Géodésie et nivellement

Catalogue de l'offre professionnelle

Catalogue de l'offre professionnelle

IGN Magazine 86

Géodésie et nivellement

Science de la détermination de la forme, des dimensions et du champ de gravité de la Terre, la géodésie est à la base de toute localisation absolue d’objets dans l’espace. L’IGN a pour mission de concevoir et de constituer une infrastructure géodésique cohérente avec les systèmes internationaux, et d'assurer la gestion du système national de référence géographique, gravimétrique et altimétrique qui constitue le socle légal de toute géolocalisation.

La géodésie

L’activité géodésique consiste à déterminer très précisément les coordonnées géographiques (latitude, longitude) d’un ensemble de points de référence, et, pour certains d’entre eux, associer une valeur de pesanteur ainsi qu’une information sur leur altitude et/ou leur hauteur.

Les réseaux ainsi constitués jouent un rôle essentiel dans l’aménagement des territoires. Ils servent en tout premier lieu à l’établissement de la cartographie, qui est ensuite utilisée pour la mise en place des équipements : infrastructures routières, voies ferrées, réseaux hydrographiques, ouvrages d’art…

L’arrivée des constellations de satellites de type GPS a amélioré la précision et la rapidité des déterminations ; l’installation au sol de stations permanentes permet une meilleure localisation absolue des territoires au sein d’une même référence mondiale.

Les chiffres clés de 2015

Un référentiel national de cohérence internationale

Le réseau GNSS permanent (GNSS : Global Navigation Satellite System), dénommé RGP, est formé d’un ensemble de stations gérées par une communauté de partenaires professionnels et mesurant en continu les signaux des satellites de géolocalisation. La plupart de ces stations sont aujourd’hui multi-systèmes et traitent les données des satellites GPS (Etats-Unis), Glonass (Russie) et déjà pour certaines, Galileo (Europe), voire Beidou (Chine). Toutes les données produites sont publiques et permettent un accès sûr à la référence géodésique nationale.

L’IGN joue un rôle de fédérateur auprès des contributeurs au réseau. Il est responsable de la diffusion et de l’archivage de l’ensemble des données collectées ainsi que de la mise en référence des stations composant le réseau.

Les déterminations spatiales continues du RGP permettent de maintenir une référence nationale, le RGF93, compatible avec les standards internationaux ; le RGF93 est ainsi parfaitement assimilable à la référence européenne ETRS89 pour le territoire métropolitain.

Au cœur de la géodésie internationale

Centre de combinaison de l’International GNSS Service (IGS), l’IGN fournit des solutions géodésiques hebdomadaires aux professionnels du monde entier qui utilisent le système international de référence ITRS.

Station GNSS du réseau REGINA à Tahiti
Station GNSS du réseau REGINA à Tahiti

Dès l’origine du système DORIS, l’IGN s’est porté partenaire du Centre national d'études spatiales (CNES) pour la mise en place des stations du système, clé du positionnement des satellites d’observation de la Terre. Cette collaboration se poursuit avec un nouveau projet de couverture GNSS mondiale qui comptera 30 nouvelles stations de réception : le projet REGINA.

La gravimétrie

La géodésie s’intéresse également au champ de pesanteur terrestre.

Le terme gravimétrie désigne une méthode de mesure et d’étude des variations du champ de pesanteur.

Globalement, l’accélération de pesanteur vaut à peu près 9.8 m/s² à la surface de la Terre, mais cette valeur varie selon l’endroit, en raison par exemple de l’aplatissement du globe au pôle ou de la répartition hétérogène des différentes masses avoisinantes (montagnes, fosses…). Elle varie également de façon temporelle en raison des phénomènes de marée, des mouvements dus à la tectonique des plaques ou encore de la fonte des glaces.

Les mesures gravimétriques sont importantes pour une meilleure connaissance du géoïde, pour la surveillance des mouvements verticaux et donc une meilleure connaissance de la composante altimétrique des réseaux de référence.

Le nivellement

L'altitude d'un point est la coordonnée par laquelle on exprime la distance verticale de ce point à une surface de référence appelée géoïde.

Pour réaliser un modèle de géoïde, on peut convenir par exemple, qu'il contient un point particulier : le niveau moyen de la mer enregistré par un marégraphe pendant une période donnée. Le zéro du nivellement français continental a ainsi été déterminé grâce aux observations faites au marégraphe totalisateur de Marseille entre 1885 et 1897.

