Le GPS : de la théorie à la pratique

Introduction

Le GPS est une technologie assez ancienne malgré le fait que son développement au près d’un public d'amateur sportif soit récent. Même au niveau amateur on a longtemps considéré que cette technologie était réservée aux grands espaces, où une triangulation avec une carte montre rapidement ses limites. La baisse des prix importantes et l’augmentation de la précision a fait exploser les ventes ces dernières années.

L’objectif de cet article est de donner quelques conseils et mises en garde quand à l’utilisation du GPS dans la pratique des sports de montagne en général, et du ski de randonnée en particulier.

Le GPS dans la théorie

Ce qu’il vous indique

- Votre cheminement de manière graphique (sur les appareils dotés d’un écran assez grand), ainsi que l'écart entre votre cheminement réel et le cheminement théorique (si vous l’avez rentré au préalable)

- La direction pour le prochain point de passage (ou un autre point), ainsi que sa distance. ATTENTION sur la plupart des appareils cette fonction n’est efficace que si vous êtes en mouvement (il ne possède pas de boussole magnétique en interne)

- Votre position dans l’espace en 2D (à plat …) voir en 3D (en altitude). Notez que la précision altimétrique est 3 fois moins précise que la précision latitude/longitude, sauf si votre GPS est doté d'un altimètre barométrique.

De plus, il peut calculer toute sorte de choses (vitesse, distance, temps …) mais la base reste la position spatiale (et temporelle, mais pour ça une simple montre suffit).

Un peu de vocabulaire

Waypoint (Point de passage) : Point.
Route : Enchaînement ordonné de Waypoints, généralement relevé sur la carte.
Trace : itinéraire généralement relevé sur le terrain (la notion de Waypoint a disparu)
Cap : la direction à suivre (comme un azimut avec une boussole)

Le système de coordonnée

Le GPS vous indique où vous êtes … mais à sa manière. Pour cela il utilise un système de coordonnée. Chaque appareil peut être configuré dans différents système de coordonnées plus ou moins pratiques à l’usage.
Le système de coordonnées peut-être :

- Angulaire : Latitude + Longitude (exprimé en degrés minutes secondes, ou degrés décimaux …)
- Une grille kilométrique UTM (Universal Traverse Mercator),
- Une grille Suisse
- Une grille locale....

Le premier est le plus connu du grand public, mais n’est pas très pratique à utiliser.
L’autre élément important est le système géodésique, c'est à dire le modèle terrestre sur lequel sont calculées les coordonnées, voilà les principaux :

- European-1950 sur les anciennes cartes IGN
- WGS84 sur les nouvelles cartes IGN marqué "GPS"
- CH1903 en Suisse
- ...

On utilise généralement la grille kilométrique UTM avec le système géodésique WSG84, les nouvelles carte IGN (marqué « GPS ») possède nativement ce quadrillage de carré de 1km de coté (en bleu).
Il est important de se rendre compte ce que représente cette grille sur le terrain. Cette simple estimation permet de se positionner à 200 mètres près, voire à 100 mètres près avec un peu d’habitude.
Dans ce système de coordonnée on a deux valeurs :

- La coordonnée NORD
- La coordonnée EST[/tab]
+ Le numéro du fuseau UTM (composé de 2 chiffres qui préfixe la coordonnée).

Chaque coordonnée se décompose en 2 parties. Les premiers chiffres correspondent au carré kilométrique UTM (Dans quelle carré somme nous ?), les 4 derniers correspondent à la position précise dans le carré (de 0 à 999m du bord). Les coordonnées UTM donnent donc une position au mètre.

Dans la suite on présentera comment utiliser ce système de coordonnée avec une carte.

Le GPS et ses principes …

Pour commencer …

Tout d’abord, il faut donc régler l'affichage du GPS en UTM / WGS84 (ou ED50 pour utiliser avec les vielles cartes).

