Introduction à la topographie et à l'arpentage

Introduction

• La topographie et l'arpentage sont fondamentaux pour collecter et analyser des données géospatiales, essentielles à l'aménagement du territoire, à la cartographie, à l'ingénierie et à la gestion des ressources naturelles.
• Ce module initie les apprenants aux concepts de base, aux équipements modernes et aux techniques de mesure précises sur le terrain.
• Les données de terrain sont essentielles pour une meilleure compréhension des autres données dans un Système d'Information Géographique (SIG).
• L'accent est mis sur la préparation des missions de collecte, l'utilisation d'outils de mesure traditionnels et avancés (GPS, GPS différentiel, station totale) et l'exploitation des technologies modernes comme les drones.
• Les applications mobiles comme Kobotoolbox sont incluses.
• Les participants apprendront à manipuler les instruments, à collecter des données fiables et à les intégrer dans des SIG.
• Le module constitue une base pour comprendre comment les données d'un SIG sont collectées.

Bases de topographie et d’arpentage

• La topographie étudie les formes du terrain et positionne des points géographiques précis.
• Elle permet de représenter fidèlement la surface terrestre pour l'urbanisme et l'agriculture.
• L'arpentage mesure précisément les distances, les angles et les élévations, afin de produire des cartes et des plans.
• Ces disciplines combinent des techniques classiques et modernes pour produire des cartes, des plans et des modèles numériques précis, indispensables à l'aménagement du territoire, à la construction et à la gestion des ressources naturelles.
• L'association de ces disciplines avec les SIG offre des outils puissants pour intégrer, analyser et visualiser les données géographiques collectées sur le terrain.
• Les SIG centralisent, analysent et visualisent les données, enrichies par des couches d'information supplémentaires (images satellitaires, modèles d'élévation).
• Les données d'arpentage peuvent être intégrées dans un SIG pour créer des cartes interactives pour la gestion de projets urbains ou environnementaux, améliorant ainsi la précision, la portée et l'efficacité des analyses géospatiales.
• L'objectif de la topographie est de décrire un lieu, avec "Topos" signifiant "Lieu" et "Graphein" signifiant "Dessiner" en grec.
• La topographie est une technique pour exécuter, exploiter et contrôler des observations concernant la position planimétrique et altimétrique, la forme, les dimensions et l'identification d'éléments concrets à la surface du sol.
• Elle vise à représenter à plat une étendue de terrain à une échelle donnée, comportant des détails sur un plan ou une carte.
• La topographie détermine la position et l'altitude de n'importe quel point dans une zone donnée (continent, pays, champ), avec des détails naturels (cours d'eau, roches), artificiels (routes, bâtiments) et conventionnels (limites communales).

Echelle

• L'échelle est le rapport entre la distance sur une carte et la distance réelle au sol, représentant un coefficient de réduction sous forme de fraction.
• L'échelle n'a pas d'unité.
• Pour mesurer une distance sur une carte, les unités employées doivent être identiques au numérateur et au dénominateur.
• En Côte d'Ivoire, les cartes topographiques standards utilisent une échelle de 1/50 000, où 1 cm sur la carte équivaut à 50 000 cm au sol.
• L'échelle peut être affichée numériquement (fraction) ou graphiquement (règle graduée).
• L'échelle numérique exprime le rapport sous forme de fraction (exemple : 1/25 000 où 1 cm sur la carte correspond à 25 000 cm sur le terrain).
• L'échelle graphique représente le rapport à travers une règle dessinée, graduée en unités de distance réelles (kilomètres).
• Une carte est dite à grande échelle quand la réduction est faible (petit dénominateur), représentant un espace de petites dimensions avec de nombreux détails (exemple : plans au 1/5 000).
• Une carte est dite à petite échelle quand la réduction est importante (grand dénominateur), représentant une grande surface avec des détails limités (exemple : planisphères au 1/500 000).
• Plus le dénominateur est grand, plus l'échelle est petite.

