Transcript Cours de géodésie ( Histoire de la géodésie)

Université Hassan II de Casablanca
Master SIGTAGE
MODULE DE GEODESIE / G.P.S.
histoire de la géodésie
Pr. Abdessamad Ghafiri
1
Année universitaire 2014/2015
2013-2014
Université Hassan 2- Mohammedia
Master Systèmes d’information Géographique
2013 / 2014
Petite Histoire de la
Géodésie
Actuel
A.Ghafiri
2500 av. J.-C..
Pr. Abdessamad Ghafiri
2
2013-201
L’antiquité
A.Ghafiri
La
plus
ancienne
carte
géographique connue figure sur une
tablette d'argile sumérienne provenant
des fouilles de Ga-Sur à Nuzi (Irak).
Elle date de 2500 avant notre ère et se
trouve au Musée Sémitique de
l'Université de Harvard à Cambridge
(États-Unis).
3
Reconstitution hypothétique de la carte du monde d’Anaximandre (vers 610 - 546 av. J.-C.)
2013-201
L’antiquité
Avant le VI siècle av. J.-C.
A.Ghafiri
Une autre carte géographique, dite «mappemonde babylonienne» se trouve sur une
tablette conservée au British Museum à Londres. Elle résume les connaissances
géographiques des anciens peuples de la Mésopotamie et comprend les éléments suivants
: le fleuve Euphrate descend d'une région située au Nord, schématisée par un demi-cercle.
Sur les rives de ce fleuve s'élevait Babylone.
La Terre est plate puisque c'est ainsi que nous la révèle l'expérience quotidienne.
On attribue à Thalès (VI siècle av. J.-C.) l'idée d'une Terre en forme de disque flottant sur
un océan infini.
4
Reconstitution hypothétique de la carte du monde d’Anaximandre (vers 610 - 546 av. J.-C.)
2013-2014
L’antiquité
L’apport des philosophes grecs (à partir des Ve / IVe siècles av. J.-C.)
En Grèce, la démocratie et la spéculation philosophique amènent au débat contradictoire
sur la forme de la terre.
A.Ghafiri
Pythagore reconnaît que la terre est sphérique, hypothèse étayée par quelques
arguments :
- Argument 1: navire qui arrive de l'horizon.
5
Lorsqu'un voilier s'éloigne au large, sa coque disparaît avant son mât...
2013-2014
L’antiquité
L’apport des philosophes grecs (à partir des Ve / IVe siècles av. J.-C.)
A.Ghafiri
- Argument 2 : position de l'étoile polaire dans le ciel en fonction de la latitude
6
En deux lieux différents du globe, la direction d'une étoile ne fait pas le même angle avec la verticale
(Cosmographie universelle, de Sébastien Munster (1550), Bibliothèque Nationale, Paris)
2013-2014
L’antiquité
L’apport des philosophes grecs (à partir des Ve / IVe siècles av. J.-C.)
- Argument 3 : les éclipses
A.Ghafiri
Preuve que la Terre est ronde en
observant les éclipses.
Gravure du XVIIIe siècle
(Observatoire de Paris)
7
2013-2014
L’antiquité
L’apport des philosophes grecs (à partir des Ve / IVe siècles av. J.-C.)
En Grèce, la démocratie et la spéculation philosophique amènent au débat contradictoire
sur la forme de la terre.
Pythagore reconnaît que la terre est sphérique, hypothèse étayée par quelques
arguments (navire qui arrive de l'horizon, position de l'étoile polaire dans le ciel en
fonction de la latitude, éclipses).
Aristote conduit à la notion de masse terrestre s'organisant sous la forme d'un globe
parfait au centre de l'univers. Pendant toute la suite de l'Antiquité, et au Moyen âge
encore, c'est cette vision qui l'emportera.
A par les épicuriens, tout le monde admet l'idée d'une terre sphérique.
A.Ghafiri
L'école d'Alexandrie s'attacha à donner les dimensions de la terre. C'est le cas
d'Eratosthène (IIIe siècle Av. J. C.) qui à l'aide de mesures astronomiques détermina la
courbure de la terre et son périmètre.
8
2013-2014
L’antiquité
L’apport des philosophes grecs (à partir des Ve / IVe siècles av. J.-C.)
La détermination du rayon de la Terre par Ératosthène
« Ayant remarqué que, le jour du solstice d'été, un puits de Syène (Assouan) était éclairé
jusqu'au fond, Ératosthène évalua la distance zénithale du Soleil ce même jour à
Alexandrie, et en déduisit la valeur de l'angle compris entre les zéniths de ces deux villes
(7°12) ; au moyen de cet élément et de la distance de Syène à Alexandrie (5000
stades), il parvint a fixer la longueur de la circonférence terrestre (qu'il estima à 250 000
stades), par une méthode à la fois astronomique et géométrique. De ce résultat nous
pouvons estimer à 6267 km le rayon terrestre ».