Idéalement, ayez l’appareil facilement accessible. La précision sera d’autant meilleure que vous ne l’enfouissez pas au fond sac.
Evitez aussi les appareils qui pendouillent dans tous les sens, celà évitera certains résultats loufoques … ou pire de vous le prendre dans la tête lors d’une erreur de trajectoire non prévue (une bonne grosse gamelle en clair…)

Les différents « modes » d’utilisation

Il y a plusieurs façons d’utiliser son GPS :

- En mode suivi de route : Vous avez préparé votre course à l’avance (sérieux comme vous êtes), vous vous contentez de suivre les points rentrées.
- En simple outil de positionnement : il vous indique ou vous êtes, à quelle altitude et mémorise ou vous êtes passé.
- En mode « track back » (retour arrière), ce mode est un mélange des deux premiers. Les point de passages sont ceux que le GPS a enregistré en réel, vous avez juste à les suivre à l’envers. Celà permet de revenir sur ses pas de manière précise même sous une tempête de neige (celà permet aussi de retrouver un piolet tombé du sac à votre insu… mais c’est moins courant).

Il est possible et parfois conseillé de rentrer certains points utiles (refuge de secours proche de la trace, zone à éviter etc.)
Dans tous les cas il est conseillé de s’en servir tout le temps, et pas de l’avoir au fond du sac en cas de problème car :

- On sera plus efficace si on a l’habitude de l’utiliser
- La précision et le temps d’acquisition peuvent important si la zone n’est pas très dégagée (en fonctionnement le nombre de satellite nécessaire et moins important qu’en première acquisition).

De plus, si comme moi vous êtes méfiant par nature, son utilisation régulière par grand beau temps vous permettra d’acquérir une certaine confiance dans l’appareil.

Il faut garder à l’esprit que si vos points de passage sont peu précis … votre navigation sera d’autant plus imprécise. C’est pour cela qu’il faut bien préparer sa course. La préparation de la course, le relevé et la rentrée préalable des waypoints et routes dans le GPS peut être fait directement dans l’appareil, mais il est préférable d’utiliser un logiciel.
Il existe de nombreux logiciels mais voici quelques pistes :

- Mapsource (Trip and Waypoint Manager), logiciel Garmin (il doit exister le même chez Magellan). Il peut de faire le lien entre le PC et le GPS, rentrer des points, récupérer des traces … Il ne possèdent aucun fond cartographique, sauf si vous avez TOPO (et les produits routier garmin). Vous pouvez aussi faire vos relevés sur carte papier, et utiliser ce logiciel pour faciliter la saisie (avec un VRAI clavier …)
- IGN Rando ou GeoRando, attention, IGN rando ne fonctionne pas avec les modèles USB Garmin. Par contre il permet de faire du relèvement de point précis.
- GPS Track : Son principe et de pouvoir scanner des cartes et de travailler dessus (fonctionne avec tous les GPS même récents).

Personnellement je travaille beaucoup avec le couple IGN Rando pour faire les relevés et MapSource pour la saisie des coordonnées.

Un autre intérêt des logiciels et de pouvoir sauvegarder vos traces (au sens GPS du terme) et de les inclure à vos sorties skitour, et ainsi voir votre trajet online et encore faire profiter la communauté de vos relevés.

Et comment on fait avec une carte …

Maintenant voyons le plus important : l’utilisation avec une carte. On n'a généralement pas dans l’appareil une cartographie assez complète, et la route rentrée peut s’avérer un peu fausse sur le terrain, ou on a envie de faire une petite variante, ou on est tout simplement complètement paumé !

Utilisation de cartes récentes compatible GPS (après mars 1999)

On va utiliser uniquement le quadrillage et les chiffres extérieurs bleus (427, 428... en horizontal et 5443,5444... en vertical)


Carte IGN 2313 OT Forets de Montmorency, carte topographique TOP 25, édition 2002, compatible GPS. Cette carte est au 25000 ème, donc 1 cm = 250 m ou encore 1mm = 25 mètres.

