Quelles sont les sciences cartographiques?

Les sciences cartographiques sont la géodésie, l’arpentage, la photogrammétrie, la télédétection, les systèmes d’information géographique (SIG), le système mondial de localisation (GPS) et, bien sûr, les mathématiques et les statistiques. Dans les années récentes, le multimédia et la réalité virtuelle se sont joints à l’expérience cartographique. Ces disciplines sont toutes séparées, possèdent des caractéristiques communes et partagent une relation avec la cartographie. En fait, quelques-unes ont même leur propre composante cartographique. Une connaissance élémentaire de ces disciplines est une part essentielle de l’éducation d’un cartographe moderne.

Géodésie

La géodésie est une science très spécialisée qui s’applique à déterminer la forme et la grosseur de la Terre – non pas le sol mais le géoïde, c’est-à-dire la surface définie par le niveau moyen de la mer – et à établir un cadre de points dont la localisation est connue très précisément en terme de latitude et de longitude. Ces résultats sont obtenus par deux différentes façons soit par l’étude du champ gravitationnel de la Terre et en effectuant des opérations d’arpentage de très grande précision. Il fut un temps où ce travail était effectué entièrement sur le terrain, mais maintenant, on se sert plutôt d’observations satellitaires. La géodésie joue un rôle fondamental en cartographie puisque pour bâtir une carte il est nécessaire de connaître la taille et la forme de la Terre ainsi que les points de références de sa surface.

Arpentage

Si la géodésie est moins connue de la population en général, l’arpentage est plutôt l’opposé puisque la plupart des gens ont déjà vu des arpenteurs travaillant dans les rues de leur ville utilisant des tachéomètres, des niveaux et des appareils de mesure des distances. Il existe plusieurs facettes de l’arpentage incluant les levés d’étude (effectués lors des projets de construction), les levés cadastraux (pour déterminer les limites de propriétés), les levés hydrographiques (pour décrire les plans d’eau), et les levés miniers (pour déterminer les caractéristiques souterraines). La relation entre l’arpentage et la cartographie est très proche car le produit final de l’arpenteur est souvent une carte. Une autre facette de l’arpentage – soit les levés topographiques – a pour seul but la production d’une carte. L’arpentage, comme la cartographie, a subi des changements majeurs lors des dernières années, mais ces changements ne sont cependant pas aussi drastiques que ceux apportés par le système mondial de localisation (GPS).

Système mondial de localisation (GPS)

Une constellation de vingt-quatre satellites opérés par le U.S. Department of Defense forme le système mondial de localisation. Ce système permet aux arpenteurs de déterminer la localisation au sol de façon très précise en utilisant un récepteur portable et ce, dans n’importe quelles conditions météorologiques. Le GPS a révolutionné la pratique de l’arpentage en très peu de temps. Aujourd’hui, la position d’un endroit à la surface de la Terre peut être déterminée avec une précision d’un centimètre. L’information standard fournie par un receveur GPS est le calcul de la latitude et de la longitude d’un endroit donné et ces coordonnées peuvent être portées sur une carte.

Photogrammétrie

Le mot photogrammétrie signifie littéralement mesurer avec la lumière et son but principal est la production de cartes topographiques à partir de photographies aériennes. La photogrammétrie fut dans les années 1930 une révolution technique pour les levés topographiques. Avant cette époque, les cartes topographiques (cartes à grande échelle produites sur papier montrant les caractéristiques naturelles et culturelles d’un paysage) étaient produites selon les méthodes traditionnelles de levés sur le terrain. Même si les levés sur le terrain sont encore nécessaires, la plupart des détails sur ces cartes – les rivières, les côtes, les routes, les édifices, les courbes de niveaux, etc. —sont maintenant dessinés à partir des photographies aériennes. Le travail est effectué par un opérateur de traceur photogrammétrique, une machine complexe qui permet de tracer les caractéristiques des paysages à partir d’un model tridimensionnel de la surface de la Terre créé par l’étude de photos aériennes en stéréoscopie. En photogrammétrie moderne, les mouvements du traceur, ou les repères stéréoscopiques, sont traduits directement sous forme numérique permettant ainsi de dessiner la carte automatiquement.