A.Ghafiri
Méthode d'Ératosthène pour
déterminer le rayon de la Terre
(IIIe av. J.-C.)
9
2013-2014
Le moyen âge
La science antique continue à fructifier dans le monde arabo-musulman alors que
quelques théologiens continue à adopter la théologie biblique et l’idée d’une terre plate
(Saint Augustin,…)(absurdité d’humains vivant la tête en bas !).
A.Ghafiri
A cette époque on
admet une terre
sphérique placée au
centre du monde
formé d’un
emboîtement de
sphères.
10
Cosmographie de Ptomémée
par Schenk et Valk
(XVII-XVIII siècles)
2013/2014
k
11
Et les arabes
 Les travaux arabes intéressant l'astronomie et la géodésie furent nombreux et variés. Ce
sont surtout des savants de la cour du calife de Bagdad qui se sont distingués au début.
 Ainsi, vers l'an 800, le calife abasside Hâroun ar-Rachîd (766–809) a pu envoyer
à Charlemagne une horloge à poids perfectionnée. Son fils Al-Ma’mūn s'érigea en
protecteur des arts et des sciences et fit de sa capitale Bagdad le principal centre culturel
de l'époque.
Une équipe d’astronomes-géodésiens arabes au travail.
Noter la panoplie d’instruments à leur disposition.
2013/2014
Et les arabes
k
 Des mesures du méridien furent effectuées selon le même principe d’erastosthene
vers 827, entre Damas et l'Euphrate, et fournissaient une valeur équivalente
à 115.1 km par degré de latitude, donc trop élevée d'environ 0.850 km soit moins de
???%.
 En l'an 1000, l'école arabe d'astronomie brille, grâce à des savants comme Abou Wefa et
Ibn Younis qui proposent pour les constantes astronomiques fondamentales des valeurs
assez précises : obliquité de l'écliptique, inégalités lunaires, précession des équinoxes,
etc. Les observations de ces savants arabes seront utilisées huit siècles plus tard en tant
qu'évidence prouvant que l'excentricité de l'orbite terrestre varie.
 En outre, Ibn Younis mesure le temps à l'aide d'un pendule, six siècles avant
que Galilée ne redécouvre la loi des petites oscillations isochrones.
12
2013-2014

Al Idrissi (Erdisi, v.1100–v.1165) achève en 1154 son livre intitulé « Description
complète des villes et des territoires ». Il s'agit d'une compilation de travaux concernant
la géographie universelle.
Carte du monde établie par Al Idrissi (v.1160).
remarquez que la carte est orienté sud/nord
13
2013-2014
La renaissance
Les voyages de Christophe Colomb (1492, Amérique centrale), de Vasco de Gama 1498,
contournement de l'Afrique), de Magellan (1520, tour du monde),et de Jacques
Cartier (Canada) apportèrent un changement important de représentation de la terre et
surtout reposent à nouveau les questions sur les dimensions de la terre.
C'est encore à cette époque que le Hollandais Gerhard Kremer, dit Mercator, propose
la projection cartographique qui porte son nom et qui est adapté aux navigateurs
(apparition de la perspective ou de la projection chez les peintres de la renaissance).
A.Ghafiri
C’est en 1533 que Gemma Frisius pose les fondements de la géodésie moderne en
décrivant les principes de la triangulation moderne. En mesurant la longueur d'un côté
de départ (la base) et l'ensemble des angles, on peut par trigonométrie établir la
longueur de tous les côtés des triangles. Il reste à orienter le réseau de triangles par
rapport au méridien pour connaître par projection la distance entre les deux lieux. La
détermination de la différence de latitude se fait par l'observation de la distance zénithale
d'une même étoile.
14
2013/2014
La triangulation
Six-cent ans avant l'ère chrétienne, Thalès mit au point une méthode qui permet de déterminer une distance en
calculant la longueur de l'un des côtés d'un triangle, et en mesurant deux angles de ce triangle. Cette méthode
utilise des identités trigonométriques
Les propriétés souvent utilisées pour la triangulation
sont:


La somme des angles d'un triangle est égale à
π radians (180 degrés).
La loi des sinus
,

Le théorème d’Al Kashi

Le théorème de Pythagore
.
BC2 + AC2 = AB2
Une triangulation est une façon de découper une surface en une collection de triangles.