Comment aller du GPS vers la carte ?
Il faut utiliser le système WGS84 et affichage en coordonnées UTM
A "Le Rosnel", le GPS réglé WGS84/UTM affiche les coordonnées
X 427840 Y 5445100
Comment retrouver cette position sur la carte ?
Concentrons nous sur le quadrillage kilométrique bleu qui apparait sur la carte.

Position X : 3 premiers chiffres (ici 427) + (3 derniers chiffres / 250 )
427 + (840 /250) = ligne 428 + 3,36 cm à droite

Position Y : 4 premiers chiffres (ici 5445) + ( 3 derniers chiffres / 250 )
5445 + (100 /250) = ligne 5445 + 0,4 cm vers le haut.
Le Rosnel se trouve effectivement à 2,81 cm à droite de la ligne bleue 427 et à 0,4 cm vers le haut de la ligne bleue 5445.

Comment aller de la carte vers le GPS

On est à droite de la ligne 428 à 2,81 cm exactement
428 000 + (2.81 * 250) = 428 840

On est au dessus de la ligne 5445 à 0,40 centimètres vers le haut
5443 + (3.1 * 250) = 5445 100
Pour mesurer les centimètres dans le quadrillage kilométrique de la carte, vous pouvez imprimez sur un calque : reglet à télécharger.

Utilisation de cartes anciennes (avant mars 1999)

On va utiliser uniquement les chiffres extérieurs noirs (427,428... en horizontal et 5444,5445... en vertical)

Prenons la même carte 2313 0T de l'IGN mais en version édition 1991.
Il faut utiliser le système géodésique ED 50 sur le GPS, et affichage en coordonnée UTM.

Mise en garde

Dépendance vis-à-vis de la technologie

Un GPS est appareil électronique qui fonctionne avec des piles (leur autonomie peut fortement varier), qui plus est, il contient un programme informatique qui peut … avoir un fonctionnement chaotique voir erroné.
Par conséquent il est fortement recommander d’avoir une bonne connaissance cartographique classique (carte, boussole etc.). Il est déconseillé donc d’apprendre les rudiments de la cartographie en partant du principe qu’on a un GPS sur soi.
Il faut voir le GPS comme un outil d’aide à la décision qui va permettre de faciliter la recherche de certain itinéraire, permettant de se consacrer pleinement et sereinement aux difficultés de l’itinéraire à proprement parlé.
Le GPS vous indique où vous êtes, où vous voulez allée … mais il ignore les barres rocheuses (enfin sauf si vous lui avez indiqué), il ignore où va tomber l’avalanche, ni où se trouve la bonne poudreuse.

Une précision variable

Un GPS indique un positionnement avec une précision. Cette précision est influencer par le nombre de satellite que l’appareil à dans son « champs de vision ».
Ce nombre peut être perturbé par des montagnes, des gorges, une carrosserie de voiture. Si vous perdez le signal, ne paniquez pas, continuez votre route de manière logique, il ne tardera pas à revenir.
Soyez particulièrement critique lorsque les pertes de signal sont fréquentes, les informations qui sont fournis par le GPS peuvent être assez erronées.
Cette précision dépend du modèle, certains au fin fond d’un sac seront assez imprécis, à l’inverse d’autre le seront. C’est pour cela qu’il important de bien connaître son appareil.
Cette précision est indiqué pour un positionnement 2D, si elle est trop grande le positionnement 3D (en altitude) sera faux (l’erreur est environ 3 fois plus grande en 3D qu’en 2D), dans la réalité faites des essais.

Vous voilà donc prêt à affronter brouillard et tempête … mais entraînez-vous par grand beau temps au préalable.

» bob13, le 21.02.07
Position X : 3 premiers chiffres (ici 427) + (3 derniers chiffres / 250 )
427 + (840 /250) = ligne 428 + 3,36 cm à droite
Bon c'était plutot ligne 427 + 3,36 à droite, je pense.
Existe t-il un site détaillé sur la façon de conduire une rando-gps en fonction des données fournies par le gps? Merci!

