Localisation, cartographie et mobilité
Grâce à nos smartphones, nous pouvons savoir où nous sommes à tout moment, trouver notre chemin, localiser un restaurant ou suivre notre colis en temps réel.
Mais comment cela fonctionne-t-il ? Comment un téléphone sait-il où il se trouve sur Terre ?
Le Programme
| Contenus | Capacités attendues |
|---|---|
| GPS, Galileo | Décrire le principe de fonctionnement de la géolocalisation |
| Cartes numériques | Identifier les différentes couches d'information d'une carte numérique |
| Protocole NMEA 0183 | Décoder une trame NMEA pour trouver des coordonnées géographiques |
| Calculs d'itinéraires | Utiliser un logiciel de cartographie |
Se repérer sur Terre
Les coordonnées géographiques
Pour localiser un point sur Terre, on utilise deux nombres : la latitude et la longitude.
| Coordonnée | Description | Valeurs |
|---|---|---|
| Latitude | Position Nord-Sud | -90° (pôle Sud) à +90° (pôle Nord) |
| Longitude | Position Est-Ouest | -180° à +180° (méridien de Greenwich = 0°) |
Exemple : Le lycée Charlotte Perriand se situe à : - Latitude : 50.3851° N - Longitude : 3.0608° E
Activité : Trouvez les coordonnées GPS de votre domicile sur Google Maps (clic droit → "Plus d'infos sur cet endroit")
Différents formats de coordonnées
Un même point peut s'écrire de plusieurs façons :
| Format | Exemple (Tour Eiffel) |
|---|---|
| Degrés décimaux (DD) | 48.8584° N, 2.2945° E |
| Degrés, minutes (DM) | 48° 51.504' N, 2° 17.670' E |
| Degrés, minutes, secondes (DMS) | 48° 51' 30.24" N, 2° 17' 40.20" E |
Conversion DMS → DD
Pour convertir des degrés/minutes/secondes en degrés décimaux :
Exemple : 48° 51' 30.24" N
Le système GPS
Qu'est-ce que le GPS ?
GPS signifie Global Positioning System (Système de positionnement mondial). C'est un système de navigation par satellite développé par les États-Unis dans les années 1970, initialement pour l'armée américaine.
Aujourd'hui, il existe plusieurs systèmes de navigation :
| Système | Pays/Région | Nombre de satellites |
|---|---|---|
| GPS | États-Unis | 31 |
| Galileo | Europe | 30 |
| GLONASS | Russie | 24 |
| BeiDou | Chine | 35+ |
Comment ça marche ?
Le GPS fonctionne grâce à une constellation de satellites en orbite autour de la Terre, à environ 20 200 km d'altitude.
Principe de la trilatération
- Chaque satellite envoie un signal contenant :
- Sa position exacte
-
L'heure précise d'émission du signal
-
Votre récepteur GPS (smartphone, montre, voiture) :
- Reçoit les signaux de plusieurs satellites
- Calcule la distance à chaque satellite grâce au temps de trajet du signal
- Détermine sa position par trilatération
Pourquoi faut-il au moins 4 satellites ?
| Nombre de satellites | Ce qu'on peut calculer |
|---|---|
| 1 satellite | On est quelque part sur une sphère |
| 2 satellites | On est sur un cercle (intersection de 2 sphères) |
| 3 satellites | On est en 2 points possibles |
| 4 satellites | Position exacte + altitude + correction d'horloge |
Précision du GPS
| Contexte | Précision |
|---|---|
| GPS standard (smartphone) | 3 à 5 mètres |
| GPS assisté (A-GPS) | 1 à 3 mètres |
| GPS différentiel (DGPS) | Quelques centimètres |
| GPS RTK (professionnel) | Quelques millimètres |
Question : Pourquoi le GPS est-il moins précis en ville qu'en campagne ?
Le protocole NMEA
Présentation
Les récepteurs GPS communiquent les données de localisation grâce au protocole NMEA 0183 (National Marine Electronics Association).
Les données sont transmises sous forme de trames (lignes de texte) contenant les informations de position.
Exemple de trame NMEA
Décoder une trame GPGGA
| Position | Valeur | Signification |
|---|---|---|
| 1 | $GPGGA |
Type de trame (GPS Fix Data) |
| 2 | 123519 |
Heure UTC : 12h35min19s |
| 3-4 | 4807.038,N |
Latitude : 48° 07.038' Nord |
| 5-6 | 01131.000,E |
Longitude : 11° 31.000' Est |
| 7 | 1 |
Qualité du signal (1 = GPS fix) |
| 8 | 08 |
Nombre de satellites utilisés |
| 9 | 0.9 |
HDOP (précision horizontale) |
| 10-11 | 545.4,M |
Altitude : 545.4 mètres |
| 12-13 | 47.0,M |
Hauteur du géoïde |
| 14 | |
Âge des données DGPS |
| 15 | *47 |
Checksum (vérification) |
Activité : Décoder une trame
✏️ À faire : Décodez la trame suivante et trouvez les coordonnées GPS.
- Quelle est l'heure de la mesure ?
- Quelle est la latitude (en degrés décimaux) ?
- Quelle est la longitude (en degrés décimaux) ?
