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La cartographie : représentation graphique

 

 
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Les projections cartographiques

Une carte étant la représentation plane (en deux dimensions) d'un objet sphérique (en trois dimensions), le dessin des contours impose l'utilisation de techniques géométriques particulières : les projections.

La forme de la Terre est celle d'une sphère irrégulière, légèrement aplatie vers les pôles ; la Terre ressemble ainsi à une boule aplatie aux deux hémisphères mais dont les mesures sont désormais bien connues (6.378.16 km d'un pôle à l'autre en passant par le centre, et 6.356.77 km au niveau de l'équateur toujours en passant par le centre).

S'il est relativement facile de transformer cet ellipsoïde de référence en une construction sphérique réduite, le passage de ce volume à une représentation cartographique plane se heurte à des difficultés. En effet, sur un plan une surface courbe ne peut pas être représentée sans déformation. Les solutions mathématiques à ce problème existent et l'établissement d'une correspondance géométrique entre tous les points de l'ellipsoïde et ceux de la carte s'appelle une "projection cartographique". Cette opération conduit, quelle que soit la représentation, à une altération de l'ellipsoïde initial. Ainsi, les projections dites "conformes" lorsqu'elles respectent les rapports d'angles entre méridiens et parallèles qui se recoupent perpendiculairement comme sur l'ellipsoïde, entraînent des déformations de surface qui augmentent considérablement avec la latitude et conduisent à une représentation exagérée des zones polaires.
Inversement, les projections dites "équivalentes", si elles conservent les rapports de surface altèrent les rapports d'angles : les méridiens dessinent des ellipses qui recoupent obliquement tous les parallèles en des points équidistants.

Il existe plusieurs types de projections, selon la configuration de la surface utilisée.


Projection cylindrique de Mercator


Dans la projection de Mercator, méridiens et parallèles sont projetés sur un cylindre enveloppant le globe. La projection de ces lignes peut s'effectuer depuis un point fixe situé au centre de la sphère (projection gnomonique), sur la circonférence de la sphère (projection stéréographique), à l'infini (projection orthographique).

Si la projection cylindrique de Mercator (vers 1569) respecte les angles, elle présente en revanche une échelle variable avec la latitude : à 75° de latitude, les surfaces se trouvent exagérées de seize fois par rapport à celles situées à l'équateur, ce qui explique que cette projection soit surtout utilisée pour les régions intertropicales, où la déformation est minime.
Les cartes maritimes sont établies selon cette projection car les itinéraires loxodromiques empruntés par les navigateurs y sont figurés par des droites et peuvent être facilement suivis au compas.


La projection conique

Dans cette projection, les parallèles et les méridiens sont transférés de la sphère terrestre sur un cône : les méridiens deviennent des rayons qui convergent vers le pôle tandis que les parallèles forment des arcs concentriques. L'intersection entre le cône et le globe donne le parallèle standard unique (projection conique tangente) ou les deux parallèles standard (projection conique sécante). Dans ce dernier cas l'erreur d'échelle est mieux distribuée et cette projection, bien adaptée aux latitudes moyennes s'est imposée depuis le XVIIIe siècle. Mise au point par Lambert en 1772, elle est entre autre utilisée pour la réalisation des cartes topographiques françaises.


Projection azimutale, ou polaire

Ici parallèles et méridiens sont transférés sur un plan qui touche la sphère terrestre en un seul point, le plus souvent le pôle. La construction est établie à partir d'un centre de projection fréquemment situé au centre de la Terre (projection centrale ou gnomonique). Tous les grands arcs de la sphère se projettent sur la carte selon une droite.


Projection de Peters, ou cylindrique équivalente

Arno Peters a proposé en 1977 une projection qui respectait les surfaces et les positions nord-sud et ouest-est afin de mieux faire comprendre l'étendue et l'importance du Sud (le tiers-monde). Par contre, dans cette représentation où les continents apparaissent allongés, les distances ne sont plus respectées et les tracés (aux basses et hautes latitudes) sont déformés.

Chaque système de projection aboutit à des cartes différentes entre lesquelles aucun assemblage n'est permise. De plus, à l'exception de la projection de Mercator, qui a ses propres défauts, ces constructions cartographiques ne permettent jamais de représenter la totalité de la Terre d'un seul tenant. Cependant, pour les cartes à grande échelle, les déformations de rapports de surfaces ou d'angles posées par les projections deviennent quasi négligeables.