» stef74, le 21.02.07
Effectivement petite faute de frappe je corrige ca de suite.
Qu'entends tu par "facon de conduire " ou plus excatement qu'elle genre d'infos t'attends tu a y avoir ?
L'objectif de l'article était entre autre de combler un certain vide sur un aspect pratique et terrain du GPS, car sur la toile on trouve beaucoup de choses sur le sujet mais pas tres orienté rando.
Cette article est de type vivant à savoir que c'est une base qui ne demande qu'a être completé etoffé, revu, corrigé

» David SAVOYE, le 25.02.07
Très intéressant .... merci

Existe t'il une formule de conversion pour passer du système géodésique de type lat et lon au format WGS84. En effet, google maps utilise des coordonnées de type lat et lon.

» stef74, le 26.02.07
je t'epargne un copier coller de la formule (à quand un outils de mise en forme mathématique sur skitour ? :) )
va plutot voir ici

utilise plutôt un logiciel ca ira plus vite ;-)

» Jeroen, le 27.02.07
oh là, ta question n'a pas de sens david !
lat/Long c'est un système de coordonnées, WGS84 c'est un ellipsoïde, c'est à dire le modèle terrestre sur lequel on calcule les coordonnées.
Tu voulais certainement parler de la conversion entre les coordonnées lat/long et les coordonnées UTM, toutes deux construites sur le WGS84 ?

Il existe un logiciel de conversion : convers. Sinon cet outil existe déjà sur skitour sur les pages "ajouter un départ" ou "ajouter un sommet" :wink:

» David SAVOYE, le 27.02.07
Merci Jeoren pour cette explication !
Peux tu néanmoins me communiquer la formule de conversion pour passer de l'un à l'autre. Tu l'as, en effet, intégré dans ton site. J'aimerais aussi pouvoir faire afficher sur le mien les deux types de coordonnées avec l'utilisation de google maps.

» Jeroen, le 28.02.07
JScoord est un utilitaire de conversion avec des bibilithèques PHP et JavaScript. c'est super simple, il suffit juste de comprendre ... l'anglais ;o)

» David SAVOYE, le 28.02.07
Après quelques lectures d'articles complémentaires, notamment sur IGN.fr, je commence à comprendre. Quelqu'un pourrait néanmoins me dire à quel système de coordonnées fait appel google maps ?

Encore merci pour la pertinence de vos propos, des informations complémentaires envoyées par mail.

David

» stef74, le 01.03.07
Google utilise le systeme geodesique WGS84 exprimé en coordonnée latitude longitude (système angulaire ? ). Ce système nous indique un angle .
Cette angle en degre peut s'expimer de plein de manière possible degre minute second degre minute ...
Google utilise le degré decimale (une virgule et des chiffre apres ...)

Tu nous redige en article plus complet sur les conversion apres :-)

» André, le 09.03.07
Pas mal ton article, même très bien.
Juste une petite remarque, la grille GPS que tu mets à disposition est celle que j'ai tracée il y a plusieurs années et que je donne à tous mes stagiaires (j'organise des stages GPS pour le CAF depuis 2002). Je te rassure, il n'y a pas de droit d'auteur, mais ce serait sympa de citer tes sources.
André

» stef74, le 11.03.07
On m'avait filer ce document il y a quelques mois, quelqu'un du CAF justement, mais je pensais que c'etait un truc qu'il avait fait lui même.
Mais si c'est ton document je ferais rajouter la source dans l'article.

» jbf, le 24.03.07
Mon expérience du GPS :
J’utilise Garmin Etrex + CartoExploreur + fonds topos IGN

1. En pratique, on ne sort le GPS que dans des conditions tendues :
Mauvaise visi, égarement, obscurité…
Il faut donc avoir bien automatisé les manips et les tester régulièrement par beau temps.
Il faut faire simple. Les appareils offrent souvent plusieurs fonctions de navigation (compas, route virtuelle, etc.). N’en utiliser qu’une seule et s’y entraîner.

