Système d'information géographique

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Exemple d'information géographique d'intérêt sanitaire et épidémiologique
Version d'E. W. Gilbert's (1958) de la carte faite par John Snow en 1855 pour décrire l'épidémie de choléra de 1854 à Soho (Londres)
La bonne appréhension et représentation du relief est une valeur ajoutée de plus.
Modélisation en fausse 3D avec ombrage (dérivée d'une base de données topographique)
(Région de Valestra, dans le nord des Apennins, Italie)

Un système d'information géographique (SIG) est un système d'information permettant de créer, d'organiser et de présenter des données alphanumériques spatialement référencées, autrement dit géoréférencées, ainsi que de produire des plans et des cartes. Ses usages couvrent les activités géomatiques de traitement, de partage et de diffusion de l'information géographique. La représentation est généralement en deux dimensions, mais un rendu 3D ou une animation présentant des variations temporelles sur un territoire sont possibles.

Beaucoup de personnes assimilent (à tort) un SIG à un logiciel alors que ce n'est que l'une des composantes d'un ensemble incluant le matériel, l’immatériel, les acteurs, les objets et l’environnement, l’espace et la spatialité. Le logiciel offre les fonctions utiles à l'exploitation d'un SIG.

La personne responsable d'un SIG, dans une structure (publique comme privée), est appelée « sigiste » ou bien « géomaticien ». Ils remplacent, pour beaucoup d'entre eux, les anciens cartographes, qui n'avaient pas de vocation à l'informatique.

L'usage courant du système d'information géographique est la représentation plus ou moins réaliste de l'environnement spatial en se basant sur des primitives géométriques : points, des vecteurs (arcs), des polygones ou des maillages (raster). À ces primitives sont associées des informations attributaires telles que la nature (route, voie ferrée, forêt, etc.) ou toute autre information contextuelle (nombre d'habitants, type ou superficie d'une commune par ex.). Le domaine d'appartenance de ce type de systèmes d'information est celui des sciences de l'information géographique.

L'information géographique peut être définie comme l'ensemble de la description d'un objet et de sa position géographique à la surface de la Terre ou de tout autre corps planétaire solide.

En France, où il existe un Conseil national de l'information géographique, dans son acception courante, le terme fait référence aux outils logiciels. Cependant, le concept englobe : logiciels, données, matériel et les savoir-faire liés à l'utilisation de ces derniers. On peut aussi parler de système d'information à référence spatiale (SIRS) pour les données et leur structuration. L'acronyme SIT (système d'information sur le territoire) est aussi utilisé dans quelques pays francophones. Enfin, les sigles BDU (banque de données urbaine), voire BDT (banque de données sur le territoire), plus anciens, peuvent se rencontrer ici et là.

Le logiciel SIG le plus connu est fourni par la société Google, Google Earth pour le grand public et sa version professionnelle, Google Earth Pro. C'est grâce aux logiciels de Google que les SIG sont en train de se démocratiser. Il est très facile d'incorporer dans un site internet un service web cartographique tel que Google Maps. En 10 ans, plusieurs millions de sites internet, intranet et extranet en sont équipés. Bien que gratuit, ce service cartographique n'est pas désintéressé puisqu’initialement Google vendait les positionnements des points d'intérêt (commerces, restaurants etc..). Devant la difficulté de mise à jour Google a changé de politique et il est possible à tout utilisateur de rentrer dans la base de données des informations complémentaires sur un point de la carte (Horaire d'ouverture pour un musée, horaire des offices pour une édifice religieux ...). Ces informations sont soumises à modération, c'est-à-dire qu'elles ne sont introduites qu'après validation par un salarié de Google. Ce système de mise à jour collaborative, le crowdsourcing, appliqué en cartographie, a été initié par OpenStreetMap.

