- Les applis de cartographie donnent l’impression de reposer sur l’hypothèse d’une surface terrestre immobile, mais en réalité, à cause de la tectonique des plaques et des séismes, les coordonnées et l’alignement des images peuvent continuellement se décaler.
- Le géoréférencement du GPS grand public et des images aériennes ou satellitaires produit chacun des erreurs de plusieurs mètres, et des travaux sur les images haute résolution de Google Earth ont aussi confirmé des erreurs de positionnement de 1 à 50 m.
- Aux États-Unis, le système géodésique NAD 83 utilisé pour l’arpentage coexiste avec le WGS 84 du GPS et de Google Maps, et l’écart entre les référentiels locaux et le référentiel global s’accumule avec le temps.
- Dans des régions situées sur une limite de plaques comme le sud de la Californie, la mise à jour des coordonnées est plus complexe, et après un séisme, le relief réel — routes, littoraux, etc. — peut se déplacer de plusieurs mètres.
- Les mises à jour cartographiques dépendent des budgets, des pratiques de mesure et de la précision des équipements, ce qui rend leur répercussion immédiate difficile ; plus une carte est ancienne, plus elle révèle nettement que la Terre est une planète dynamique.
Des cartes sur une surface en mouvement
- Les lieux à la surface de la Terre n’ont pas de coordonnées parfaitement fixes, à cause de la tectonique des plaques et des séismes.
- Pour que Google Maps, les GPS embarqués et les autres services cartographiques puissent guider les utilisateurs vers leur destination, les coordonnées des lieux doivent rester continuellement précises.
- Géographes, géologues et géodésiens exploitent l’infrastructure qui maintient la précision des cartes, mais il est difficile de suivre en permanence et instantanément un terrain en mouvement.
- Cet écart peut apparaître sur la carte à l’écran sous forme d’erreurs de position visibles.
Les erreurs issues du GPS et de l’alignement des images
- Ken Hudnut explique que même en se tenant avec un récepteur GPS au beau milieu d’un carrefour, on peut apparaître dans Google Earth décalé par rapport au centre de l’intersection.
- Les causes des erreurs se répartissent essentiellement en deux catégories.
- Le matériel GPS grand public présente une incertitude de position de plusieurs mètres, voire davantage.
- Les cartes et les images satellitaires peuvent aussi être décalées à une échelle comparable selon la qualité du géoréférencement utilisé pour les caler sur la grille latitude-longitude.
- Une étude de 2008 a examiné des images Google Earth de 31 villes de pays développés et trouvé des erreurs de positionnement de 1 à 50 m.
- Dans un exemple vérifié directement par l’auteur, Google Maps plaçait la terrasse derrière sa maison avec environ 10 m d’écart, et en comparant dans Google Earth des images prises à des dates différentes, la maison semblait bouger jusqu’à 20 m.
- Ces erreurs viennent en général moins des changements géologiques eux-mêmes que de la difficulté à superposer des images aériennes ou orbitales sur une grille de coordonnées.
Repères géodésiques et marques d’arpentage
- Pour aligner les images cartographiques sur une grille de coordonnées, il faut des points de référence installés au sol.
- Le National Geodetic Survey (NGS) des États-Unis entretient un réseau de stations GPS fixes et, depuis deux siècles, a posé des repères d’arpentage sous forme de disques métalliques sur des affleurements rocheux, des piliers en béton et d’autres structures fixes.
- Le processus qui consiste à faire correspondre les cartes au terrain réel n’est pas parfait.
- Les coordonnées des repères d’arpentage peuvent être imprécises.
- Certaines coordonnées peuvent même être totalement erronées.
- Le NGS et d’autres organismes ne revérifient les repères que très rarement.
- Faute de budget, le NGS a du mal à envoyer du personnel vérifier sur place que les repères existent toujours, et les geocachers, qui les recherchent comme loisir et envoient des rapports, aident à maintenir à jour les informations sur leur récupération.
NAD 83 et WGS 84
- Le datum, c’est-à-dire la grille latitude-longitude, n’est pas quelque chose de naturellement donné : c’est un référentiel de coordonnées qu’il faut fixer à un modèle de la forme de la Terre.
- Les États-Unis utilisent conjointement deux grands datum.
- NAD 83 : développé par le NGS et optimisé pour la plupart des cartes et des relevés topographiques en Amérique du Nord.
- WGS 84 : maintenu par des organismes militaires, utilisé par Google Maps et le GPS, avec une priorité donnée à l’échelle mondiale.
- Le NAD 83 a remplacé le système de 1927 et a été introduit le 6 décembre 1988 ; en raison d’un modèle plus précis de la forme de la Terre, les coordonnées de certains lieux ont changé jusqu’à 100 m.
- D’anciennes cartes fondées sur le NAD 27 subsistent encore.