3. Un GPS qui ne contient aucune donnée ne sert à (presque) rien.
En effet, les appareils n’ont pas (encore) de fond cartographique intégré utilisable pour la montagne. Il est donc impératif de tracer une route préalablement à la maison et de la rentrer en mémoire. Même la fonction track-back (retour sur ses pas) me paraît peu utile car en pratique on allume le GPS toujours trop tard !!

4. La mesure des coordonnées sur carte papier et leur importation manuelle dans le GPS est obsolète.
Le tracé d’une route sur carte numérique puis son exportation directe vers le GPS via un port Com ou USB est infiniment plus :
• Rapide : 20-30 points en qq minutes contre une vraie galère sur papier
• Précis : en zoomant sur carte numérique, on est sans problème à une précision entre 1 et 0.5 mm.
• Détaillé : on peut facilement multiplier les points sur une zone difficile.
• Sûr : pas de risque d’erreur de saisie manuelle.

5. Sur le terrain, la mesure correcte de coordonnées sur carte papier est illusoire:
Un jour de grand mauvais, amusez-vous à sortir carte, règlette, crayon et à rentrer tout vos chiffres dans le GPS avec les moufles !!!!

6. Caractériser systématiquement les way-points pour les mémoriser facilement :
L’ordi va vous donner par défaut des WP du genre : P00001, P00002… Pas très parlant sur le terrain…
Il faut les renommer (très facile au clavier) dans le style :
Voiture => Voit1 => Voitx => Refuge => Ref1 => Refx => Sommet
On leur associe également un symbole (voiture, refuge, sommet) qui s’affichera sur le GPS.
La route devient parfaitement claire, sans avoir à consulter un état papier, ce qui n’est pas évident par gros mauvais.

7. On peut coupler la navigation GPS avec un repérage altimétrique traditionnel (et non pas GPS 3 D actuellement trop imprécis). Constater la cohérence des 2 mesures, ça fait du bien au moral !!!

8. Perso, l’utilisation du GPS en montagne a révolutionné ma conception de la navigation.
Il supprime notamment les problèmes de dérive liés à la boussole.
Il permet de savoir avec une précision de 10-20 m où l'on se situe par rapport à une route préalablement déterminée, alors qu'en navigation traditionnelle on ne connaît jamais vraiment sa position sur la carte papier !!!
Il y a néanmoins 2 gros MAIS :
• L’autonomie très limitée des piles.
Quand on sort par mauvais temps, partir avec des piles neuves.
Toujours avoir un jeu de rechange sur soi.
Malgré tout, quand le GPS s’éteint dans le brouillard et qu’il faut changer les piles, bonjour le stress.
• Un GPS, ça peut boguer, casser, glisser sur la neige dure, les satellites sont parfois en vadrouille. Donc toujours garder en 2ème main la navigation classique.

» yougs_4, le 27.03.07
Merci pour cet article, d'autres informations bien interressantes également sont présentes ici :http://fr.wikipedia.org/wiki/Global_positioning_system -> http://fr.wikipedia.org/wiki/Global_positioning_system/

» stef74, le 27.03.07
Merci a tous pour vos remarques.
Je vais les synthetiser et preparer une v2 à l'article d'ici quelques samaines.

» thierry, le 29.03.07
Tres bien. Pourrais tu ajouter des commentaires ou des liens plus "mathematiques" : je n arrive pas a trouver sur le web comment calculer un cap entre 2 points connus, ou une distance , .
Mon idee est de faire ma propre application GPS sur mon pda avec un developpement en basic4ppc.

» Jeroen, le 30.03.07
Calculer un cap entre deux poins connus, c'est pas trrès compliqué : En gros les coordonnées GPS indiquent un nombre de mètres par rapport à une référence : le cap est donc donné par la formule Cap=90-Arctan(delta(long)/delta(lat)) (ou un truc comme ça)

» pierre cretinon, le 06.04.07
j'utilise un logiciel de traçage pour Mac:Macgpspro.Je numérise la carte et je trace ma route .
Cepandant les points restent imprécis avec un marge d'erreur variant entre 30 à 100 m:pourquoi?
Comment réduire cette marge d'erreur ?