Légende et symbolisme cartographique

Le choix judicieux des symboles utilisés pour la réalisation d'une carte concourt à la qualité de celle-ci. Une bonne carte s'appuie sur une documentation exacte et exhaustive (il ne doit pas y avoir d'incertitude ou de vide sur la carte). Elle suppose la réflexion du cartographe qui doit sélectionner l'information et préférer tel symbole à tel autre. Tous les symboles, parfaitement placés sur le fond de carte et dessinés adroitement, doivent être définis dans une légende ordonnée.

Le choix des symboles cartographiques est effectué en fonction du message qui doit être délivré tout en assurant un maximum de clarté et de rapidité de compréhension. Le cartographe peut jouer sur six variables visuelles:

- la forme du figuré, qui permet de reconnaître des objets,

- la taille du figuré, qui permet de signaler une hiérarchie entre les objets représentés,

- la disposition du figuré (verticale, horizontale, oblique...) qui singularise cet objet par rapport à d'autres,

- la couleur, très facilement perceptible par l'œil, qui souligne des ressemblances ou des différences,

- l'intensité de la couleur (teinte pastel ou vive), qui permet d'opérer un classement,

- le grain ou la structure du figuré, qui définit le nombre de taches élémentaires le composant (par effet de scintillement) ; c'est à la fois une variable d'identification et de hiérarchie (par la différence de densité des taches élémentaires).


Les figurés de surface

Ils sont utilisés pour représenter tous les phénomènes qui occupent une certaine surface sur la carte (une forêt, tel pourcentage électoral par circonscription, etc.). On distingue les plages de couleur et les grisés.


Les plages de couleur

Elles sont précieuses pour leur forte valeur expressive. Les trois couleurs primaires (bleu, jaune, rouge) et complémentaires (vert, violet, orangé) sont d'un usage fondamental et prioritaire. Le rouge, l'orangé et le jaune, couleurs chaudes que l'œil perçoit en premier, sont utilisées pour représenter les phénomènes les plus importants, au contraire des couleurs froides, le bleu, le vert et le violet.

Pour rendre compte d'une hiérarchie, le géographe choisit une gradation de couleurs : soit une gamme de nuances différentes pour chaque moitié de l'arc-en-ciel, par exemple, jaune, jaune orangé, orange, rouge orangé, rouge, soit un camaïeu présentant une même nuance de couleur avec des intensités différentes, par exemple vert très pâle, pâle, vif, sombre, très sombre.

Il existe des utilisations conventionnelles pour les couleurs: bleu pour l'hydrographie, vert pour les forêts et l'élevage, jaune pour les céréales... De façon générale, la nuance de la couleur renvoie à la nature du phénomène à représenter et l'intensité de la couleur dépend de l'importance du phénomène à représenter.


Les grisés ou figurés

Permettant d'étaler sur une surface une gamme de teintes allant du blanc au noir, les grisés sont faits de la répétition régulière de certains signes simples : les hachures, les droites parallèles caractérisées par une orientation et dont les variations de l'épaisseur ou de l'écartement expriment la hiérarchie ; les pointillés, dont la grosseur et l'espacement peuvent varier ; les poncifs, figures répétées régulièrement sur une surface, tels des croix pour des terrains granitiques ou un cimetière, des V pour la vigne, etc.

Les figures isolées

Elles sont de deux types:

- les figurines, symboles qualitatifs qui évoquent fidèlement la réalité: un bateau, par exemple, pour signaler des chantiers de constructions navals

- les figures géométriques, cercles, carrés, rectangles ou triangles, symboles quantitatifs dont la taille varie proportionnellement à la valeur du phénomène représenté. Elles ne valent qu'au sein de limites administratives définies.


Les traits

Le cartographe peut jouer sur leur forme, leur épaisseur et leur rapprochement :

- les signes linéaires (lignes ou flèches), qui évoquent des relations et des mouvements, indiquent des éléments concrets (voie ferrée) ou abstraits (trafic d'un port). L'épaisseur du trait peut varier avec l'importance quantitative du phénomène représenté;

- les courbes, parfois simples contours de figurés de surface expriment les limites d'une aire de culture.

D'autres courbes représentent des valeurs numériques. Ce sont par exemple
* les isolignes, courbes numériques qui joignent les points d'égale valeur pour une même variable
* les isobathes (même profondeur),
* les isothermes (même température),
* les isohyètes (même niveau de précipitations)...


