Pourquoi la précision est plus importante que jamais

Lorsque je suis entré à l’université pour étudier la géodésie en 1976, les étudiants diplômés avaient commencé leurs études avec des règles à calcul et d’épais livres d’algorithmes. Les calculatrices de poche étaient inexistantes et les appareils électroniques de mesure de distance (EDM) étaient lourds, délicats et encombrants. Aucun système de positionnement par satellite n’était encore disponible.

À cette époque, la profession s’appuyait sur des transits optiques et des mires de nivellement pour déterminer la distance et l’élévation. Les agences cartographiques ne pouvaient se permettre que quelques telluromètres ou géodimètres, et ces instruments nécessitaient de grandes équipes, ce qui les rendait pratiques uniquement pour les points de contrôle de premier ordre et les projets cartographiques nationaux.

Au moment où j’ai obtenu mon diplôme, le métier avait déjà changé. J’avais sur moi une calculatrice programmable HP-25, capable d’effectuer la plupart des calculs géodésiques en quelques secondes. En 1981, j’ai même transformé des coordonnées géodésiques en UTM sur un ordinateur personnel Radio Shack Model 1. Certains de mes professeurs craignaient que les machines éliminent le besoin de géodésistes. Ils avaient tort.

Géodésie et SIG : révolutions parallèles

La géodésie et l’arpentage sont depuis devenus indispensables. Aujourd’hui, presque tout le monde porte dans sa poche un appareil de navigation équipé d’un GPS et de cartes numériques constamment mises à jour. Pour les utilisateurs quotidiens, quelques mètres d’erreur sont acceptables. Pour les professionnels, une précision centimétrique est essentielle et, dans certaines applications, une précision millimétrique est requise.

Depuis les premières stations totales numériques jusqu’aux scanners laser terrestres d’aujourd’hui, capables de capturer des millions de points en quelques secondes, la technologie de topographie a considérablement progressé. De même, la navigation par satellite a évolué depuis la première constellation GPS jusqu’à l’environnement GNSS multi-constellation et multi-fréquence actuel, où les signaux GPS, BeiDou, Galileo et GLONASS sont intégrés.

Parallèlement, le système d’information géographique (SIG) est né dans les années 1960 pour relier les données à la géographie. Les premiers systèmes étaient limités par des écrans d’ordinateur rudimentaires et une faible puissance de traitement. Avec les progrès informatiques réalisés dans les années 1980 et 1990, les SIG ont explosé dans le monde entier. La croissance des SIG et de la géodésie est indissociable : les SIG sont sous-utilisés sans données géodésiques précises, et la géodésie est aujourd’hui indispensable aux déploiements SIG.

Les jumeaux numériques et l’impératif de précision

Ces dernières années, les SIG se sont tournés de manière décisive vers la 3D. Avec la puissance de calcul actuelle, les nuages ​​de points, les rendus 3D et les visualisations immersives sont monnaie courante. De cette évolution est né le concept de Digital Twin, une réplique dynamique en 3D d’un objet, d’un système ou d’une ville du monde réel, constamment mise à jour et interrogée en temps réel.

Pour que les jumeaux numériques fonctionnent comme prévu, la précision géodésique est essentielle. La combinaison des données existantes avec des produits modernes tels que les modèles numériques de terrain (MNT), les modèles numériques d’élévation (DEM), les orthophotos, le LiDAR et les nuages ​​de points mettent en évidence les incohérences dans les systèmes de coordonnées et les données. Les cadres géodésiques rendent possible une intégration transparente, en alignant diverses sources de données dans un système de référence commun. Cet alignement était essentiel dans les années 1990 et reste le fondement du SIG actuel.

Ici, il est également important de reconnaître le rôle des cadres de référence modernes. Des systèmes tels que l’ITRF, le WGS84 et le prochain cadre de référence terrestre nord-américain (NATRF2022) garantissent que les données tiennent compte de la dérive tectonique, de l’affaissement et d’autres changements géophysiques à long terme. Sans ces mises à jour géodésiques, les jumeaux numériques se désynchronisent rapidement avec la réalité.