» Jeroen, le 08.04.07
Salut Pierre, la précision de tes relevés dépendent du calibrage de ta carte. Est-tu sûr de celui-ci ? Sur GPSTrack il y a une fonction qui permet d'afficher le quadrillage GPS de l'étalonnage, pour vérifier qu'il se superpose bien au quadrillage de la carte. Pour vérifier ton étalonnage tu peux aussi pointer un point connu sur la carte et vérifier ce que donne le logiciel.

» AleX, le 10.04.07
Bonjour,
je suis novice en cartographie et je cherche quelques infos. Je travaille sur une appli à base de google maps. J'aimerais y intégrer des données de l'IGN mais je ne connais pas les projections et système géodésique des données IGN en ma possession... J'ai cru comprendre que google maps utilisait la projection de Mercator avec des coordonnées en WGS84 exprimées en latitude/longitude. Quelqu'un aurait-il une idée pour identifier le format des données de l'IGN que j'ai ? L'objectif étant évidemment de les convertir en données utilisables par Google Maps...

» Robert, le 12.04.07
Petite erreur: ce sont les 3 derniers chiffres qui situent dans le carré et pas les 4 derniers.
Tu ne parles pas de carto exploreur qui permet un très bonne liaison gps cartes numérisées.
Je ne dirais pas que la saisie manuelle est obsolète. Elle demande application et contrôle mais fonctionne très bien. Vaut mieux bien sûr la faire avant de partir. Récemment en Suisse (je n'avais pas les cartes numériques) j'ai pu traverser de refuge à refuge avec des points saisis manuellement.
Enfin pour plus de détails cf le livre de Gérard Compan "Randonner avec un GPS" disponible sur la site du CAF Béziers.

» Guy, le 29.04.07
Si on peut parler anglais... :
http://www.uwgb.edu/dutchs/UsefulData/UTMFormulas.HTM

» Zil, le 19.06.07
"jbf" a dit :En effet, les appareils n’ont pas (encore) de fond cartographique intégré utilisable pour la montagne. Il est donc impératif de tracer une route préalablement à la maison et de la rentrer en mémoire. Même la fonction track-back (retour sur ses pas) me paraît peu utile car en pratique on allume le GPS toujours trop tard !!

Pour du Garmin tu peux aller sur ce site pour avoir des fonds cartographiques. Ils ne sont pas complet à 100 % mais depuis le début de l'année, ils ont toutes les alpes...

» varenne, le 09.02.10
bonjour, votre calcul de point utm sur la carte est faux, en longitude il se trouve à 3,36 cm du point 427!!!!!

» Philippe, le 11.10.10
Il me semble qu'il y a une erreur de calcul sur la page GPS : 840/250=3.36, donc pourquoi 2.81 ? On voit bien sur la photo que le Rosnel n'est pas à 2.81cm de la ligne.

» Franck, le 27.05.11
Bonjour, votre article sur la cartographie et le gps, comment passer de la carte au gps et vice versa est très intéressant. Une question toutefois, vous indiquez que le gps dit être configuré en wgs84/UTM, je m'intrroge car mon Garmin ne propose pas sauf erreur cet affichage, qu'en pensez-vous ?
Cordialement,
Franck

» LONCA, le 05.02.12
Article très Interagissant

Il y a 1 petite erreur dans l'exemple:

Position X : 3 premiers chiffres (ici 427) + (3 derniers chiffres / 250 )

427 + (840 /250) = ligne 428 + 3,36 cm à droite

Erreur; ---> Non, c'est 427+ 3,36 cm à droite

» LONCA, le 05.02.12
Article très intéressant mais:

Il y a 1 petite erreur dans l'exemple:

Position X : 3 premiers chiffres (ici 427) + (3 derniers chiffres / 250 )

427 + (840 /250) = ligne 428 + 3,36 cm à droite

Erreur; ---> Non, c'est 427+ 3,36 cm à droite