Il existe d'autres solutions de cartographie, dont OpenStreetMap, qui est un Fonds communautaire libre de tous liens commerciaux. OSM permet de visualiser des données géographiques de l'ensemble de la planète. La mise à jour est assurée par la communauté avec des règles qui s'apparentent à celle de Wikipédia. En France le ministère des finances a mis le cadastre vectorisé dans le domaine public, ce qui a permis aux contributeurs français d'OpenStreetMap d'introduire ces informations sous la licence Creative Commons. Il faut faire la différence entre cette cartographie qui est générée directement à partir de la base de données à l'aide d'une feuille de style des cartes numériques fournies par l'IGN sur son site Internet Geoportail qui sont de type "raster". Les cartes de Géoportail gardent la notion d'échelle discrète (1/25 000, 1/100 000 ...) qui devient continue dans le cas des cartes vectorielles.

Historique[modifier | modifier le code]

Une des premières applications de l’analyse spatiale en épidémiologie est le « rapport sur la marche et les effets du choléra dans Paris et le département de la Seine » Année 1832 publié en 1834[1]. Le géographe français Charles Picquet représente les 48 quartiers de la ville de Paris tramés par gradient de couleur suivant le pourcentage de décès pour 1000 habitants. Cette nouvelle carte créée d’après des données numériques montre l’intensité des ravages du choléra dans Paris. Ce type d’analyse spatiale est repris et amélioré par le docteur John Snow pendant l'épidémie de choléra dans le quartier de Soho à Londres en 1854 : ayant représenté sur un plan la localisation des malades et l'endroit où ils puisaient leur eau, il détermina que c'était l'eau d'un certain puits qui était le foyer de contamination [2].

Dans les années 1960, les cartes de l'Afrique de l'Est trop nombreuses pour permettre de localiser les meilleurs endroits pour créer de nouvelles implantations forestières font naître l'idée d'utiliser l'informatique pour traiter les données géographiques[3].

L'usage accru de ces techniques et méthodes dans la science et l’aménagement du territoire et pour le suivi, la gestion et protection de la biodiversité a été permis par l'avancée de l'informatique[4], et encouragé par la prise de conscience environnementale. Cette évolution des applications a permis de nouvelles approches scientifiques transdisciplinaires et collaboratives. Et ce depuis les années 1970.

Maguire et al. (1991) distinguent trois périodes principales dans l'évolution des SIG :

Quelques concepts[modifier | modifier le code]

Les composantes du SIG[modifier | modifier le code]

Un système d'information géographique est constitué de cinq composants majeurs.

Les logiciels[modifier | modifier le code]

Ils assurent les six fonctions suivantes (parfois regroupées sous le terme des « 6A ») :

  • saisie des informations géographiques sous forme numérique (Acquisition)
  • gestion de base de données (Archivage)
  • manipulation et interrogation des données géographiques (Analyse)
  • mise en forme et visualisation (Affichage)
  • représentation du monde réel (Abstraction)
  • la prospective (Anticipation).

Une liste des logiciels SIG, libres et propriétaires, est disponible.

Les données[modifier | modifier le code]

Taille/dimension de la représentation de la donnée

Les données géographiques sont importées à partir de fichiers ou saisies par un opérateur. Une donnée est dite « géographique » lorsqu'elle fait référence à un (ou plusieurs) objet(s) localisé(s) à la surface de la Terre. Ses coordonnées sont définies par un système géodésique (ou système de référence spatiale). Voir le paragraphe suivant.

Les matériels informatiques[modifier | modifier le code]

Le traitement des données se fait à l'aide des logiciels sur un ordinateur de bureau ou sur un ordinateur durci directement sur le terrain. L'ordinateur de terrain avec GPS et laser télémètre permet la cartographie et la collecte des données. La construction de la carte en temps réel et la visualisation de la carte sur le terrain augmente la productivité et la qualité du résultat. La tendance depuis les années 2000 est à une cartographie précise et interactive, où l'analyse des données se font de plus en plus in situ, sur le terrain, de même que la validation. Des systèmes client-serveur en intranet, extranet voire via Internet facilitent ensuite, et de plus en plus, la diffusion des résultats.