Étude de cas : Services publics et infrastructures

Prenons l’exemple d’un service public d’électricité disposant de milliers de kilomètres de lignes de transport et de distribution. Le réseau physique est représenté sur des cartes topographiques qui montrent l’emplacement des pylônes et les configurations des conducteurs. Le modèle du réseau électrique, en revanche, représente le flux et l’intensité, mais n’est pas spatialement précis. Pour créer un jumeau numérique unifié, ces modèles doivent être alignés géodésiquement.

À l’ère analogique, une précision limitée était acceptable. Dans les environnements numériques et 3D d’aujourd’hui, connaître la position précise de chaque actif (parfois à quelques fractions de pouce près) est un impératif opérationnel.

Autonomie et exigences en temps réel

À mesure que les implémentations SIG passent à la 3D et aux jumeaux numériques, la prochaine révolution sera l’autonomie. Les véhicules autonomes, les drones d’inspection et les avions de livraison s’appuieront tous sur des coordonnées géodésiques précises pour assurer la sécurité des opérations.

Une compagnie pétrolière du golfe du Mexique a récemment investi des millions pour cartographier en détail des milliers de plates-formes offshore, permettant ainsi de créer des jumeaux numériques prenant en charge les chaînes d’approvisionnement automatisées. Des coordonnées précises ont justifié l’investissement en permettant à la navigation aérienne et maritime autonome d’opérer en toute sécurité sur de longues distances.

Applications qui dépendent de la précision

D’autres secteurs également dépendants de la précision géodésique comprennent :

• Cartographie des inondations

• Inspection des infrastructures

• Livraison de colis (aérienne, maritime et terrestre)

• Transports et urbanisme

• Surveillance en temps réel des infrastructures critiques

• Exploration et production pétrolière et gazière

• Services publics d’électricité, d’eau et d’égouts

• Gestion proactive des actifs et alertes d’urgence

Ces exemples soulignent que la précision géodésique n’est pas un concept technique abstrait : c’est la base opérationnelle des industries qui évoluent vers l’automatisation, la résilience et la surveillance en temps réel.

Le travail ne se termine jamais

Quand la cartographie sera-t-elle terminée ? La réponse est jamais. La Terre est dynamique : les changements tectoniques, l’affaissement et l’élévation du niveau de la mer modifient constamment les données géospatiales. Les systèmes géodésiques modernes tiennent compte de ces changements, garantissant que les données SIG restent pertinentes et précises. Cela nécessite une cartographie et une recartographie continues, à la fois en surface et en dessous.

De la définition des limites de propriété au guidage des véhicules autonomes, la précision géodésique est plus qu’un détail technique : c’est une nécessité stratégique. Il sous-tend non seulement les flux de travail d’enquête d’aujourd’hui, mais également l’avenir de l’infrastructure, de la mobilité et des jumeaux numériques.

Pourquoi les cadres de référence sont importants

Derrière chaque centimètre de précision se cache un référentiel géodésique. Ces systèmes définissent la forme, la taille et l’orientation de la Terre dans l’espace, garantissant ainsi que les données collectées à différents endroits et à différents moments peuvent être comparées de manière transparente.

• ITRF (International Terrestrial Reference Frame) : L’étalon-or mondial, mis à jour régulièrement pour tenir compte du mouvement tectonique et de la dynamique de la Terre.

• WGS84 (World Geodetic System 1984) : Le cadre de référence utilisé par le GPS, continuellement affiné pour améliorer la précision.

• NATRF2022 (Cadre de référence terrestre nord-américain) : la prochaine mise à jour aux États-Unis et au Canada, remplaçant le NAD83, conçue pour refléter la tectonique des plaques actuelle et fournir une précision centimétrique.

Sans ces cadres, les ensembles de données se séparent, les jumeaux numériques perdent en fidélité et les systèmes autonomes ne peuvent pas fonctionner en toute sécurité. Les cadres de référence constituent le fondement invisible qui maintient les SIG et la géodésie ancrés dans la réalité.