Altitude

• L'altitude d'un point est sa distance verticale par rapport au niveau de référence, généralement le Niveau Moyen des Mers (NMM).
• Sur une carte topographique, l'altitude est exprimée en mètres et indiquée par des points ou des courbes de niveau.
• Les courbes de niveau relient des points à la même altitude et visualisent le relief du terrain.
• L'altitude est calculée à partir des courbes de niveau en utilisant l'équidistance (différence entre deux courbes consécutives) et la position relative du point.
• L'altitude est essentielle en topographie et en arpentage, pour représenter le relief d'un terrain et établir des plans et des cartes topographiques utilisées dans les projets d'aménagement, de construction ou de gestion des ressources.
• En urbanisme, l'altitude aide à concevoir des infrastructures adaptées aux contraintes du relief, comme la localisation des bâtiments, des routes et des réseaux d'évacuation des eaux.
• L'altitude est cruciale pour calculer les volumes de terrassement dans les travaux publics et pour évaluer les risques liés aux zones en altitude (inondations, glissements de terrain).

Pente

• La pente représente l'inclinaison d'un terrain par rapport à une surface horizontale.
• Elle est généralement exprimée en pourcentage (%), calculée comme le rapport entre la différence d'altitude (ou dénivelée) et la distance horizontale parcourue, multiplié par 100.
• Une pente de 100% signifie que la dénivelée est égale à la distance horizontale.
• L'espacement des courbes de niveau reflète la pente: des courbes rapprochées indiquent une pente forte, tandis que des courbes espacées signalent une pente faible.
• Elle permet d'évaluer la faisabilité des travaux d'infrastructure (routes, voies ferrées, canaux), car des pentes abruptes peuvent nécessiter des solutions coûteuses (tunnels, viaducs).
• Elle a un rôle clé dans l'analyse des terrains en topographie et en arpentage, car elle influence directement les choix techniques et stratégiques.
• Elle permet de concevoir des systèmes d'irrigation efficaces et de limiter l'érosion des sols.
• Elle sert à évaluer la stabilité d'un terrain, à planifier des travaux d'aménagement, à garantir la sécurité et la durabilité des projets.

Mesure de l’altitude et de la pente

• La mesure de l'altitude et de la pente s'effectue avec divers équipements et techniques.
• L'altitude peut être déterminée par un altimètre barométrique, un niveau optique ou laser, ou des systèmes GNSS modernes avec corrections différentielles.
• Les techniques de triangulation ou de nivellement géométrique sont également utilisées
• La pente est mesurée en calculant le rapport entre la dénivelée et la distance horizontale grâce à des outils comme les clinomètres, les niveaux optiques avec jalons gradués ou les télémètres laser à fonction de mesure d'angle.
• Ces méthodes permettent des relevés précis, essentiels pour la topographie et l'arpentage dans différents domaines.

Plan and Carte

• Un plan est une représentation graphique d'une portion limitée de la terre, obtenue par projection orthogonale sur une surface plane, avec tous les détails à l'échelle.
• Les plans et les cartes représentent graphiquement les principaux objets du terrain.
• L'établissement est basé sur les données recueillies lors des levés topographiques.
• Les plans sont des croquis à grande échelle, tandis que les cartes sont des représentations à petite échelle.
• Différents types de plans existent, comme les plans de situation de propriété (1/2000), les plans de voirie (1/200), les plans parcellaires (1/1000 - 1/500), les plans d'architecture (1/50) et les plans topographiques d'études (1/5000).
• Une carte est une représentation conventionnellement réduite d'une portion de terrain à petite échelle.
• Les échelles des cartes (géographiques, topographiques, routières) varient du 1/1000000éme au 1/25000éme.
• La carte montre les variations et les développements des phénomènes dans le temps, ainsi que leurs mouvements et déplacements spatiaux.
• Il existe différents types de cartes: topographique (détails concrets), thématique (phénomènes localisables), de base (recouvrant un territoire avec les mêmes caractéristiques techniques).
• Les cartes utilisent des codes couleurs pour synthétiser le paysage (exemple : bleu pour l'eau, vert pour la végétation, orange pour le relief, noir pour les indications écrites et les infrastructures, jaune pour les routes non classées, rouge pour les routes principales).
• L'établissement englobe plusieurs sciences et techniques, dont la géodésie (étude de la forme et des dimensions de la Terre), la cartographie (élaboration de cartes), la photogrammétrie (mesure et représentation à partir de photographies), la topométrie (mesures et calculs pour établir des plans) et les levés topographiques (établissement de plans pour les travaux publics).
• Les projets d'aménagement sont basés sur des données topographiques réalisées sur le terrain, le topographe implante les éléments planimétriques et altimétriques nécessaires.

