à la Communauté Urbaine de Strasbourg

par Henri HUGEL Chef du Service de l’Information Géographique

La Communauté Urbaine de Strasbourg (CUS) gère une base de données géographiques, de

6 millions d’objets et de 60 Go d’orthoplans, concernant un territoire de 31 000 ha Contrairement à ce qui est communément admis, ce n’est pas l’administration allemande qui en est l’auteur, car sa réalisation remonte au début des années 1970. Sa conception repose cependant sur un certain nombre de principes, hérités du savoir-faire allemand, dont le principal est celui de l’obligation de rattachement au canevas local, unique, matérialisé et entretenu en permanence. En Alsace-Moselle en général, et sur le territoire de la CUS en particulier, les dispositions de l’amendement Caillaud (1) sont donc appliquées couramment depuis plus d’un siècle.

Le canevas qui a toujours été utilisé est celui mis en place à partir de 1887 pour la réalisation des travaux cadastraux. La triangulation du 1et au 5e ordre a été fortement densifiée par un réseau polygonal de précision matérialisé sur le terrain. Il comprenait à l’origine 30 000 points polygonaux pour le seul territoire de la CUS, soit une moyenne d’un point par ha. Localement de bonne qualité, le réseau souffre néanmoins d’un manque d’homogénéité dû à son mode de constitution et de compensation ; de légères tensions existent entre les quartiers et des tensions plus importantes, de l’ordre de 20 à 30 cm, peuvent être décelées entre certaines communes. Le développement des réseaux souterrains, au début du siècle, a rapidement dégradé ce référentiel, conçu pour être pérenne. Dès 1910, le service du Cadastre a procédé au rétablissement des points disparus et à l’établissement d’une fiche de repérage pour l’ensemble des points polygonaux urbains. Cette documentation a malheureusement disparu durant la seconde guerre mondiale, probablement à cause de son assimilation au répertoire des points géodésiques.

Après 25 ans de recherches infructueuses auprès de nombreuses institutions allemandes, le service s’est résolu à procéder au rétablissement des points nécessaires au levé du fond de plan VRD au 1/200 éme des 15 000 ha urbanisés. Cette opération s’est avérée indispensable afin de pouvoir garantir la cohérence avec les levés existants. Les travaux réalisés en régie ont permis de rétablir un peu moins de 5 000 points, avec une ressource moyenne de cinq agents sur une période de quinze ans. Le coût de cette opération représente environ 20 % de l’investissement global affecté à la réalisation des données de base. Celles-ci comprennent aujourd’hui des objets dont les dates de levé sont étalées sur une période d’un siècle pour les 700 000 repères de limites, le bâti et les alignements et de 30 ans pour la topographie urbaine. La comparaison de plus de 10000 cotes de contrôles, mesurées aléatoirement sur le terrain, aux cotes correspondantes de la base donne une précision variant entre 5 et 8 cm selon le mode d’acquisition des données.

La mise à jour des seules données de base génère annuellement quelques 100 000 changements dont environ la moitié donne lieu à des levés directement rattachés au canevas. Ces travaux nécessitent en moyenne la rematérialisation d’environ 130 points ainsi que le rétablissement d’une vingtaine de points. Le coût de la seule préparation du canevas est estimé annuellement à 250 000 F, soit environ 4 % du coût global de la mise à jour. Ces travaux préparatoires ne sont pas seulement coûteux, mais alourdissent également les programmes en terme de délai de réalisation. Dès la fin des travaux d’informatisation, en 1994, le service a entrepris un certain nombre d’études visant à améliorer les délais et les coûts de la mise à jour, tout en garantissant le maintien du niveau de qualité des données. Deux études ont porté sur le rattachement des levés : la station libre et la mise en place de l’outil GPS. Des tests, réalisés en 1995 ont permis de justifier l’acquisition d’un équipement GPS.

D’emblée, l’utilisation du GPS s’est avérée être très rentable pour la recherche de bornes en zone naturelle, le nivellement centimétrique, ainsi que pour les levés ne nécessitant pas d’adaptation au canevas existant (précision inférieure à 20 cm). Par contre, le levé GPS urbain en temps réel n’a pas permis de révéler de gains substantiels, essentiellement du fait des zones d’ombre satellite et radio et de la performance des chaînes de traitement des levés tachéométriques existantes.

La mise en œuvre du GPS pour la détermination des coordonnées des stations de levé et de leur orientation, est la dernière application envisagée dans le cadre de ce projet. La méthode GPS " statique rapide " permet d’obtenir des résultats techniques équivalents en rattachement classique. Cependant, les temps de mesure nécessaires ne permettent pas un gain de productivité conséquent. En effet, les contraintes d’adaptation au canevas local rendent indispensable l’utilisation de nombreux points de calage. Les temps de rattachement par GPS et par polygonation traditionnelle sont ainsi quasiment identiques…Des études et des travaux ont donc été entrepris pour définir dans quelle mesure une antenne permanente pourrait se substituer avantageusement aux 5000 points de canevas existants. Celle-ci a conclu à la faisabilité technique et à des possibilités de gains, mais avec des délais de mise en œuvre de l’ordre de 3 à 5 ans. Il a donc été décidé de confier ces études à des élèves ingénieurs de l’ENSAIS dans le cadre de leur projet de fin d’études.