Elaboration d'une carte

Elle comporte un certain nombre de travaux préparatoires qui s'organisent selon trois grandes étapes.


Les travaux de terrain

Sur le canevas de projection qui a été choisi doit être mis en place le réseau géodésique qui va servir de base à toute l'élaboration de la carte. Ce réseau est constitué de points dont les coordonnées géographiques (longitudes et latitudes) sont connues à quelques centimètres près. C'est l'opération de triangulation. En France, les coordonnées exactes de 100.000 points du territoire disposés selon des réseaux de triangles accolés et emboîtés ont été calculées par ordinateur par référence au canevas de projection.

Pour la connaissance des altitudes, les géographes réalisent un nivellement : toujours en France, l'altitude précise de 400.000 points repères est calculée par rapport au niveau moyen de la mer à Marseille.

Les levés directs sur le terrain se limitent à recueillir des informations venant en complément de celles fournies par les photographies aériennes.


Les travaux de laboratoire

Des techniques photogrammétriques permettent d'éliminer les distorsions géométriques des photographies aériennes; il s'agit de transformer une perspective conique en une représentation plane, en s'appuyant sur le canevas de projection et sur le repère de points géodésiques.

Après contrôle et complément d'informations sur le terrain, notamment pour la toponymie, il est possible de réaliser les différentes minutes cartographiques (une pour la planimétrie, une pour l'orographie) qui seront ensuite superposées.


Les travaux d'atelier

Quatre planches-dessin définitives (une par couleur : noir, orangé, vert, bleu) sont réalisées sur support plastique stable afin de passer en photogravure et en impression.


Les différents types de cartes

La répartition dans l'espace de n'importe quel objet ou phénomène peut être illustrée par une carte. Il existe de ce fait une variété importante de cartes. Cependant, on oppose les cartes de base, qui reflètent fidèlement l'aspect du "terrain", aux cartes thématiques ou spéciales.


Les cartes de base

Ces cartes très élaborées et très précises par l'information qui y est contenue constituent ce que l'on appelle le fond de carte.


Les cartes topographiques.

Selon le Comité français de cartographie, elles ont pour objet la "représentation exacte et détaillée de la surface terrestre concernant la position, la forme, les dimensions et l'identification des accidents du terrain, ainsi que des objets concrets qui s'y trouvent en permanence". Il s'agit donc de cartes offrant une représentation des éléments visibles des paysages continentaux. La précision de ces cartes, issues de levées à grande échelle permet de les utiliser pour effectuer des mesures exactes de distances, de dénivellations, de pentes, de surfaces, d'angles et de directions.

Les cartes topographiques françaises actuelles sont nettement plus précises et plus agréables à lire que la vieille carte d'état-major. L'emploi général de la couleur facilite l'identification des objets représentés. La France dispose d'une couverture complète de son territoire par des séries cartographiques à des échelles variées (1/25.000, 1/50.000 et 1/100.000, 1/250.000).

Chaque carte topographique au 1/25.000 ou au 1/50.000 comporte un titre, composé d'un nom (en général celui de la commune la plus importante qui y est représentée) et d'un numéro d'ordre à quatre chiffres permettant de la placer dans le tableau d'assemblage général des cartes topographiques françaises. Une carte topographique couvre une étendue restreinte: 520 km2 pour une feuille au 1/50.000 (20 × 26 km, format 40 × 52 cm), 260 km2 pour une feuille au 1/25.000 (20 × 13 km, format 80 × 52 cm). Il faut 1.100 cartes au 1/50.000 et 2.000 cartes au 1/25.000 pour représenter toute la France métropolitaine.

Ces cartes sont encadrées par un double réseau de coordonnées : géographiques (longitude et latitude) et cartographiques (celles du quadrillage kilométrique Lambert, qui fait un léger angle avec les méridiens et les parallèles, permettant d'établir les coordonnées géographiques de n'importe quel point situé sur la carte). Des lignes, portées sur certaines éditions, découpent des carrés de 1 km2.

Les cartes peuvent s'orienter de deux façons :
* suivant le nord géographique dont la direction est située dans le plan du méridien du lieu.
* par la boussole en direction du nord magnétique selon un angle variable par rapport au nord géographique.