Les savoir-faire[modifier | modifier le code]

Un système d'information géographique fait appel à une connaissance technique et à divers savoir-faire, et donc divers métiers, qui peuvent être effectués par une ou plusieurs personnes. Le spécialiste doit mobiliser des compétences en géodésie (connaissance des concepts de système de référence et de système de projection), en analyse des données, des processus et de modélisation (analyse Merise, langage UML par exemple), en traitement statistique, en sémiologie graphique et cartographique, en traitement graphique. Il doit savoir traduire en requêtes informatiques les questions qu'on lui pose.

Les utilisateurs[modifier | modifier le code]

Comme tous les utilisateurs de systèmes d'information géographique ne sont pas forcément des spécialistes, un tel système propose une série de boîtes à outils que l’utilisateur assemble pour réaliser son projet. N’importe qui peut, un jour ou l’autre, être amené à utiliser un SIG. Le niveau de compétences requis pour la conduite des opérations les plus basiques (voir géomatique), est généralement celui de technicien supérieur. Mais afin d'assurer une bonne qualité d'interprétation des résultats de l'analyse des données et des opérations avancées, celles-ci sont généralement confiées à un ingénieur disposant d'une bonne connaissance des données manipulées et de la nature des traitements effectués par les logiciels. Enfin, des spécialistes sont parfois amenés à intervenir sur des aspects techniques précis.

Questions auxquelles peuvent répondre les systèmes d'information géographique, et limites[modifier | modifier le code]

Un système d'information géographique doit répondre à cinq questions, quel que soit le domaine d’application :

  • Où : où se situe le domaine d’étude et quelle est son étendue géographique ?
  • Quoi : quels objets peut-on trouver sur l’espace étudié ?
  • Comment : comment les objets sont-ils répartis dans l’espace étudié, et quelles sont leurs relations ? C’est l’analyse spatiale.
  • Quand : quel est l’âge d’un objet ou d’un phénomène ? C’est l’analyse temporelle.
  • Et si : que se passerait-il s’il se produisait tel événement ?

Les systèmes d'information géographique ont comme limites la pertinence, la richesse, et l'occurrence de mise à jour de leurs bases de données, mais aussi parfois les restrictions d'accessibilité ainsi que les droits d'auteurs sur certaines données et informations qui peuvent empêcher la diffusion de cartes, ou empêcher leur réalisation pour les travaux partageant les données de plusieurs systèmes disparates. L'accessibilité peut également souffrir de mesures prises pour protéger des entités particulières lorsque la taille de l'échantillon est trop petite (secret statistique), ou par la présence sur une couche de données d'informations stratégiques et/ou protégées. Enfin certaines requêtes demandent un temps ou une puissance de calcul non disponibles.

Une autre limite de données géographiques est la lisibilité : pour ne pas trop charger la carte, les croisements d’informations ne peuvent guère dépasser trois ou quatre variables par carte. Au-delà, il faut faire plusieurs cartes, ou, si les variables sont nombreuses, et pour ne pas être submergé par une multitude de cartes, s’orienter vers des techniques de représentation sur un graphe unique comme l'iconographie des corrélations. Pour améliorer le rendu cartographique, beaucoup de géomaticiens retravaillent leurs cartes avec des logiciels de traitements graphiques, tels qu'Adobe Illustrator et Inkscape.

Les données du système d'information géographique[modifier | modifier le code]

Les données géographiques possèdent quatre composantes :

  • les données géométriques renvoient à la forme et à la localisation des objets ou phénomènes ;
  • les données descriptives (qui font partie des données attributaires) renvoient à l'ensemble des attributs descriptifs des objets et phénomènes à l'exception de la forme et de la localisation ;
  • les données graphiques renvoient aux paramètres d'affichage des objets (type de trait, couleur...) ;
  • les métadonnées associées, c’est-à-dire les données sur les données (date d'acquisition, nom du propriétaire, méthodes d'acquisition...).

Les données attributaires[modifier | modifier le code]

Il s'agit de données associées à un objet ou une localisation géographique, soit pour décrire un objet géographique, soit pour localiser des informations : nom d'une route, type d'un bâtiment localisé par son adresse, nombre d'habitants d'un immeuble localisé par ses coordonnées Lambert, débit d'un cours d'eau, tension d'une ligne de transport d'énergie, type d'arbres dans un verger localisé par sa parcelle, etc. Les données attributaires sont reliées à la géométrie de l'objet.