À partir d'un point de référence, on peut ainsi déterminer la position des différents points d'un territoire et réaliser
un maillage. Ce maillage permet ensuite d'avoir une cartographie précise.
15
2013-2014
A.Ghafiri
16
La renaissance
Mesure de la largeur d'une rivière au XVI siècle. On se sert d'une triangulation au moyen d'un
compas de visée. L'illustration est tirée d'un livre de Hulsius qui à l'époque constituait le traité le plus
complet sur le quadrant et son application en astronomie et en topométrie.
A.Ghafi
2013-2014
Le réseau géodésique marocain
17
2013-2014
Nouveau Réseau de Nivellement
A.Ghafi
métrage total : 13608 km
Nombre de repères : 4996 repères
Nombre de bornes : 2824 bornes
18
2013-2014
Toujours pendant la renaissance
Et le Soleil détrôna la Terre
L'héliocentrisme fut l'objet d'interdits religieux. Galilée fut condamné
en 1633 pour son livre le dialogue sur les deux grands systèmes du monde. Les
interdits furent levés en 1741 et 1757 .
A.Ghafiri
Galilée face au tribunal de
l'Inquisition Catholique
Romaine (peint au XIXe
siècle par Joseph-Nicolas
Robert-Fleury)
19
Cette période correspond aussi à des avancées importantes en instrumentation
(Kepler, 1611, télescope ; théodolite….)
2013-2014
Toujours pendant la renaissance
Pendant cette époque, la théorie de l'héliocentrisme (Copernic, 14731543 ; Galilée, 1522-1591) s'est opposée à la théorie du géocentrisme, lors de
la controverse ptoléméo-copernicienne, entre la fin du XVI siècle et le début
du XVIII siècle .
A.Ghafiri
Nicolas Copernic (1472–1543),
(peinture de Jan Matejko
20
2013-2014
Le XVII et XVIII ème siècle
L'abbé Picard (1620-1682) utilise la triangulation géodésique en 1669-1670. « L'arc
qu'il entreprend de mesurer s'étend de Malvoisine (à 30 km au sud de Paris) jusqu'à
Sourdon (à 20 km d'Amiens) et comprend treize triangles principaux. Grâce à une
instrumentation perfectionnée par ses soins, il peut effectuer des mesures précises et
obtient pour le degré du méridien une longueur de 57 060 toises, soit un peu plus de 111
km. Picard peut vraiment être considéré comme le père de la géodésie géométrique.
A.Ghafiri
La terre est-elle vraiment une sphère ?
Huygens (1629-1695) et Newton (1642-1727 ) invoquent en 1687 des raisons
théoriques pour construire un modèle de terre primitivement fluide, à l’équilibre sous
l’action des forces de gravité et centrifuge dont la forme serait celle d’un ellipsoïde de
révolution autour de l’axe des pôles et aplati au pôles.
Isaac Newton et sont article Phil. Natur. Principia, 1687
21
2013-2014
Le XVII et XVIII ème siècle
Les géomètres et les astronomes se partagèrent donc en deux camps : les uns, les
Anglais à leur tête, soutenaient les idées de Newton sur l'aplatissement; les autres,
surtout ceux qui en France subissaient l'influence des Cassini, concluaient à un
allongement.
Pour trancher, l‘académie des sciences (France) prit donc, en 1734, le parti de faire
mesurer un arc de méridien près de l'équateur et un autre près du pôle. Deux
expéditions furent conduites
 Une au Pérou (1735, Godin (1704-1760) Bouguer (1698-1758) La Condamine (1701-1774))
 Une en Laponie (1736, Maupertuis (1698-1759), Clairaut (1713-1765)).
La théorie de Newton triomphe, la terre est aplatie aux pôles
Commentaire de Voltaire :
"Vous avez confirmé dans ces lieux pleins d'ennuis, ce
que Newton connut sans sortir de chez lui"
A.Ghafiri
Ces missions permirent de calculer le coefficient d'aplatissement de la
Terre, soit 1/298 et de définir l'ellipsoïde référence, forme théorique
de la Terre.
22
En 1799, l’Académie des sciences (Delambre) choisit le
mètre comme unité de mesure de longueure sur la base de
1 mètre = 10 000 000ème partie du méridien terrestre.
C’est la naissance du système métrique
Rapport de Bouguer(1749 ?)
2013-2014
Le XIX ème siècle
Gauss (1777-1855) va plus loin en 1828 dans le concept de figure de la terre. S’agit il de
la surface réelle, de l’ellipsoïde de référence ou de la surface perpendiculaire au champ
de pesanteur comme le niveau moyen des mers ? « Il distingue une surface
mathématique (la surface ellipsoïdale de référence) et une surface physicomathématique (la surface normale à la pesanteur) jusqu'alors confondues.