En 1998, une étude de cadrage a été réalisée dans le but de choisir l’implantation du point permanent, de l’équiper, d’en déterminer les coordonnées, d’établir une première évaluation de l’existant, d’élaborer un avant projet d’architecture, d’identifier et de planifier les études et travaux restant à réaliser.La station permanente à été implantée sur le toit terrasse du centre administratif de la CUS qui est situé à 15 km des limites nord et sud, 5 km et 9 km des limites

est et ouest du territoire. Le système de référence retenu est le RGF 93. La station a été rattachée à quatre points du RBF situés à des distances variant entre 5 et 29 km Chaque point a été stationné pendant environ trois heures au cours de deux missions. Le post-traitement a donné les écarts types après ajustement suivants : longitude 0,003 m, latitude 0,004 m, hauteur ellipsoïdale 0,006 m.

Le rattachement altimétrique au système IGN 69 a été réalisé par quatre méthodes différentes, dont l’écart maximal est de 9 mm.

L’observation de 62 points du canevas existant en zone urbanisée (2 par commune et sous-commune de Strasbourg), soigneusement vérifiés au préalable, a permis de constater une emq sur les écarts en distance de 10 cm avec un maximum de 17 cm.

Une opération similaire, réalisée sur 53 points implantés en limite du territoire de la CUS (zones naturelles) a donné les résultats suivants : emq = 13 cm, écart maximum = 32 cm.

Les calculs ont été réalisés dans le système local d’origine. Les écarts obtenus par rapport aux coordonnées Lambert I sont supérieurs de 3 à 12 cm, essentiellement du fait de la non prise en compte, par le logiciel, des caractéristiques du système de projection. Une transformation limitée à trente points, qui prend en compte les caractéristiques de la projection Lambert donne des écarts de 1 à 3 cm par rapport aux calculs réalisés dans le système local.Il est donc permis d’estimer que la précision planimétrique d’un point polygonal cadastral, par rapport aux coordonnées déterminées par GPS, est comprise entre 10 et 15 cm. Ces premières analyses ont permis de fixer l’angle de coupure d’observation des satellites à 15°.

Après avoir vérifié la faisabilité du projet, une étude préalable réalisée en 1999 a permis d’évaluer les gains de la méthode, d’étudier les trajets multiples, de vérifier la stabilité du point de référence, d’en calculer les coordonnées définitives, de définir la qualité de la mesure et de proposer une architecture. L’étude économique a conclu, après examen de plusieurs tests, que les gains de la méthode GPS pouvaient être évalués à une valeur comprise entre 2 et 3. L’étude des trajets multiples a souligné l’intérêt de remplacer l’antenne traditionnelle par une antenne Choke-Ring. La qualité de la mesure a été déterminée sur 4 points situés à 2,6 km, 4,9 km, 10 km, et 15 km du point de référence, qui ont été observés en continu durant trois journées. (Le territoire observé est quasiment plat et la station active située sur un immeuble élevé). Les principales conclusions de ces tests peuvent êtres résumées ainsi :

• Certaines mesures peuvent êtres fausses sans pour autant pouvoir les détecter, ni sur le terrain ni par le calcul. Une double détermination, à deux heures d’intervalle, est de ce fait indispensable.

Cette question vise essentiellement à définir si la station active est suffisante en tant que telle en mode temps réel ou s’il convient de la compléter par d’autres points. Un parcours des grands axes de circulation a permis de constater que la liaison radio en zone urbaine n’est plus assurée au delà de 7 à 10 km de la station active. En zone naturelle elle dépend de la végétation et du relief mais reste possible jusqu’à 15 km en terrain dégagé. Plusieurs scénarios d’implantation de points complémentaires ont été envisagés : pivot pérenne en hauteur, pivot pérenne au sol et pivot temporaire au sol. La recherche de bâtiments publics pouvant acceuillir un tel pivot n’a pas permis d’aboutir, pour l’instant. Un test comparatif de ces trois scénarios a été réalié sur le terrain par levé direct à partir de la station active située à 10 km, par levé à partir d’un point situé en hauteur à 5 km de distance et enfin par levé à partir d’un pivot au sol situé à 2 km. Le temps passé est sensiblement le même dans les trois cas. On perd beaucoup plus souvent l’initialisation en temps réel qu’en post-traitement et cette perte est trois fois plus fréquente les périodes où la constellation n’est que de 4 à 6 satellites par rapport à celle où elle est de 7 à 8 satellites. Finalement, l’étude préalable propose d’utiliser le temps réel dans un rayon de 7 km et au-delà soit le post-traitement, soit la mise en place d’une dizaine de pivots complémentaires au sol permettant d’élargir le temps réel à tout le territoire.

Au courant de cette année sera réalisée l’étude détaillée dans le but de vérifier les différentes propositions déjà établies, en particulier :

Afin de faciliter la définition des critères d’adaptation, une campagne de vérification de la présence des points du canevas ainsi que de leur compatibilité avec le GPS a été organisée dès septembre 1999.

L’observation des points retenus pour la définition des critères d’adaptation débutera vers la fin du premier trimestre de cette année, à l’intérieur de la zone des 7 km.

Enfin, la matérialisation et le repérage des éventuels pivots complémentaires est prévue pour le quatrième trimestre 2000.

Ce nouveau dispositif entrera progressivement en application dès le début de l’année prochaine .Son utilisation sera ensuite étendue à d’autres services et organismes, prioritairement aux gestionnaires de réseaux, ainsi qu’à d’autres applications dont les études restent cependant encore à réaliser Nous savons aujourd’hui que ce merveilleux outil ne remplacera pas intégralement le canevas traditionnel, en particulier dans le centre historique ainsi que dans les zones boisées. Il cohabitera donc probablement encore durant de nombreuses années avec le canevas existant, qui a su assurer la cohérence géométrique de nos données durant plus d’un siècle. Gageons cependant que que le GPS saura être aussi fiable et aussi stable, dans l’espace et dans le temps, que nos bons vieux repères polygonaux !