- Quand la marine américaine a développé dans les années 1960 le premier système de navigation par satellite, elle a extrapolé l’ancien référentiel nord-américain pour fixer le méridien de 0 degré ; on a découvert plus tard que ce méridien était tracé environ 100 m à l’est du repère historique du méridien d’origine de l’Observatoire royal de Greenwich.
Référentiel global et référentiel attaché à une plaque
- Le NGS et les autorités militaires ont coopéré pour aligner leurs datum respectifs, mais les deux systèmes ont ensuite de nouveau divergé, créant des écarts entre les cartes et les coordonnées GPS.
- Le WGS 84 est un standard mondial qui n’est attaché à aucune plaque tectonique particulière et qui, en pratique, est fixé aux profondeurs internes de la Terre.
- Pour séparer latitude et longitude du mouvement d’une plaque donnée, les géodésiens supposent que les plaques bougent comme des engrenages emboîtés et que la somme de toutes les vitesses de rotation est nulle.
- Si l’on n’attache pas les coordonnées à une plaque précise, les positions mesurées et les cartes construites à partir d’elles divergent avec le temps.
- À l’inverse, le NAD 83 se déplace comme un filet posé sur la plaque nord-américaine : quand la plaque bouge, le datum suit.
- Ce type de datum régional permet aux conducteurs et aux géomètres de se repérer et de travailler sur les limites foncières sans avoir à se soucier constamment des grands mouvements de plaques ou du mouvement des pôles.
Le décalage cumulé du NAD 83 et le plan de mise à jour de 2022
- Le NAD 83 n’a pas été entièrement refondu pour intégrer les connaissances améliorées sur la forme et la taille de la Terre.
- Selon Dru Smith, le NAD 83 est cohérent et précis en interne, mais les coordonnées (0,0,0), qui devraient se trouver au centre de la Terre, sont décalées d’environ 2 m.
- En facilitant le travail des géomètres, la grille latitude-longitude de l’Amérique du Nord s’éloigne progressivement du reste du monde.
- Le NGS prévoyait une mise à jour en 2022, qui devait déplacer de plus d’1 m les points du continent nord-américain.
Les régions sur une limite de plaques, comme le sud de la Californie
- Le sud de la Californie se trouve à cheval sur la plaque nord-américaine et la plaque pacifique, ce qui rend plus complexe l’écart avec le « reste du monde ».
- La plaque pacifique se déplace vers le nord-ouest de quelques pouces par an par rapport au reste de la plaque nord-américaine.
- La limite entre les plaques n’est pas une ligne nette, si bien que le déplacement réel varie de façon complexe selon les endroits.
- Le California Spatial Reference Center de La Jolla exploite un réseau de stations et met périodiquement à jour les coordonnées des points de référence dans l’État.
- La dernière mise à jour date de 2018.
- Les géomètres utilisent ces coordonnées pour rattacher leurs mesures au NAD 83.
- Yehuda Bock estime que des coordonnées qui changeraient trop souvent compliqueraient le travail des géomètres ; des mises à jour périodiques constituent donc un compromis.
- Ce n’est peut-être pas un gros problème pour le bornage local, mais des projets de grande ampleur comme le train à grande vitesse de Californie doivent suivre les mouvements tectoniques.
Les traces laissées par les séismes sur les cartes
- Un séisme peut produire un déplacement qui revient à couper une carte en diagonale le long d’une faille, puis à pousser un côté par rapport à l’autre.
- Près de l’épicentre du séisme de Landers de 1992, au nord de Palm Springs, aux coordonnées 34.189838, -116.433842, on peut comparer dans Google Earth des images anciennes et voir le déplacement latéral le long de la faille.
- En comparant une image de juillet 1989 avec une image de mai 1994, l’alignement d’Aberdeen Road de part et d’autre de la faille change visiblement.
- Le terrain près de la faille s’est déplacé de plusieurs mètres lors du séisme.
- Les réseaux GPS peuvent aussi détecter les séismes en temps réel.
- Une visualisation produite à partir des données du séisme de Tohoku de 2011 montre le littoral près de l’épicentre se déplacer horizontalement jusqu’à 4 m, tandis que l’onde se propage à travers le Japon et le reste du monde.
La vitesse de mise à jour des cartes et les contraintes réelles
- Il faut du temps pour que les corrections liées à l’activité tectonique soient répercutées dans les cartes.
- Le National Geospatial Technical Operations Center de l’USGS produit les cartes topographiques USGS utilisées par les amateurs d’activités de plein air, et ces cartes sont mises à jour tous les 3 ans.
- Il était difficile de maintenir ce rythme de trois ans dans un contexte de coupes budgétaires.
- On considère souvent que les petites erreurs accumulées entre deux mises à jour sont noyées dans les imprécisions de la cartographie et des équipements GPS.