- Combien de satellites sont utilisés ?
- Quelle est l'altitude ?
Voir la correction
1. Heure : 09h17min45s UTC 2. Latitude : 50° 23.1234' N = 50 + (23.1234/60) = **50.3854° N** 3. Longitude : 3° 03.6543' E = 3 + (3.6543/60) = **3.0609° E** 4. Nombre de satellites : **6** 5. Altitude : **42.0 mètres**Cartographie numérique
Les couches d'une carte numérique
Une carte numérique est composée de plusieurs couches superposées :
| Couche | Contenu | Exemple |
|---|---|---|
| Fond de carte | Relief, terrain | Satellite, plan, terrain |
| Réseau routier | Routes, chemins | Autoroutes, rues, pistes cyclables |
| Points d'intérêt (POI) | Lieux remarquables | Restaurants, stations-service, hôpitaux |
| Données temps réel | Informations dynamiques | Trafic, météo, transports en commun |
| Données utilisateur | Contributions | Avis, photos, itinéraires |
OpenStreetMap vs Google Maps
| Caractéristique | OpenStreetMap | Google Maps |
|---|---|---|
| Type | Libre et collaboratif | Propriétaire |
| Contributeurs | Bénévoles du monde entier | Google + utilisateurs |
| Licence | Open Data (ODbL) | Propriétaire |
| Coût | Gratuit | Gratuit (limité) puis payant |
| Personnalisation | Totale | Limitée |
Activité : Comparez votre quartier sur OpenStreetMap et Google Maps. Quelles différences observez-vous ?
Calcul d'itinéraires
Le problème du plus court chemin
Quand vous demandez un itinéraire à votre GPS, il doit résoudre un problème algorithmique : trouver le plus court chemin entre deux points.
Ce problème peut être modélisé par un graphe : - Les sommets sont les intersections - Les arêtes sont les routes - Les poids sont les distances ou durées
Différents critères d'optimisation
| Critère | Objectif |
|---|---|
| Distance | Chemin le plus court en kilomètres |
| Temps | Chemin le plus rapide |
| Économique | Moins de péages, moins de carburant |
| Écologique | Moins d'émissions CO2 |
L'algorithme de Dijkstra
L'algorithme de Dijkstra (1956) est utilisé pour trouver le plus court chemin dans un graphe. C'est l'un des algorithmes les plus importants en informatique !
Principe simplifié : 1. Partir du point de départ 2. Explorer les voisins et noter les distances 3. Choisir le voisin le plus proche non encore visité 4. Répéter jusqu'à atteindre la destination
Cet algorithme est étudié en détail en NSI Terminale.
Vie privée et géolocalisation
Les risques
| Risque | Description |
|---|---|
| Pistage | Suivi de vos déplacements par des applications |
| Profilage | Analyse de vos habitudes (domicile, travail, loisirs) |
| Cambriolage | Publication de votre absence (vacances) |
| Harcèlement | Localisation par une personne malveillante |
Qui peut vous localiser ?
- Votre opérateur téléphonique (antennes relais)
- Les applications avec permission de localisation
- Les réseaux WiFi auxquels vous vous connectez
- Les photos que vous publiez (métadonnées EXIF)
Bonnes pratiques
✅ Vérifier les permissions des applications
✅ Désactiver la localisation quand elle n'est pas nécessaire
✅ Désactiver la géolocalisation des photos
✅ Ne pas publier sa localisation en temps réel
✅ Utiliser le mode navigation privée ou un VPN
Activités pratiques
Activité 1 : Chasse au trésor GPS (Geocaching)
Le geocaching est une chasse au trésor moderne utilisant le GPS.
- Rendez-vous sur geocaching.com ou utilisez l'application
- Trouvez une cache près du lycée
- Notez les coordonnées et essayez de la trouver !
Activité 2 : Créer un itinéraire
Utilisez OpenRouteService ou Google Maps pour : 1. Créer un itinéraire entre le lycée et un lieu de votre choix 2. Comparer les options (voiture, vélo, à pied, transports) 3. Noter les différences de temps et de distance
Activité 3 : Contribuer à OpenStreetMap
- Créez un compte sur OpenStreetMap
- Trouvez un élément manquant près du lycée (banc, poubelle, passage piéton...)
- Ajoutez-le à la carte !
Pour aller plus loin
- 📖 Comment fonctionne le GPS ? - CNES
- 🎥 Le GPS expliqué - ScienceEtonnante
- 📖 Galileo, le GPS européen
- 🗺️ OpenStreetMap France
Synthèse
Complétez le texte suivant :
Le GPS (___ Positioning System) est un système de navigation par _____ permettant de se localiser sur Terre.
Pour déterminer sa position, un récepteur GPS a besoin d'au moins ___ satellites. Il utilise le principe de la _____.
Les coordonnées géographiques sont exprimées en ___ (Nord-Sud) et _____ (Est-Ouest).
Le protocole _______ permet de transmettre les données GPS sous forme de trames.
Une carte numérique est composée de plusieurs _______ superposées (fond de carte, routes, POI...).
Pour calculer un itinéraire, on utilise des algorithmes comme celui de _______.
Auteur : Florian Mathieu
Licence CC BY NC
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