Applications de la topographie

• La topographie est impliquée dans de nombreuses activités.
• La topographie de construction consiste à déterminer les altitudes pour la construction de réseaux et de poteaux d'éclairage.
• La topographie routière est liée aux autoroutes, aux chemins de fer et aux travaux sur de grandes distances, comme les implantations des axes et le piquetage des courbes routières.
• La topographie cadastrale consiste à déterminer la délimitation et le morcellement des propriétés foncières.
• La topographie souterraine s’intéresse à la détermination de l'orientation et des dimensions des galeries et au calcul des volumes.
• La topographie industrielle s'oriente vers les aménagements des installations industrielles.

Différence avec le plan d'arpentage

• Un plan topographique n'est pas un plan d'arpentage légal, sauf s'il est certifié par un arpenteur-géomètre.
• La certification confirme que des recherches approfondies sur les limites ont été menées, que les limites ont été marquées et ajoutées au plan.
• Une fois certifié, un plan topographique est particulièrement utile.

Unités de mesure en topographie

• Les unités de mesure en topographie sont : distances en mètres (m) ou kilomètres (km), angles en grades (gr), et surfaces en mètres carrés (m²).

Equipments de topographie

• Mesurer et enregistrer avec précision les données topographiques (distances, angles, altitudes, coordonnées) à l'aide d'instruments.
• Les équipements vont des accessoires basiques (jalons, fils à plomb) aux instruments modernes (stations totales, GPS).
• Identifier et décrire les différents équipements utilisés.
• Expliquer le fonctionnement des instruments (théodolites, niveaux, stations totales).
• Comprendre les applications pratiques dans divers contextes professionnels.
• Maîtriser les bases de l'utilisation des instruments pour des mesures fiables.

Accessoires de base

• Les accessoires effectuent des mesurages complets en topométrie.
• Les accessoires principaux sont : jalons, rubans, fils à plomb, prismes, équerres optiques, trépieds.
• Les jalons améliorent la visibilité d'un point au sol grâce à des tiges en bois ou en métal, avec des bandes rouges et blanches, et une pointe métallique.
• Les mires sont des règles graduées de 2 à 5 mètres en bois, en métal ou en fibre de verre, avec graduations en mètres, décimètres et centimètres.
• La mesure des niveaux (distance relative à une surface de référence) est effectuée avec les mires à voyant et parlantes.
• Le fil à plomb, composé d'un fil et d'un poids en laiton conique, détermine la verticale du lieu pour transférer l'axe vertical au sol.
• Les trépieds, sont composés de trois pieds en bois ou en métal avec des pointes, supportant les appareils de mesure (théodolites, niveaux, GPS).

Equipments modernes

• Les progrès technologiques ont transformé la topographie.
• Les équipements comme les théodolites électroniques, les stations totales et les récepteurs GPS offrent précision, rapidité et efficacité.
• Ces équipements simplifient les mesures, collectent, traitent et stockent des données de manière fiable.
• Ils répondent aux besoins des géomètres, ingénieurs et urbanistes.
• Le théodolite optique est l'instrument fondamental de la géodésie par triangulation permettant de mesurer les angles.
• Il permet également de déterminer les distances, de tracer les alignements droits eteffectuer le nivellement ordinaire.
• Un théodolite électronique facilite le travail, assure le gain de productivité et améliore l'exactitude des angles.
• Les stations totales sont des théodolites électroniques équipés d'un distancemètre intégré et d'un module d'enregistrement qui remplace le carnet de notes à papier.
• Le module permet de stocker des informations complémentaires.
• Le tachéomètre est un appareil multifonctionnel combine la mesure des distances avec celle des angles.
• Les récepteurs GPS déterminent les coordonnées géographiques (longitude, latitude, hauteur ellipsoïdale) à partir des signaux satellites.

