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Les altitudes au dessus du NMM par nivellement

L’altitude d’un point au-dessus du niveau moyen des mers (NMM) peut être obtenue à l’aide du nivellement conventionnel.   Hélas! C’est une technique laborieuse, chronophage et très coûteuse lors de projets s’étalant sur de grandes étendues.

On mesure les différences d’élévations entre deux mires graduées tenues verticalement et séparées d’environ 100 mètres. Un niveau à bulle monté sur un trépied donne une ligne de visée horizontale (toujours tangente à la surface équipotentielle de l’instrument).

On fait du nivellement de cette façon depuis plus de 200 ans car il n’y avait aucune alternative moins coûteuse.  Un réseau national de points de contrôle altimétrique (quelques 80,000 repères altimétriques) fut créé au cours des derniers 100 ans.  Ces points sont localisés le long des principales routes et chemins de fer.

Le Système canadien de référence altimétrique de 1928 (CGVD28) fut réalisé en faisant un ajustement de tout le nivellement du pays.  Le CGVD28 est encore à ce jour la surface de référence officielle pour les altitudes au Canada.  Toutefois, il n’est pas sans erreurs:

• Depuis 1928, on ajuste tout nouveau nivellement “petit-à-petit” permettant aux anciennes coordonnées publiées de demeurer inchangées.
• Le réseau de nivellement contient des erreurs systématiques.
• Les repères altimétriques bougent constamment dû à l’activité géodynamique (rebondissement post-glaciaire, tremblements de terre) ainsi qu’aux rebondissements et effondrements locaux.

Le GPS et les ondulations du géoïde

Aujourd’hui, le GPS offre une alternative au nivellement.  Le GPS peut déterminer des positions (latitude, longitude et altitude) par rapport à une ellipsoïde.  Les altitudes ellipsoïdales ne sont pas consistantes avec le niveau moyen des mers.

Le géoïde est la surface équipotentielle (où le potentiel est constant et la direction de la pesanteur (gravité) y est perpendiculaire en tout point) représentant le mieux le niveau moyen des mers mondial.

La façon pratique de représenter le géoïde est à travers l’ondulation du géoïde (l’écart entre le géoïde et l’ellipsoïde).  Les ondulations du géoïde (N) permettent la transformation d’altitudes ellipsoïdales (h) provenant du GPS à des altitudes orthométriques (H).

Au Canada, les ondulations du géoïde peuvent être obtenues grâce au modèle gravimétrique canadien du géoïde 2005 (CGG2005).

Dans un monde parfait, les cadres de référence altimétriques définis par la modélisation du géoïde et par nivellement seraient identiques mais ceci n’est pas le cas car leurs réalisations contiennent des erreurs aléatoires et systématiques provenant des données utilisées.

RNCan (www.geod.nrcan.gc.ca) produit également une Transformation d’altitudes (HTv2.0) où on a modifié le CGG2000 afin qu’il soit conforme au CGVD28 (basé sur des observations GPS faites à 1926 repères altimétriques à travers le Réseau national de contrôle altimétrique).   Cette manipulation au CGG2000 (ou autres modèles) est nécessaire pour reproduire les erreurs systématiques inhérentes du CGVD28.

• Précision absolue de HTv2.0 est estimée à +/- 5 cm dans le sud du Canada et à quelques décimètres dans nos régions nordiques et éloignées (où l’on a pas fait de GPS sur des repères altimétriques).
• Précision relative (différences locales des ondulations du géoïde) est estimée à 1-3 cm.