Un entretien efficace du réseau de nivellement

La France est couverte d’un réseau de quelques centaines de milliers de repères de nivellement, difficile à maintenir.

Nivellement sur l'île de Sein
Nivellement sur l'île de Sein

Un nouveau modèle d’entretien, fondé sur les techniques spatiales et dénommé ERNIT (Entretien du Réseau de NIvellement par les Triplets), a donc été défini : il consiste à mettre en place des triplets de repères opportunément répartis sur le territoire, puis à les contrôler et à les entretenir avec une périodicité de 12 ans, afin de satisfaire toute exigence en matière de nivellement.

La recherche liée aux références verticales

Sur le territoire continental, le système de référence vertical officiel français NGF/IGN69 est basé sur des observations de nivellement et de gravimétrie faites dans les années 60. Dès 1970, l’existence d’un important biais nord-sud du système NGF/IGN69 a été soupçonnée. C’est une des raisons pour lesquelles l’IGN a décidé d’établir un réseau de nivellement dénommé NIREF (nivellement de référence).

Ce réseau, qui s’étend limitativement à la France continentale, est composé de traverses de nivellement de grande précision dont les extrémités sont des marégraphes ou des réseaux de nivellement de pays limitrophes. Il réalise une référence altimétrique à usage scientifique la plus exacte possible, compte tenu des connaissances scientifiques et techniques.

La métrologie

Grâce à l’utilisation d’instruments de grande qualité et de procédés de mesures et de calculs rigoureux, les techniques de géodésie permettent l’établissement de réseaux de référence locaux. On parle alors de métrologie.

Travaux spéciaux au pont de Brotonne
Travaux spéciaux au pont de Brotonne

Une de ses premières applications est le suivi dans le temps des mouvements ou des déformations d’ouvrages d’art (ponts, stades, immeubles, édifices...) ou de zones sensibles (sites de stockage souterrain, zones d’affaissement, de glissement…) à différentes fréquences, voire en continu, par automatisation des acquisitions et des traitements. La métrologie assure aussi la cohérence géométrique des projets de génie civil ou industriels, comme le Laser Mégajoule, en mettant en place les référentiels indispensables.

Ces techniques de métrologie géodésique, couplées à des acquisitions d’images de plus en plus performantes, sont en pleine expansion.

Une métrologie de haute technicité

Le département des travaux spéciaux de l’institut conçoit et met en œuvre des techniques métrologiques de haute technicité tant en termes d’acquisition de mesures que de calculs. Grâce à son expertise reconnue en France comme à l’étranger, il répond aux demandes les plus variées et développe des procédés innovants en s’appuyant notamment sur les laboratoires de recherche de l’IGN.

L'information géodésique

L’Information géodésique regroupe diverses activités qui concourent principalement à la documentation, à la mise à jour en continu et à la diffusion de données et de produits géodésiques sous diverses formes. Cette unité est en charge du maintien et de la mise à jour de la base de données géodésique (BDG) et de la dématérialisation d’archives.

On y assure la diffusion sur Internet des fiches signalétiques des 70 000 sites géodésiques et des 380 000 repères de nivellement français. On y maintient également l’actualité des informations délivrées sur le site de la géodésie de l'IGN. En 2013, une démarche d’intégration des réseaux extérieurs à l’IGN est initiée, dans un contexte général coopératif de partage des données publiques.

La diversité des systèmes géodésiques utilisés en France et dans le monde contraint nombre d’utilisateurs de données géographiques à des transformations de coordonnées. Le département met à disposition, sur Internet, des algorithmes de calcul ainsi que les logiciels Circé qui permettent, de manière pratique et rapide, de convertir les coordonnées de tout point du territoire national dans les systèmes usités en France.

L’activité documentaire gère et archive des données de production et historiques de la géodésie française depuis plus de deux siècles, constitué de 1 500 m d’archives linéaires à Saint-Mandé et d’un millier de caisses entreposées à Villefranche-sur-Cher. En outre, des prestations spécifiques sont réalisées sur demande, telles que des extractions de la BDG, des calculs de distance géodésique, des calculs GPS ou de mise en référence de réalisations locales.

Télécharger la plaquette La géodésie à l’IGN, pdf de 4,7 Mo

Mis à jour le 
19/07/2016