Geodetic System 72), associé aux satellites américains TRANSIT.

Contrairement aux systèmes géodésiques classiques, bidimensionnels (la position n'était connue dans ces systèmes que par ses deux coordonnées horizontales, la coordonnée verticale étant donnée dans un autre système de référence, dit... horizontal !), les systèmes globaux sont tridimensionnels.

Historique

Historiquement, les systèmes géodésiques étaient déterminés à partir de mesures angulaires et de quelques mesures de longueur. Un système géodésique était associé à un réseau géodésique, ensemble de points dont les coordonnées avaient été déterminées à partir des mêmes mesures de base.

La constitution d'un réseau géodésique comprenait alors les étapes suivantes :

• détermination par mesures astronomiques (astrolabe ou instrument équivalent) de la position d'un point, dit "point fondamental", et d'une direction de référence en ce point (orientation)
• mesure très précise d'une longueur (dite "base"), généralement à l'aide d'une référence de longueur en fil invar
• expansion à l'aide de mesures angulaires horizontales (triangulation à l'aide de théodolites) à partir de ces éléments (points de base, longueur de base) : le réseau de points ainsi déterminés constituait le "réseau d'ordre 1"
• ce réseau pouvait être ensuite densifié progressivement localement par triangulation : le "réseau d'ordre 2" s'obtenait à partir d'angles mesurés depuis des points d'ordre 1, etc.

Il y avait autant de systèmes géodésiques (dits "locaux") que de réseaux déterminés indépendamment : un par pays, généralement, et souvent un par île.