Partie 2 : Cartes numériques et calcul d'itinéraires
4. Les cartes numériques
Section intitulée « 4. Les cartes numériques »4.1. Structure en couches
Section intitulée « 4.1. Structure en couches »Une carte numérique est composée de plusieurs couches d'information superposées :
| Couche | Contenu |
|---|---|
| Fond de carte | Relief, terrain, image satellite |
| Réseau routier | Routes, autoroutes, chemins, pistes cyclables |
| Bâtiments | Habitations, commerces, équipements publics |
| Transports | Lignes de bus, métro, gares |
| Points d'intérêt | Restaurants, hôtels, stations-service, monuments |
| Données en temps réel | Trafic routier, météo, travaux |
4.2. Le zoom cartographique
Section intitulée « 4.2. Le zoom cartographique »Lorsque vous zoomez ou dézoomez sur une carte numérique, la carte ne se contente pas de « grossir » ou « rétrécir » l'image comme une loupe le ferait. À chaque niveau de zoom, la carte fait des choix éditoriaux : quelles informations afficher, lesquelles masquer.
C'est le même problème que de résumer une carte A3 très détaillée sur un format A6 (carte postale) : il faut choisir quelles informations conserver et lesquelles sacrifier. Ce n'est pas un zoom optique, c'est un zoom éditorial.
Chaque niveau de zoom correspond à un ensemble de couches différent, avec des niveaux de détail adaptés. C'est pourquoi on parle de niveaux de détail (Level of Detail, LOD) en cartographie numérique.
4.3. OpenStreetMap : le Wikipédia des cartes
Section intitulée « 4.3. OpenStreetMap : le Wikipédia des cartes »OpenStreetMap (OSM) est un projet collaboratif mondial de cartographie libre, souvent surnommé le « Wikipédia des cartes ». Lancé en 2004, il repose sur le même principe que l'encyclopédie collaborative : n'importe qui peut contribuer en ajoutant ou en modifiant des données géographiques.
- Licence : libre et gratuite (Open Database License)
- Contributeurs : des millions de bénévoles dans le monde entier
- Données : ouvertes, réutilisables par tous (applications, chercheurs, entreprises)
- Mise à jour : par la communauté, souvent très réactive (catastrophes naturelles, nouveaux bâtiments)
- Philosophie : transparence, indépendance, collaboration
- Licence : propriétaire (données appartenant à Google)
- Contributeurs : principalement Google (véhicules Street View, achat de données)
- Données : non librement réutilisables, accès payant pour les développeurs au-delà d'un quota
- Mise à jour : par Google, avec parfois un retard pour certaines zones
- Services intégrés : Street View, avis d'utilisateurs, trafic en temps réel, réservations
4.4. Géoportail : le portail géographique français
Section intitulée « 4.4. Géoportail : le portail géographique français »Géoportail est un site web développé par l'IGN (Institut national de l'information géographique et forestière) qui permet d'explorer le territoire français à travers de nombreuses couches de données officielles.
Contrairement à Google Maps qui se concentre sur la navigation et les commerces, Géoportail propose des données institutionnelles riches et variées :
| Donnée disponible | Description |
|---|---|
| Cadastre | Limites des parcelles, numéros cadastraux (utile pour connaître les limites exactes d'un terrain) |
| Cartes historiques | Cartes de Cassini (XVIIIe siècle), cartes d'état-major (XIXe siècle) et photographies aériennes anciennes |
| Cartes de bruit | Zones exposées au bruit routier, ferroviaire ou aérien |
| Zones de survol drone | Zones où le survol par drone est interdit ou réglementé |
| Relief et altitude | Modèle numérique de terrain, courbes de niveau |
| Risques naturels | Zones inondables, risques sismiques, mouvements de terrain |
4.5. Projections cartographiques
Section intitulée « 4.5. Projections cartographiques »La Terre est une sphère (approximativement), mais les cartes sont planes. Le passage de la sphère au plan nécessite une projection cartographique, qui déforme inévitablement certaines propriétés (surfaces, distances, angles).
La projection la plus courante est la projection de Mercator, qui conserve les angles mais déforme les surfaces près des pôles (le Groenland paraît aussi grand que l'Afrique alors qu'il est 14 fois plus petit).
5. Le calcul d'itinéraires
Section intitulée « 5. Le calcul d'itinéraires »5.1. Modéliser le réseau routier par un graphe
Section intitulée « 5.1. Modéliser le réseau routier par un graphe »Les applications de navigation (Google Maps, Waze, GPS de voiture...) calculent des itinéraires en utilisant des algorithmes de plus court chemin sur un graphe.
Le réseau routier est modélisé comme un graphe pondéré :
- Les sommets (ou nœuds) sont les carrefours et intersections.
- Les arêtes sont les tronçons de route entre deux carrefours.
- Chaque arête possède un poids qui représente un coût : distance, temps de parcours ou coût financier.
5.2. Critères de calcul
Section intitulée « 5.2. Critères de calcul »L'utilisateur peut choisir différents critères d'optimisation, ce qui revient à changer les poids des arêtes du graphe :
| Critère | Ce qui est minimisé | Poids des arêtes |
|---|---|---|
| Le plus court | La distance totale en kilomètres | Distance (km) |
| Le plus rapide | Le temps de parcours total | Durée (minutes) |
| Le plus économique | La consommation de carburant | Consommation (litres) |
| Éviter les péages | Le coût financier | Coût (euros) |
5.3. L'algorithme de Dijkstra vulgarisé
Section intitulée « 5.3. L'algorithme de Dijkstra vulgarisé »Le principal algorithme de calcul de plus court chemin est l'algorithme de Dijkstra, inventé en 1959 par le mathématicien néerlandais Edsger Dijkstra.
Son principe est simple et méthodique :
- Départ : on part du point de départ. On note la distance 0 pour ce point et l'infini (∞) pour tous les autres.
- Exploration : on regarde tous les voisins directs du point actuel. Pour chacun, on calcule la distance totale depuis le départ. Si cette distance est meilleure que celle déjà connue, on la met à jour.
- Validation : on marque comme « visité » le point non visité ayant la plus petite distance connue. On ne reviendra plus dessus.
- Répétition : on recommence l'étape 2 depuis ce nouveau point, jusqu'à atteindre la destination.
Les applications modernes enrichissent cet algorithme avec des données en temps réel (trafic, accidents, travaux) pour recalculer l'itinéraire dynamiquement. Elles utilisent aussi des versions optimisées (comme A*) qui orientent la recherche vers la destination pour aller plus vite.
5.4. Lien avec le routage Internet
Section intitulée « 5.4. Lien avec le routage Internet »Le calcul d'itinéraire routier et le routage des données sur Internet reposent sur le même problème mathématique : trouver le meilleur chemin dans un graphe pondéré.
| Réseau routier | Réseau Internet | |
|---|---|---|
| Sommets | Carrefours, villes | Routeurs, serveurs |
| Arêtes | Routes, autoroutes | Câbles, fibres optiques, liens Wi-Fi |
| Poids | Distance, temps, péage | Latence, débit, congestion |
| Algorithme | Dijkstra, A* | OSPF (basé sur Dijkstra), BGP |
| Objectif | Amener une voiture à destination | Amener un paquet de données à destination |
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