Du GPS au GNSS

La navigation par satellite a influencé fondamentalement la manière dont les positions sur Terre sont déterminées depuis la fin du XXème siècle. Le système le plus connu est le GPS (Global Positioning System), qui a été développé à l’origine par les États-Unis à des fins militaires et est devenu par la suite disponible dans le monde entier pour un usage civil.

Aujourd’hui, on parle plus souvent de GNSS (Global Navigation Satellite System). Il s’agit d’un terme générique pour tous les systèmes mondiaux de navigation par satellite. Outre le GPS, le GNSS comprend notamment le système européen Galileo, le système russe GLONASS et le système chinois BeiDou. En utilisant simultanément les signaux de plusieurs systèmes, la disponibilité, la fiabilité et la précision des déterminations de position sont considérablement améliorées.

Comment fonctionne le positionnement par satellite

Les satellites GNSS émettent en continu des signaux radio contenant des informations sur leur position exacte et l’heure d’émission. Un récepteur GNSS au sol compare ces signaux et détermine, sur la base des différences de temps, la distance par rapport à plusieurs satellites. En combinant ces distances, la position du récepteur peut être calculée en trois dimensions (x, y, z).

La position calculée est directement liée au système de référence géodésique de la constellation de satellites concernée. Étant donné que toutes les constellations alignent leur système de coordonnées sur le système de référence international (International Terrestrial Reference System – ITRS), l’utilisateur obtiendra des coordonnées dans le système ITRS et non le système WGS 84. Pour les applications en Belgique, les coordonnées GNSS sont généralement converties en ETRS89, de sorte qu’une projection des coordonnées géographiques vers le Lambert 2008 devient possible.

Précision et limitations

La précision standard du GNSS est typiquement de quelques mètres. Pour certaines applications, comme la navigation standard ou la cartographie à petite échelle, cela est largement suffisant. Pour les applications professionnelles – telles que l’arpentage, la construction, les travaux d’infrastructure et la surveillance du niveau de la mer – cette précision est cependant insuffisante. La qualité des mesures GNSS peut en outre être influencée par différents facteurs, tels que les réflexions des signaux (multipath) et la visibilité limitée des satellites en environnement urbain ou boisé.

Techniques de précision : RTK et stations de référence

Pour augmenter la précision, des techniques de correction sont appliquées. Une méthode couramment utilisée est le Real Time Kinematic (RTK). Dans cette méthode, les mesures GNSS sont corrigées en temps réel à l’aide de stations de référence dont la position est connue très précisément. Ces antennes GNSS permanentes forment ensemble un réseau qui effectue des observations en continu. Les corrections sont transmises aux utilisateurs sur le terrain, ce qui permet des déterminations de position précises à quelques centimètres près.

En Belgique, la précision des mesures GNSS est garantie par différents réseaux RTK qui fournissent des signaux de correction basés sur des stations de référence GNSS permanentes. L’IGN collabore étroitement à cet effet avec les partenaires régionaux FLEPOS et WALCORS, qui sont respectivement responsables de la génération et de la distribution des signaux de correction RTK en Flandre et en Wallonie. Pour la Région de Bruxelles-Capitale, l’IGN assure lui-même l’exploitation du réseau RTK GPSBRU. Toutes les informations relatives aux réseaux GNSS permanents en Belgique sont regroupées sur le site web de l’AGN (Active Geodetic Network).

Par ailleurs, l’IGN est responsable de la détermination et de la maintenance des coordonnées de référence des antennes GNSS permanentes. Ainsi, la cohérence entre les différents réseaux est garantie et les mesures GNSS restent correctement liées aux systèmes de référence belges officiels.

Coordonnées déterminées avec les systèmes de navigation satellitaires : WGS 84, ETRS89 ou ITRS

Le système de coordonnées global le plus connu est le WGS 84 (World Geodetic System 1984), dans lequel les satellites de navigation GPS américains expriment leur position. Comme les utilisateurs utilisent simultanément les différentes constellations de satellites, il a été convenu internationalement que toutes les constellations alignent leur système de coordonnées sur l’International Terrestrial Reference System (ITRS). Il s’agit du système de coordonnées géocentrique le plus précis au monde.

La plaque continentale européenne se déplace d’environ 2,5 cm vers le nord-est chaque année. Ce mouvement rend l’utilisation d’un système de coordonnées global peu pratique pour des applications nationales et européennes. En effet, les coordonnées devraient être mises à jour en continu. C’est pour cette raison que l’ETRS89 a été introduit : un système de coordonnées lié à l’ITRS, mais qui se déplace avec la plaque continentale européenne. Le grand avantage d’utiliser l’ETRS89 en Belgique est que les coordonnées restent stables dans le temps. Les mesures GNSS réalisées par la méthode RTK sont basées sur les signaux de correction des réseaux de positionnement tels que FLEPOS, GPSBRU ou WALCORS et fournissent des positions directement dans l’ETRS89.

La différence entre les coordonnées ETRS89 et WGS 84 est actuellement (en 2026) d’environ 1 mètre et augmente chaque année d’environ 2,5 centimètres. Les applications moins précises considèrent donc souvent les deux systèmes comme équivalents, alors qu’il s’agit en réalité de systèmes différents.

Pourquoi un modèle de géoïde est indispensable pour les altitudes issues du GNSS

Les mesures GNSS fournissent des hauteurs ellipsoïdales. Il s’agit d’altitudes par rapport à ce qu’on appelle un ellipsoïde de référence. Un ellipsoïde est un volume de révolution aplati, défini mathématiquement, qui se rapproche le plus possible de la forme de la Terre. Les hauteurs ellipsoïdales ne correspondent cependant pas aux hauteurs physiquement significatives qui sont utilisées dans la pratique, comme les hauteurs par rapport au niveau de la mer. Pour rendre les hauteurs GNSS utilisables pour les applications quotidiennes dans la construction, la gestion de l’eau et des infrastructures, un modèle de géoïde est nécessaire. Le géoïde décrit le champ de gravité de la Terre et constitue la référence pour les systèmes d’altitude nationaux. En appliquant un modèle de géoïde, les hauteurs ellipsoïdales GNSS peuvent être converties avec précision en altitudes officielles au sein du système de référence altimétrique belge. Un modèle de géoïde fiable et actuel est donc essentiel pour garantir des informations d’altitude cohérentes et précises à partir des mesures GNSS.

GNSS et géodésie en Belgique

Le GNSS constitue aujourd’hui une technologie clé au sein de la géodésie belge. Il est utilisé pour la maintenance et la réalisation des systèmes de référence nationaux, la détermination des coordonnées de référence des stations GNSS permanentes et le soutien de mesures de terrain précises et du monitoring. L’IGN joue un rôle central à cet égard en garantissant le système de référence géodésique et en assurant le lien entre les mesures GNSS et les systèmes officiels belges de coordonnées et d’altitudes.

Développements futurs

La technologie GNSS continue à se développer. De nouveaux satellites, des signaux améliorés et des méthodes de traitement avancées assurent une précision plus élevée, une plus grande fiabilité et des possibilités d’application plus larges. Le GNSS restera donc également à l’avenir une pierre angulaire indispensable pour la géodésie, la cartographie et de nombreuses autres applications sociétales.