Les conventions de représentation font l'objet d'une légende. Le relief est indiqué par des courbes de niveau, ou isohypses, qui joignent les points d'égale altitude. La dénivellation entre deux courbes de niveau consécutives s'appelle l'équidistance, elle est constante pour une carte donnée. Dans une région montagneuse, cette équidistance est souvent de 20 m, contre 10 m en plaine. Pour faciliter la perception du relief la carte présente un certain estompage, assombrissant les versants tournés vers le sud-est. Des repères géodésiques et des points cotés précisent certaines valeurs locales d'altitude, pour les sommets notamment.

La planimétrie concerne les détails de la surface du sol. Il s'agit de l'hydrographie (en bleu), des étendues forestières ou broussailleuses (en vert), de certaines cultures spécialisées comme la vigne, les vergers ou le riz, des voies de communication, des bâtiments. Immeubles, maisons et usines sont indiqués en noir avec une généralisation croissante au fur et à mesure que l'échelle diminue.

La carte topographique renseigne également sur la toponymie (noms des communes, des hameaux, des cours d'eau...).

L'élaboration d'une carte topographique exige des travaux longs et complexes. Une mise à jour à intervalles rapprochés est rendue nécessaire par les transformations de plus en plus fréquentes des paysages. Le coût élevé de la réalisation et du renouvellement de ces cartes explique que cette tâche soit confiée à de puissants organismes nationaux. En France, ces travaux sont la mission de l'Institut géographique national. À l'échelle du monde, seuls les pays les plus développés disposent de couvertures topographiques récentes et complètes, au moins pour les régions habitées. Dans bien des pays du tiers-monde, les levés topographiques sont partiels, hérités de la colonisation, voire inexistants.

Les cartes marines

Ces cartes traduisent le relief sous-marin à l'aide d'isobathes et indiquent la signalisation utile à la navigation. Elles existent à des échelles variables, de plus en plus grandes à l'approche des côtes. Les chenaux d'accès aux ports font l'objet de plans à très grande échelle (de 1/1.000 à 1/10.000).


Les cartes thématiques

Elles s'attachent à figurer l'extension et la répartition d'une donnée d'intérêt particulier.


Les cartes des sciences de la Terre

Elles représentent des phénomènes naturels.

Les cartes géologiques indiquent les affleurements des terrains du sous-sol dans leurs limites, leur nature ou leur âge, ainsi que les déformations qui les affectent (plis, failles...). Les couleurs utilisées pour exprimer l'âge des terrains sédimentaires font l'objet d'une rationalisation poussée. Ces cartes sont nécessaires à la construction et à la prospection minière.

Les cartes des formations superficielles montrent les dépôts d'une certaine épaisseur qui recouvrent les roches en place (limons, alluvions, éboulis, moraines).

Les cartes géomorphologiques définissent les formes de relief dans leurs relations avec la structure géologique et les systèmes d'érosion.

Les cartes pédologiques présentent la répartition des types de sols selon divers systèmes de classification.

Les cartes de végétation indiquent les zones et étages de végétation "naturels" en fonction des conditions écologiques optimales pour différentes espèces.

Les cartes zoologiques et botaniques rendent compte de la distribution spatiale des animaux et des plantes ; elles servent aux entreprises chargées du déboisement et aux responsables de l'environnement.

Les cartes météorologiques indiquent les éléments du temps (pression, température...) à un certain moment pour une zone donnée. Ces cartes ont aujourd'hui pour sources d'informations les images prises par les satellites géostationnaires. Par l'observation de la progression des perturbations des prévisions fiables du temps pour plusieurs jours sont rendues possibles.


Les cartes des implantations humaines

Les cartes routières figurant les voies de circulation, les villes et les lieux touristiques connaissent une très large diffusion.

Les cartes de navigation aérienne sont plus spécialisées, avec une mention détaillée des aéroports, des voies aériennes, des aires des fréquences radio qui se rattachent à chaque aéroport.

Les plans cadastraux sont établis à très grande échelle par des géomètres. Ils identifient les parcelles de terrain pour garantir les limites des propriétés et permettre plus de rigueur dans les critères d'imposition.

Les cartes d'occupation du sol montrent la répartition des types d'utilisation de l'espace (habitat, agriculture, industrie...) pour un secteur précis. Les collectivités locales utilisent ces cartes pour définir une politique d'aménagement urbain ou rural.

Les cartes politiques mentionnent les frontières, les villes principales, les divisions administratives. Les cartes historiques précisent l'évolution des territoires, les mouvements des armées et des populations dans le passé. Les cartes économiques indiquent la répartition des différentes activités.


 
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