Récepteurs GPS

• Les récepteurs GPS sont déclinés en plusieurs modèles adaptés à différents besoins et applications dont : GPS de navigation offrent une précision modérée, entre 5 et 10 mètres, GPS différentiel améliore la précision à environ 1 mètre, GPS RTK permet une précision centimétrique.
• Les stations GNSS multi-constellations utilisent non seulement le GPS mais également d'autres systèmes Galileo ou BeiDou, offrant une couverture et une précision accrues.
• Les instruments de nivellement mesurent évaluent et les différences d'altitude entre différents points ils sont essentiels au processus de nivellement.
• Les niveaux automatiques optiques ou les niveaux à faisceau horizontal utilisé pour mesurer des dénivellations.
• Les niveaux numériques laser numériques.
• Les niveaux laser rotatifs avec un faisceau laser horizontal à 360 degrés permettant des nivellements de grande envergure.

Préparation d’une mission de collecte

• Collecter des données sur le terrain est impératif pour les études scientifique, environnementale ou socio-économique.
• Une planification rigoureuse afin d'optimiser les ressources et de minimiser les erreurs.
• Une préparation rigoureuse est nécessaire pour assurer la qualité et la fiabilité des données.
• Étapes clés: planification et logistique, la formation des équipes, la méthodologie, les tests pilotes et la gestion des données.

Planification et préparation

• Les équipes doivent être d'au moins quatre personnes pour collecter des données socio-économiques et inclure au moins une personne de la région.
• Clarifier les objectifs.
• Utiliser des cartes et des images afin d'identifier les zones à étudier.
• Organiser le transport l'hébergement et l'approvisionnement.

Constitution des équipes

• Les équipes doivent être formées de quatre personnes au minimum.
• Certaines personnes doivent détenir une expérience particulière.
• Recruter des techniciens locaux.

Sélection des sites d'échantillonnage

• Les cartes couvrant le site sont indiquées sur la localisation de l'unité d'échantillonage (UE).
• L'itinéraire sera prévu à l'avance afin de faciliter l'accès au site d'échantillonage.

Logistique

• Points de référence identifiés durant la phase.
• Organiser le transport.

Formation des équipes de terrain

• Former les membres sur les techniques de collectes.
• Être formé à la maîtrise des équipements.
• Connaître les coutumes locales.

Methologie de collecte des données

• Choix avec un certain nombre de méthodes pour mener à bien la collecte.
• Collecter les données avec des formulaires.
• Protocoles établis.

Tests pilotes

• Réaliser des tests pilotes pour identifier et résoudre les problèmes potentiels.
• Apporter les modifications nécessaires aux protocoles.

Documentation et gestion des données

• Mettre en place la base des donnée.
• Assurer la sauvegarde régulière.
• Apporter de la confidentialité.

Manipulation de quelques équipements

• Cette section présente l'utilisation des instruments de mesure topographique.
• Ces instruments sont essentiels aussi bien pour les topographes et les géomètres.

Manipulation d’un GPS

• Outil essentiel pour la collecte des donnés.
• Localise les points géographiques avec une grande précision qui est également utilisé dans le secteur de l'agriculture.

Enregistrement d'un point GPS

• Waypoin pour se repérer.

Utilisation d'un GPS

• Indication de l'échelle.

Utilisation d'un GPS différentiel

• Cette technologie permet le positionnement.

Instruments pour les mesures et le calcul pour données

• Le DGPS améliore la précision.

Mesure avec une station totale

• Instrument pour mesurer avec précision les distances.

Installation et calibrage

• Mesure des prises de vue.

Kobotoolbox

• Collecte et gestion des donnés de terrain.
• Accessible hors ligne, même sans compétence.

Types de Kobotoolbox

• Idéal pour les enquêtes socio-économiques.

Drones

• Aéronef sans pilote utilisé dans de nombreux domaines dont la cartographie.
• Drones pour la photographe.

Vol de photographie

• Pour assurer les vols en toute securité.

Images satellitaires

• Photographie de la Terre,
• Utilisés dans le domaine de la cartographie.

Images optiques (passives)

• Capture de la lumière visible et infrarouge réfléchie.

Satelites

• Exemples : Sentinel et Landsat.