Télédétection

La télédétection, discipline émergeant des années 1960, est l’obtention d’information au sujet de la surface terrestre au moyen de capteurs transportés par avions et par satellites. Quoique cette discipline soit nouvelle, la forme originale de télédétection, soit la photographie aérienne, date du 19e siècle et les techniques d’interprétation de photos aériennes ont été développées depuis longtemps. Tous les types de télédétection impliquent la mesure de l’énergie électromagnétique réfléchie, ou irradiée, par la surface de la Terre. De plus, les caméras photographiques (qui captent la lumière visible) sont accompagnées de d’autres appareils de télédétection captant les plus grandes longueurs d’onde. Des exemples de ces appareils sont les analyseurs thermiques qui captent les bandes infrarouges et les systèmes radar captant les micro-ondes. Les informations obtenues peuvent être représentées sous forme d’image (comme une photographie) ou sous forme numérique. Une des applications les plus fascinantes de la télédétection est le traitement des données numériques multi-spectrales (données obtenues simultanément dans plusieurs gammes d’ondes) afin de produire des cartes de couverture terrestre. Une autre application devenant de plus en plus importante est le mappage d’images c’est-à-dire l’incorporation d’images de télédétection, rehaussées de procédés informatiques, dans la carte-même. La télédétection, surtout celle faite à partir de l’espace, est une source majeure de données cartographiables et joue un rôle clé dans la cartographie moderne.

Système d’information géographique (SIG)

Le système d’information géographique est une autre nouvelle discipline, peut-être la plus passionnante de toutes, qui est un système opéré à partir d’un ordinateur pour la manipulation des données géographiques qui sont des données relatives à la surface de la Terre. Le mot « manipulation » implique une richesse de différentes opérations. Certaines, comme l’entreposage et l’extraction de données, sont assez banales, mais d’autres comme les opérations d’analyse dont la mise en tampon, la superposition, l’analyse des réseaux et la modélisation sont stupéfiantes pour ce qui est de leur potentiel à résoudre des problèmes du monde réel. Les cartes font partie intégrante des SIG. Les données entreposées dans l’ordinateur forment des couches, chacune dessinant sous forme de carte une composante du paysage (par exemple une couche pour les cours d’eau, une pour les routes ou une autre pour les types de sol). Les analyses sont ainsi faites à partir d’opérations effectuées sur ces couches de données; parfois en utilisant qu’une couche à la fois, et d’autres fois, en utilisant plusieurs couches disponibles en même temps. Chaque étape de l’analyse est montrée sous forme de carte à partir d’un écran à haute résolution et le produit final est souvent une carte en soi. Les SIG sont devenus, depuis les années 1980, une industrie d’un milliard de dollars; fait non surprenant vu la gamme d’applications qu’ils peuvent produire. Ces applications incluent la gestion des forêts, l’aménagement urbain, la répartition des véhicules d’urgence, la prospection minière, la location de biens, la maintenance des infrastructures publiques en plus des applications purement scientifiques.

Mathématiques et statistiques

Les mathématiques et les statistiques font partie du processus de création de cartes, non seulement au niveau de l’aspect géométrique de la localisation dans l’espace, mais aussi à cause de la nécessité de décrire et de résumer les caractéristiques des données spatiales. À l’aide d’approches mathématiques créatives, les cartographes peuvent trouver de nouvelles solutions aux problèmes spatiaux.

Multimédia

Les systèmes informatiques permettent l’accès intégré à une foule de données à l’aide de moyens de stimulation des sens humains utilisant la technologie numérique. Ceci inclut l’intégration d’images, de films vidéo, de graphiques, de cartes, de photographies, de textes et de sons et, peut-être dans le futur, de l’odorat et du goût. Cette technologie renferme une grande variété d’applications incluant l’éducation, la recherche scientifique, les activités militaires et, bien sûr, le divertissement.

Réalité virtuelle

Un système informatique capable de combiner un mélange d’expériences réelles et artificielles afin de permettre de simuler des représentations du monde réel produit une « réalité virtuelle ». La réalité virtuelle construit des mondes artificiels à l’aide de dimensions spatiales claires. Le film « Twister » est un excellent exemple montrant comment fonctionne la réalité virtuelle. Ces mêmes sortes d’images peuvent s’avérer très utiles aux scientifiques pour construire des modèles ou démontrer un événement comme une catastrophe naturelle. Les cartographes ont un rôle majeur à jouer dans l’identification de la réalité virtuelle comme outil de recherche.

La cartographie ainsi que les sciences cartographiques sont toutes dépendantes des données reliées à la surface de la Terre, que ce soit au point de vue de l’acquisition, la gestion, l’analyse ou la représentation des données. La nécessité commune d’utiliser la technologie numérique rapproche toutes ces disciplines décrites ci-dessus. Tenant compte de cette tendance, le terme géomatique est utilisé au Canada pour refléter cette approche multidisciplinaire intégrée des sciences qui utilisent des données reliées à la Terre. En d’autres mots, la géomatique est un terme qui englobe la cartographie ainsi que toutes les sciences cartographiques.