Dans l’univers du positionnement GNSS et de la cartographie, deux surfaces de référence coexistent : l’ellipsoïde et le géoïde.
À première vue, la distinction semble technique, mais pour les dronistes qui produisent des livrables précis (MNT, orthophotos, modèles 3D), ne pas comprendre cette différence peut conduire à des erreurs de plusieurs dizaines de mètres en altitude (entre -20 et +80m dans les Alpes).
Voici pourquoi ce sujet mérite toute votre attention et comment la France fixe précisément son "niveau zéro" d'altitude.
L’ellipsoïde : une Terre mathématique et lisse
L’ellipsoïde de révolution est une forme géométrique simple : une sphère aplatie aux pôles. On utilise cette surface pour modéliser la Terre de manière uniforme et calculer des coordonnées GNSS (latitude, longitude, hauteur ellipsoïdale).
Le plus courant est l’ellipsoïde de référence du système WGS84, utilisé par le GPS.
Il est défini par :
- Un rayon équatorial : 6 378 137 mètres,
- Un aplatissement : ~1/298,257.
Quand un drone vous donne une hauteur GNSS, il s’agit de sa position verticale par rapport à son ellipsoïde de référence.
Les GNSS disponibles dans le monde et leurs ellipsoïdes de référence :
| Système GNSS | Pays / Région | Ellipsoïde de référence |
|---|---|---|
| GPS | 🇺🇸 États-Unis | WGS 84 (World Geodetic System 1984) |
| Galileo | 🇪🇺 Union Européenne | GRS 80 (presque identique à WGS84) |
| GLONASS | 🇷🇺 Russie | PZ-90 (Parametry Zemli 1990) |
| BeiDou | 🇨🇳 Chine | CGCS2000 (China Geodetic Coordinate System 2000) |
| QZSS | 🇯🇵 Japon (régional) | JGD2000 (Japanese Geodetic Datum 2000 – basé sur GRS80) |
| IRNSS (NavIC) | 🇮🇳 Inde (régional) | Everest 1830 modifié / GRS80 (dans les usages récents) |
Le géoïde : une Terre physique, influencée par la gravité
Le géoïde, lui, est une surface physique : il correspond à l’équipotentielle du champ de gravité terrestre, c’est-à-dire à la surface moyenne des océans au repos, prolongée sous les continents.
Cette surface ondule en fonction des masses internes de la Terre.
Elle est irrégulière, mais elle représente le niveau de référence pour les altitudes "réelles", appelées altitudes orthométriques.
Tu veux voir une représentation du géoïde "EGM 2008", un géoïde global publié par la NASA et le NGA? C'est par ici.
La relation entre géoïde et ellipsoïde
Voici la formule qui relie ces trois concepts :
h = H + N
(hauteur ellipsoïdale = altitude orthométrique + ondulation du géoïde)
- h : hauteur mesurée par GNSS (référence ellipsoïde WGS84)
- H : altitude réelle
- N : distance entre le géoïde et l’ellipsoïde (appelée ondulation)
Donc, pour transformer une hauteur GNSS (donnée par un drone ou un GPS) en altitude réelle, il faut soustraire l’ondulation du géoïde.
En France, l’altitude zéro = le niveau de la mer à Marseille
En France, le niveau de référence altimétrique est basé sur une mesure historique très concrète : le marégraphe de Marseille.
Entre 1885 et 1897, on y a mesuré la hauteur moyenne de la mer. C’est cette valeur qui définit le zéro du système NGF (Nivellement Général de la France), encore utilisé aujourd’hui.
À partir de ce point, un réseau de nivellement de précision a été déployé sur tout le territoire pour mesurer les altitudes orthométriques (celles des cartes topographiques ou des cadastres).
Le système NGF-IGN69 (en métropole) et NGF-IGN78 (en Corse) sont les deux principaux référentiels altimétriques nationaux.
Modèle de géoïde français : RAF20
Pour simplifier les conversions, l’IGN propose des modèles de géoïde adaptés à la France, dont le plus récent est RAF20. Ce modèle permet de :
- Connaître l’ondulation N en tout point du territoire,
- Convertir facilement des données altimétriques GNSS en NGF,
- Garantir la cohérence entre vos données drone et les documents d’urbanisme, les plans de voirie, les SIG ou les cahiers des charges publics.
Le modèle RAF20 est disponible sur le site de l’IGN et peut être intégré dans QGIS ou des logiciels de photogrammétrie.
L’incidence sur un plan topographique ou un MNT
Une altitude GPS non corrigée peut fausser l’ensemble d'un modèle numérique de terrain (MNT) ou d'un plan topographique. Même un décalage vertical de quelques mètres entre l’ellipsoïde et le géoïde peut provoquer :
- des niveaux de terrain erronés,
- des pentes mal calculées,
- des volumes de déblais/remblais inexacts,
- et des incohérences avec les autres données géoréférencées.
Dans un contexte professionnel, cela peut entraîner des erreurs de conception, des surcoûts sur chantier, voire une perte de crédibilité vis-à-vis du client ou du bureau d’études.
Intégrer la bonne altitude dès le départ est donc essentiel pour garantir la précision géométrique et l’utilité opérationnelle du livrable.
Bonnes pratiques pour vos livrables
- Vérifiez toujours le référentiel altimétrique attendu (souvent NGF).
- Appliquez le modèle de géoïde RAF20/RAC23 dans vos logiciels de traitement ou SIG.
- Gardez la traçabilité de vos conversions dans vos livrables (métadonnées).
Références utiles
Prochain épisode :
Géoïde vs Ellipsoïde : Comment nos pilotes préparent leurs missions avec le suivi terrain? (Part II)
Ellipsoïde vs Géoïde : Pourquoi nous devons absolument faire la différence?