Les systèmes d’informations géographiques Université de Lille 1 UFR de Géographie et d’Aménagement Master Aménagement Urbanisme et développement des territoires Les systèmes d’informations géographiques Concepts et propos théoriques Emmanuel Bonnet Maître de conférences en géographie

1. Les systèmes d’informations géographiques A. Qu’est-ce qu’un SIG ? • Système informatique permettant, à partir de diverses sources, de rassembler et d’organiser, de gérer, d’analyser et de combiner, d’élaborer et de présenter des informations localisées géographiquement, contribuant notamment à la gestion de l’espace C’est surtout : • Une problématique (décrire, stocker, comparer, comprendre, communiquer, simuler..) • Du matériel (ordinateurs, périphériques, réseaux…) • Des logiciels (Logiciels SIG du marchés, développements spécialisés) • Des données (génériques, spécifiques) • Du savoir faire

Une problématique... pour répondre à des besoins ! Organiser des connaissances thématiques Analyser le territoire Améliorer et simplifier la communication ( partenaires , grand public..) Donner du sens pluridisciplinaire Décider Prévoir, simuler, modéliser

Du matériel Ordinateurs, périphériques, réseaux, GPS… Des logiciels Marché de la géomatique : 300 millions d’euros en France en 2001 + 15% /an D’abord des logiciels de DAO et CAO Des bases de données Couplage dans les SIG Mapinfo ArcGis Géoconcept Open GIS

Des données géométriques localisées Données vecteurs Données maillées Référentiel cartographique homogènes

Du savoir-faire !! Avoir à l’esprit ces paramètres pour réaliser un SIG Des connaissances méthodologiques et théoriques sont indispensables Éviter de devenir un pousse bouton !

B. L’information géographique Les réponses aux questions suivantes sont indispensables : Où ?: recherche spatiale d'objets par rapport à leurs caractéristiques, Quoi ?: recherche de caractéristiques d'objets par rapport à leur positionnement, Comment ?: recherche de relations qui existent entre différents objets, création d'une nouvelle information par croisement d'informations, Quand ?: recherche de changements intervenus sur les données, Et si ?: définir en fonction de certaines hypothèsesl'évolution du terrain, étude d'impact.

C. Les fonctionnalités d’un SIG Un SIG répond à 5 fonctionnalités (les 5 A) •Abstraction: modélisation de l'information, •Acquisition: récupérer l'information existante,alimenter le système en données, •Archivage: stocker les données de façon à les retrouver et les interroger facilement, •Analyse: réponses aux requêtes, coeur même du SIG, •Affichage: restitution graphique.

D. Modéliser les problèmes spatiaux Construire un SIG revient à modéliser le monde réel : Modélisation du monde réel

Quelques précisions sur les projections! Les projections sont nécessaires à la traduction de phénomènes se déroulant à la surface de la sphère terrestre vers un plan. GÉoide: Figure mathématique complexe cherchant à reproduire la forme réelle de la Terre, correspondant à la surface moyenne des océans (niveau moyen des mers) et à son prolongement sous les terres émergées. Tenant compte de la force de gravité, le géoïde s'ajuste différemment aux masses d’eau et aux masses continentales. La surface réelle de la Terre s’écarte plus ou moins du géoïde moyen selon les variations locales du relief. Ellipsoide: C'est une approximation mathématique du géoïde définie à partir de mesures géodésiques et de la différence entre le rayon équatorial moyen (grand axe de l'ellipsoïde) et le rayon polaire de la terre (petit axe de l'ellipsoïde). Pour passer de l’ellipsoïde à une carte dessinée sur un plan, il est important d’établir une correspondance, la plus fidèle possible, entre les points de l’ellipsoïde et ceux du plan. Ce système de correspondance s’appelle le système de projection.

Coordonnées géographiques Coordonnées planes (projetées) Les coordonnées Coordonnées géographiques Coordonnées UNIVERSELLES continues (longitude, latitude) Coordonnées planes (projetées) Traduit en mètre les coordonnées géographiques à partir d’un point de référence Aucune représentation cartographique en plan (2 dimensions), obtenue à la suite d’une projection, ne peut illustrer fidèlement la surface terrestre sans altérer ces éléments: Les directions, les distances, les surfaces ou les formes des éléments géographiques Cela se fait par l'intermédiaire de deux figurations géométriques de la Terre que sont le géoïde et l'ellipsoïde

Les caractéristiques des projections La nature des altérations: projection conforme: conserve le rapport local des angles et des formes, des figures. projection équivalente: conserve le rapport de surface projection équidistante: conserve les rapports de distance le long de certaines lignes choisies Un système de projection peut être décrit par les caractéristiques suivantes: la surface de projection: en haut à gauche la position de la surface développable, les aspects du système de projection: en bas à gauche les altérations des éléments de la surface à représenter.

Des projections cartographiques différentes signifient des relations spatiales différentes entre des régions.

Introduction à l’analyse spatiale

Principes de l’analyse spatiale Analyse qui se base sur la localisation des entités les unes par rapport aux autres « l’analyse spatiale est l’étude formalisée de la configuration et des propriétés de l’espace produit et vécu par les sociétés humaines »

La notion de distance est fondamentale… Mesure l’écart spatial entre deux lieux ou objets, fait référence à « l’espacement » Plusieurs variantes: euclidienne, Manhattan, distance-coût, distance-temps

Quelques relations spatiales Connectivité (nœuds) Adjacence (frontières) Proximité (distance, zone tampon) Intersection Contenance La position relative (N-S-E-O) La différence d’altitude

Exemples d’adjacence et de proximité

Le Modèle Conceptuel de Données Objectif : réflexion préalable sur la structure d’ensemble du phénomène démarche systématique et systémique ▪ une description « théorique » « globale » d’un phénomène à partir des concepts clés structurant la (les) thématique(s) dont il relève et les finalités de l’application. l’alternative approche hypothético-déductive/ approche empirique… ▪ l’inventaire le plus exhaustif possible de l’ensemble des composantes du risque et de leurs interrelations, structuré selon les échelles d’analyse géographique pertinentes Moyen: la modélisation hypergraphique (Hypergraph Based Data Structure) de l’école de F. BOUILLÉ 4 concepts fondamentaux: Objets Classes Attributs Liens

identifier les concepts constitutifs du risque / décliner du niveau le plus global au niveau le plus fin tous les types d’objets et types de liens possibles

Démarche d'élaboration d’un SIG

«  Beaucoup de SIG ont été mis en œuvre dans le cadre de démarches intuitives, notamment pour la conception de la base de données. On accumule des primitives géométriques dans des couches graphiques, on ajoute des attributs, et on enrichit progressivement la base de données avec de nouvelles couches et de nouveaux attributs…jusqu’à la prise de conscience de la mauvaise organisation des données suscitée par la rencontre de problèmes d’utilisation. » (H. Pornon, 1993)

F. Et la cartographie … dans les SIG ? La cartographie n’est pas la finalité des SIG Il y a aussi la production de données géographiques Les outils SIG ne permettent pas une cartographie sémiologiquement correcte … Exportations… maîtriser la chaîne graphique !

La sémiologie graphique Les SIG ne font pas de bonnes cartes ! C’est à l’utilisateur de concevoir la carte, pas au logiciel ! Respecter les règles de la sémiologie graphique (J . Bertin entre autres…)