A.Ghafiri
La première a la forme régulière d’un ellipsoïde de
révolution dont les paramètres (aplatissement et
rayon équatorial) sont déterminés à partir des
mesures d’arcs de méridien pour s’approcher au
plus près de la surface réelle. Elle constitue une
surface théorique de référence sur laquelle des
calculs peuvent être effectués; son étude est du
ressort de la géodésie géométrique.
23
La deuxième est la surface équipotentielle
coïncidant avec le niveau moyen des océans,
prolongé sous les continents. Son étude est du
ressort de la géodésie dynamique. Elle est
dénommée géoïde par Listing (1808-1882) en
1873 » (V. Deparis, 2001).
Carl Friedrich Gauss (1777-1855)
2013-2014
Le XX ème siècle
Le XXème siècle se caractérise par une unification des modes de représentation
géodésique à l’échelle internationale. La géodésie va connaître des avancés
considérables, conjointement au développement générale des sciences de la Terre
Extension des réseaux de triangulation à la terre entière et à coordonner tous ces
travaux par le biais de l’Association Géodésique Internationale (Berlin, 1864) et
ultérieurement par l’IUGG (1919).
Pour des raisons d’ordre militaire (cartographie précise) la cartographie des irrégularités
du relief devient aussi une priorité.
Les mesures de pesanteur se multiplient permettant d’affiner l’ellipsoïde de référence et
le géoïde.
A.Ghafiri
Les techniques spatiales satellitaires démarrées dans les années 60 ont multipliés les
types d’observation et la quantité de données (accéléromètres embarqués, télémètres
laser, mesures doppler, radar). .
24
2013-2014
A.Ghafiri
25
La géodésie marocaine au XX ème siècle
La première infrastructure géodésique marocaine a été mise en place par la France durant la période du
protectorat .Elle est passée par les étapes suivantes :
- 1905, premières opération de triangulation
- 1908, Le Bureau Topographique du Maroc est créé
- 1910, les premières feuilles topographiques au 1/ 100.000 Beni Snassen, Oujda et environ de
Casablanca sont publiées
- 1920, le Service Géographique du Maroc est monté entièrement à Casablanca
− Entre 1907 et 1924, il y a eu la mise en place d’une géodésie expédiée dans l’oriental et la région de
Casablanca qui servait comme base pour une cartographie de reconnaissance.
− A partir de 1924:
− La géodésie s’est caractérisée par :
− l’extension du réseau de triangulation de 1er ordre et sa densification
− La diversité des système de coordonnées.
− Après l’indépendance et plus particulièrement en 1975, il y a eu compensation du réseau de 1er
ordre en un seul bloc ce qui a révélé une discordance de l’ordre du mètre par rapport aux premières
déterminations.
− En 1983-84, il y a eu détermination de 28 stations Doppler en collaboration avec la DMA (Defense
Mapping Agency des USA).
− L’année 1995 s’est marquée par la détermination de 12 stations GPS absolues uniformément reparties
sur le territoire en collaboration avec la DMA ( Défense Mapping Agency des USA).
− En gravimétrie, des campagnes ont été réalisée en 1987 (4000 points levés) suivies par la
détermination de trois stations absolues en 1993 en collaboration avec la DMA.
2013-2014
Quelques références bibliographiques
DE MARTONNE Edouard. Développement de la cartographie militaire au Maroc. In: Annales de Géographie, t. 30,
n°166, 1921. pp. 304-307.
Carlo DENIS, 1999, Le développement historique de la géodésie ,Institut d’Astrophysique et de Géophysique, Université
de Liège; 128 p.
A.Ghafiri
http://www.ign.fr/sites/all/files/geodesie_histoire.pdf Rappel historique sur la notion de géodésie IGN, 2008,
http://www.saga-geol.asso.fr/Geologie_page_conf_forme_Terre.html La forme de la Terre, d'Aristote aux satellites
géodésiques Daniel Raymond
http://planet-terre.ens-lyon.fr/article/histoire-forme-Terre.xml La forme de la Terre : plate, oblongue ou aplatie aux pôles ?
Vincent Deparis
http://www.cosmovisions.com/geodesieChrono. La forme et les dimensions de la Terre , L'histoire de la géodésie
http://www.saga-geol.asso.fr/Geologie_page_conf_forme_Terre.html
https://fr.wikipedia.org/wiki/Figure_de_la_Terre_au_Moyen_%C3%82ge
26