- La technologie GPS a atteint un niveau qui permet d’appliquer plus fréquemment de petites corrections, et les cartes pourraient à l’avenir être mises à jour à un rythme proche du temps réel.
- Les cartes anciennes montrent que la Terre n’est pas un décor immobile, mais une planète dynamique en mouvement permanent.
1 commentaires
Avis sur Hacker News
Pour référence, la NASA dispose de données sur les vecteurs de déplacement mondiaux : https://sideshow.jpl.nasa.gov/post/series.html
Séisme de Kaikōura de 2016 : https://en.wikipedia.org/wiki/2016_Kaik%C5%8Dura_earthquake
Si l’on cherche une norme plus claire, il existe l’International Terrestrial Reference System and Frame : https://en.m.wikipedia.org/wiki/International_Terrestrial_Re...
Les meilleurs systèmes de référence utilisés aujourd’hui sont rattachés à une année précise de ce système, c’est-à-dire à un cadre de référence défini par une epoch
Par exemple, le GDA2020 australien est basé sur l’ITRF2014 à l’epoch 2020.0, tandis que l’ancien GDA94 était basé sur l’ITRF1992 à l’epoch 1994.0. L’écart entre les deux est d’environ 1,8 m
https://www.ga.gov.au/scientific-topics/positioning-navigati...
Il y a déjà eu des discussions sur des soumissions similaires :
What Happens to Google Maps When Tectonic Plates Move? https://news.ycombinator.com/item?id=22146454 (25 janvier 2020 — 2 points, 0 commentaire)
What happens to Google Maps when tectonic plates move? https://news.ycombinator.com/item?id=22145303 (24 janvier 2020 — 188 points, 53 commentaires)
What Happens to Google Maps When Tectonic Plates Move? https://news.ycombinator.com/item?id=12216474 (3 août 2016 — 2 points, 0 commentaire)
Si l’on veut creuser davantage les référentiels géodésiques dans le monde, il existe un site dédié : https://www.asprs.org/asprs-publications/grids-and-datums
On peut y voir l’histoire des référentiels de nombreux pays et le chemin qui les a menés à leur état actuel. C’est une lecture austère, mais en même temps assez passionnante
L’un des aspects que j’aime dans ce domaine, c’est son histoire. Le processus par lequel les humains ont cherché à mieux comprendre la forme du monde, puis à mieux la mesurer pour l’adapter à des cartes planes, est fascinant
Comme l’auteur n’a pas parlé avec Google, lire cet article ne permet pas de savoir comment Google s’y prend réellement
Je me demandais comment OpenStreetMap gérait ça ; apparemment, au moins pour le poisson d’avril, ils le font ainsi : https://blog.openstreetmap.org/2017/03/31/osm-plate-tectonic...
Si quelqu’un en sait plus, ce serait bien qu’il partage :-)
Édit : ah, c’était un billet de poisson d’avril. Cela dit, ça semblait quand même réalisable
Ce n’est pas mentionné dans l’article, mais je me demande comment, en Californie du Sud, les coordonnées des limites de propriété sont enregistrées en tenant compte du déplacement
Dans notre pays, où la tectonique des plaques est relativement stable, on utilise un système de coordonnées unique pour tout le territoire
J’imagine qu’il faudrait les enregistrer comme des distances depuis des points de référence locaux, mais je me demande aussi ce qui se passe lorsqu’un déplacement fend une route en deux, comme en Turquie l’an dernier
https://nationalpost.com/news/world/turkey-syria-earthquake-...
Dans la plupart des États américains, le Public Land Survey System fournit des « meridians » et des « baselines » qui servent de centres régionaux. À partir de là, un nouveau « township » est créé tous les 6 miles, et ses angles servent de points de référence locaux pour les limites de propriété
https://en.wikipedia.org/wiki/Public_Land_Survey_System
J’imagine souvent un cadre de SF où, dans des millions d’années, une humanité sous une forme encore reconnaissable aurait survécu d’une manière ou d’une autre, et où deux plaques aux végétations naturelles et faunes totalement différentes se rapprocheraient l’une de l’autre
Par exemple, si la Californie, avec ses nombreux défenseurs des plantes indigènes, et l’Australie se retrouvaient à moins de 50 miles l’une de l’autre, les journaux commenceraient à expliquer qu’il ne faut pas transférer de plantes ni d’animaux d’un côté à l’autre. En dessous de 20 miles, le vent et les tempêtes en auraient déjà transporté une partie, mais les populations des deux côtés pourraient encore résister. Au moment du premier contact réel, un immense traité qui changerait l’avenir de ce monde pourrait même entrer en vigueur sous la contrainte
Ou bien on pourrait simplement construire une clôture, interdire l’habitat sur les côtes et maintenir indéfiniment cette frontière continentale artificielle
Chaque génération adopte de nouvelles valeurs, et quand une génération disparaît, ces valeurs disparaissent aussi. La tectonique des plaques est si lente que la réalité serait sans doute bien plus ennuyeuse que cette histoire de SF. Les centaines de milliers d’années pendant lesquelles deux régions restent « assez proches » suffiraient largement pour que les deux populations passent des centaines de fois par des phases d’intégration et de conflit
https://www.independent.com/2011/01/15/how-eucalyptus-came-c...