Les objets géographiques[modifier | modifier le code]

Trois types d’entités géographiques peuvent être représentés :

  • le point (x,y) ou ponctuel ;
  • la ligne ((x1,y1), ..., (xn, yn)) ou linéaire ;
  • le polygone ou surfacique.

À l'heure actuelle, aucun système d'information géographique ne gère complètement les polyèdres, ou volumiques. Dans le meilleur des cas, celui des logiciels dits 2D½, un point (x,y) peut être associé une cote (z) et une seule.

Deux modes de représentations sont possibles :

  • vectoriel (format vecteur) : les objets sont représentés par des points, des lignes, des polygones ou des polygones à trous ;
  • matriciel (format raster) : il s’agit d’une image, d’un plan ou d’une photo numérisée et affichée dans le SIG en tant qu’image.

Un système de coordonnées terrestres (sphérique ou projectif) permet de référencer les objets dans l'espace et de positionner l'ensemble des objets les uns par rapport aux autres. Les objets sont généralement organisés en couches, chaque couche rassemblant l'ensemble des objets homogènes (bâti, rivières, voirie, parcelles, etc.).


Exemples de données « raster » :

  • Une orthophotographie est une image obtenue par redressement d’un cliché aérien (photo argentique scannée ou photo numérique) pour corriger des déformations dues :
    • au relief du terrain photographié,
    • à la distorsion de l’appareil photographique,
    • à l’inclinaison de la prise de vue.
  • Un scan est une image scannée à partir d'une carte papier, telles la carte géologique du BRGM ou l'OS MasterMap de l'Ordnance Survey.

Topologie[modifier | modifier le code]

Un des avantages des systèmes d'information géographique est que les relations entre les objets peuvent être calculées et donner naissance à des points d'intersection. C'est la topologie. Ceci permet d'éviter la répétition d'objets superposés. Une parcelle bordant une route aura les mêmes sommets que ceux définis pour la route.

Relation objets/données attributaires[modifier | modifier le code]

Le géo-référencement est la technique de mise en relation organisée des objets géographiques et des données attributaires. Il suppose la mise en place dans le système d'information géographique d'un système de repérants normés, dont le rôle est l'équivalent des dépendances fonctionnelles dans les bases de données relationnelles. Ainsi des données alphanumériques, issues de fichiers externes au système d'information géographique lui-même, pourront être croisées avec les informations géographiques du système d'information géographique, donnant lieu à des usages de géoanalyse.

Les métadonnées[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Métadonnée.

Les données manipulées par un SIG viennent de sources et bases de données diverses. Une organisation qui se dote d'un tel système doit avoir à cœur de maîtriser ces sources, de façon à s'assurer :

  • qu'elle est bien au fait de l'ensemble des couches de données disponibles dans l'organisation,
  • qu'elle peut se fier aux résultats obtenus lors de leur utilisation,
  • qu'elle en maîtrise la gestion interne,
  • qu'elle en maîtrise les coûts d'acquisition et de mise à jour,
  • qu'elle est en mesure, le cas échéant, de fournir tout ou partie de ses données à des tiers, en donnant une visibilité suffisante sur la qualité de la fourniture.

C'est pourquoi toute source de données géographiques ne se limite pas à son contenu attributaire et géographique, mais est accompagnée d'informations caractérisant la source elle-même, c'est-à-dire de données sur les données (on les appelle métadonnées).

Quelques exemples de métadonnées (parmi beaucoup d'autres) :

  • Description générale
  • Qualité des données :
    • date de saisie ou de validité - si une donnée est ancienne par rapport aux évolutions des entités qu'elle représente, on peut toujours la faire intervenir dans des calculs, mais les résultats seront à interpréter avec prudence ;
    • précision de la saisie - croiser des données de qualité centimétrique avec des données de qualité hectométrique ne donne jamais que des résultats d'une précision hectométrique !
  • Gestion interne
    • Responsable et localisation
    • date d'acquisition
    • Fréquence de mise à jour
    • date de dernière mise à jour

L'ensemble de ces informations doit pouvoir être facilement accessible et partageable par tous les acteurs intervenant à quelque niveau que ce soit dans le cycle de vie des données au sein de l'organisation. La définition d'un porte-feuille de métadonnées (registre de métadonnées) reste un enjeu pour toute organisation qui fait de son SIG une pièce importante de son activité, et ce qu'elle soit fournisseur de données ou simple utilisatrice.