C’est un cadre intéressant à explorer en fiction, mais il n’a aucune chance de devenir réalité
Je me souviens avoir utilisé un GPS Garmin portable dans les années 2000 pour aller de Los Angeles à Berkeley
Le compteur de vitesse de la voiture était cassé, donc je pouvais aussi m’en servir comme compteur pendant le voyage, mais la position affichée sur la carte était constamment décalée d’environ 50 pieds. Avec le recul, je me demande si c’était dû au mouvement des plaques ou simplement à l’imprécision de l’appareil
Quand je repense à cette voiture, c’est fou à quel point c’était une épave, mais comme c’était une décapotable, elle était quand même amusante. Ma femme, elle, la voyait comme un piège mortel
Il y a une dizaine d’années, je faisais beaucoup de canyoning et de bushwalking dans les Blue Mountains, près de Sydney, en Australie, et je laissais mon Garmin GPSMAP allumé même pendant les trajets en voiture. Sur plus de 20 sorties, les portions où l’on roulait sur la même route de montagne se recoupaient, mais les traces ne se superposaient pas. Elles étaient toutes lisses et suivaient bien la courbure de la route, mais chacune avait un décalage différent, généralement de 2 à 5 m par rapport aux données cartographiques. La médiane de ces plus de 20 traces correspondait très bien aux données de la carte
On apprend quoi faire quand la voiture surchauffe, à changer un pneu, à remplacer un fusible, à distinguer l’odeur d’huile brûlée de celle du liquide de refroidissement, à démarrer avec des câbles et à appeler une dépanneuse. Ce sont des compétences de vie importantes
À peu près à la vitesse à laquelle poussent les ongles
https://oceanservice.noaa.gov/facts/tectonics.html
Il y a environ 9 ans, à l’université, je m’étais renseigné sur le sujet, et quelques faits intéressants me sont restés
Les changements de position ne sont pas dus uniquement au déplacement horizontal des plaques
WGS 84 et d’autres référentiels utilisent en interne un modèle d’ellipsoïde de référence. Cet ellipsoïde est choisi pour approximer la surface terrestre, mais sa forme simple ne rend pas bien compte des montagnes ni des irrégularités de la forme de la Terre
Par conséquent, non seulement la précision de la position en montagne est plus faible, mais elle devient aussi moins exacte au fil du temps à mesure que la montagne s’élève. Bien sûr, ces valeurs sont très faibles et ne pèsent pas lourd face à une plaque qui se déplace de quelques centimètres
Autre fait intéressant : comme la Terre tourne autour d’un axe fixe, l’ellipsoïde devient lui aussi moins exact avec le temps. La force de rotation aplatit la Terre en haut et en bas, c’est-à-dire aux pôles, et l’élargit au milieu. Là encore, j’imagine que c’est négligeable
Aujourd’hui, il me semble que les ellipsoïdes sont mesurés par satellite, mais autrefois il fallait le faire à la main, et c’était beaucoup plus local. La cartographie a toujours été très importante pour les gouvernements, et il y a donc beaucoup d’histoire derrière tout cela
C’est pourquoi, encore aujourd’hui, les données de nombreux endroits reposent sur des systèmes autres que WGS84. Il peut s’agir de données historiques, comme les limites de propriété antérieures à l’invention du GPS, ou de référentiels et d’ellipsoïdes locaux mieux adaptés aux besoins d’un pays ou d’un État donné
Un jour, on utilisera peut-être une gigantesque table de correspondance mondiale au lieu d’une représentation mathématique de la forme de la Terre
Mon travail à l’université consistait à comparer une grille de correspondance couvrant toute l’Allemagne avec l’approche mathématique d’un référentiel couvrant toute l’Allemagne. Cette grille de correspondance avait été produite par des administrations régionales et pouvait intégrer des référentiels plus locaux, ce qui la rendait plus précise. Techniquement, on peut voir cela comme un précalcul où chaque Land choisit la méthode la plus précise, puis où les résultats sont fusionnés dans une table de correspondance nationale
Cette comparaison montrait que l’écart entre le référentiel national allemand et l’ensemble des référentiels des Länder pouvait atteindre 4 m
Modification : j’ai retiré le mot « imprécision » et l’ai remplacé par « écart ». Tout est relatif. L’essentiel est que, lorsqu’on manipule des données géographiques, il faut connaître le référentiel source et le référentiel cible. Sinon, tout casse