Afin de faciliter les échanges de métadonnées, elles peuvent être structurées en fonction de la norme ISO 19115. Ce travail de normalisation devrait permettre la constitution de grands annuaires de données géographiques, qui permettront une utilisation optimale de ces dernières.

Logiciels[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Liste des logiciels SIG.

Exemples de bases de données / référentiels[modifier | modifier le code]

  • Corine Land Cover, base de données européenne d'occupation du sol, financée par la communauté européenne.
  • Urban Atlas, base de données d'occupation du sol, plus précise que Corine Land Cover.
  • Plan cadastral informatisé, maintenu par la DGFiP-direction générale des finances publiques).
  • Cartes géologiques au 1/50 000 produites par le BRGM.
  • Cartographie multi-couches du Cap-Vert.
  • BD CARTO : Cette base de données contient les réseaux routiers et ferrés, les unités administratives, le réseau hydrographique, l'occupation du sol, la toponymie et les équipements.
  • BD RHF : Référentiel hydrogéologique français produit par le BRGM.
  • BD CARTHAGE : Référentiel des données sur l'eau de surface produit à l'origine par l'IGN pour le compte du Ministère de l'Ecologie, administré par chaque agence de l'eau.
  • le Référentiel à Grande Echelle (RGE) français, constitué par l'IGN, composé de la BD ADRESSE, BD PARCELLAIRE, BD ORTHO et BD TOPO.
  • OpenStreetMap : base de données cartographique Open Source.
  • Geosignal (accès par WMS).

Utilisations[modifier | modifier le code]

Les SIG sont utilisés essentiellement pour :

Perspectives[modifier | modifier le code]

Le monde des systèmes d'information géographique est en pleine évolution depuis les années 1970. Leur utilisation ne cesse de s'accroître tout comme le nombre de personnes qu'il emploie.

Même s'il manque encore une composante temporelle au SIG ; le « temps », encore difficile à gérer et représenter dynamiquement, les applications SIG / SIRS se développent et s'améliorent rapidement.

Une notion qui est en cours d'évolution dans les SIG est la 3D. L'altitude est prise en compte depuis longtemps, avec les MNT(Modèles Numériques de Terrain) et TIN (Triangular Irregular Network). Certains logiciels SIG 3D existent déjà, c'est le cas de SpaceEyes3D ou encore de Virtual Terrain Project (logiciel libre).

Les SIG tendent à une meilleure interopérabilité et accessibilité via le Web avec :

Ceci devrait permettre des utilisations interdisciplinaires améliorées, par exemple dans le domaine santé-environnement[6] et écoépidémiologie, ou du développement durable ou de la prospective.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. rapport sur la marche et les effets du choléra dans Paris et le département de la Seine. Année 1832
  2. Richard Marsden, John Snow and the Broad Street Cholera Outbreak of 1854, Winwaed Software Technology LLC, (page consultée le 30 novembre 2009).
  3. Juan-Luis Klein,Suzanne Laurin, L'Éducation géographique: formation du citoyen et conscience territoriale, PUQ, 1999, p. 169-170 (ISBN 2760510522).
  4. slater W, 1993, Introductory remarks, international Workshop. Designing spatial information systems to manage biodiversity information, 1-5 mars, Canberra, Australie, 5 pages
  5. Ex : Outils-réseaux en France
  6. Systèmes d’information en santé environnement, enquête AFSSSET/IFEN sur le croisement de données dans le champ santé environnement, juin 2008. Synthèse des résultats (= Action 35 du Plan national santé environnement).

Sources[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Bibliographie[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

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