La Navigation GPS

Voici un document présentant rapidement les bases de la navigation GPS hors route. Avec la multiplication des smartphones intégrants un récepteur GPS, cette pratique est maintenant accessible à tous, allant du promeneur du dimanche au grand randonneur, sans oublier bien sûr les cyclistes chevronnés.

A propos du GPS

Afin de bien comprendre ce que l’on a entre les mains, commençons par une brève description du fonctionnement du GPS…

Le système GPS a été développé par l’armée américaine à partir des années 60, mais n’est devenu pleinement opérationnel qu’en 1995. En 2000, il est ouvert à l’utilisation grand public sans restrictions, ce qui amorce sa démocratisation.

D’un point de vue technique, une “constellation” d’une vingtaine de satellites disposés tout autour de la Terre émettent en permanence des signaux, qui une fois captées par les récepteurs GPS permettent de déterminer une position précise grâce à une triangulation.

Ces signaux étant la base de la détermination de la position, la récepteur GPS doit être placé à l’extérieur pour fonctionner.

Point important, les signaux émis par les satellites sont de faible intensité, c’est pourquoi les facteurs diminuant la précision de la position GPS sont nombreux: utilisation en forêt dense, récepteur placé dans un sac à dos, dans une poche, mauvaises conditions météo, des composants premier prix (comme souvent dans les smartphones), etc. D’une manière générale, plus l’accès au ciel est bon, plus la position obtenue sera précise.

Démystifications:
– Le GPS a besoin uniquement des signaux satellites pour déterminer une position, il fonctionne donc même hors de toute couverture réseau, comme par exemple en montagne;
– Le GPS est uni-directionnel: les satellites émettent les signaux, les récepteurs les reçoivent. Ces derniers n’envoyant aucune donnée, il n’est donc pas possible pour une personne extérieure de “tracer” la position d’un récepteur GPS.

Un peu plus sur le format de la position…

Avant d’aller plus loin, parlons un peu de ce qu’est une position GPS. Pour pouvoir se positionner, il faut tout d’abord se mettre d’accord sur une manière unique d’identifier un lieu sur Terre.

Une manière de faire est: “A partir du Panthéon (Paris), 215Km à l’est et 325Km au sud”.

Même si cette manière fonctionne bien (elle est nommée NTF), les créateurs du GPS on choisi une autre méthode appelée WGS84, utilisant:

• La latitude (en degré), définissant la composante nord/sud (en quelque sorte l’axe Y): 0° étant l’équateur, 90° le pôle nord et -90 le pôle sud;
• La longitude (en degré), définissant la composante est/ouest (l’axe X): 0° est la longitude à Greenwich (point historique mais arbitraire situé au Royaume-Uni), 180° la longitude de l’autre côté de la Terre, la longitude augmentant vers l’est;
• L’altitude (en mètre), la hauteur au dessus de la Terre (du moins une représentation sphéroïdale).

Le système WGS84 définit une représentation précise de la Terre (forme, centre, etc). Même si d’autres systèmes utilisent une latitude et une longitude depuis bien longtemps, ils n’utilisent pas la même représentation de la Terre et ne sont pas compatible. Par exemple, la coordonnée “45.2547°N 4.458°E” ne désigne pas le même point selon si on utilise une ancienne carte IGN ou le format du GPS.

Les bases de la navigation

Comme nous venons de le voir, le système GPS permet donc d’obtenir sa position exacte sur Terre. A partir de cette seule information, il est possible de déduire une multitude de choses qui formeront la navigation GPS.

Tout d’abord, la position est donnée en temps réel, elle évolue au cours de notre déplacement. Imaginons que l’on se déplace doucement en ligne droite. Mémorisons une première position P1 à un temps T1. 10 secondes plus tard, enregistrons notre nouvelle position P2. A partir de ces deux positions, on peut calculer leur distance, et en utilisant le temps mis pour aller de l’une à l’autre (10 secondes ici), on peut obtenir notre vitesse de déplacement.

Ensuite, en regardant où se trouve la seconde position par rapport à la première, on peut déduire notre direction de déplacement. Si par exemple nous nous sommes déplacés de 10m vers le nord et de 10m vers l’est, nous avons une direction NE. Une autre manière d’exprimer cette direction est d’utiliser l’angle formé avec la direction du nord. Dans notre exemple, nous avons une direction de 45°. La direction est aussi appelée le cap (heading en anglais).

Prenons maintenant une position distante, par exemple le lieu où l’on veut se rendre. Appelons cette position la cible.

A partir de notre position actuelle et de celle de la cible, il est possible de calculer:

• La distance de la cible (cette distance est généralement celle à vol d’oiseau);
• La direction de la cible, exprimée en fonction de l’angle formé avec la direction du nord. Cette direction se nomme le relèvement (bearing en anglais). Une cible ayant un relèvement de 0° se trouve au nord, un relèvement de 90° à l’est, etc.).

Si nous sommes en déplacement, les informations suivantes peuvent aussi être utiles:

• En utilisant notre vitesse et la distance de la cible, nous pouvons prédire dans combien de temps nous l’atteindrons (sous réserve de garder la même vitesse, et de toujours se diriger vers elle). En ajoutant cette durée à l’heure actuelle, nous pouvons prédire l’heure estimée d’arrivée, souvent notée ETA (estimated time of arrival);
• En fonction de notre cap courant, nous pouvons calculer la différence de direction par rapport au relèvement. C’est en quelque sorte l’erreur de direction de notre déplacement par rapport à la direction de la cible. Cet angle est le gisement. Si le gisement est de 0° (cap = relèvement), alors on se dirige bien vers la cible.

Application pratique

Bien évidement, toutes ces informations sont en général calculées par le récepteur lui-même. Une fois la position de la cible renseignée, il suffit seulement de savoir ou chercher les bonnes informations.

De nombreuses applications pour smartphones offrant une aide à la navigation GPS sont disponibles. Prenons comme exemple l’application pour smartphones Android AlpineQuest GPS Hiking. La version gratuite (simplifiée) fera l’affaire.

Avant votre sortie, vous pouvez sauvegarder divers fonds de cartes pour une utilisation hors réseau. Il est aussi possible de placer des points d’intérêt qui pourront être facilement ciblés.

Une fois dans la nature et même sans réseau, l’application fonctionnera comme n’importe quel récepteur GPS classique.

Pour définir une position comme cible, déplacez le centre de la carte (1) sur la position voulue, cliquez sur le centre, et choisissez “Cibler le centre” (2). Pour définir une cible à partir de coordonnées GPS, utilisez la fonction de recherche (Menu -> “Rechercher un lieu”) d’une lieu et cochez “Cibler le résultat” (3). La position ciblée est affichée au bout d’une ligne (4). A tout moment, la distance et le relèvement de la cible à partir du centre de l’écran sont affichés sur la carte (5).

Pour activer le positionnement GPS sur la carte, cliquez sur le menu “Localisation GPS” (1) puis sur bouton d’activation rapide (2). Vérifiez que le centre de l’écran est accroché à la position GPS (3) afin que les informations sur la cible soient bien mises à jour en temps réel. Lorsque le GPS est activé, de nouvelle informations sont disponibles (4) comme la précision de la position GPS, votre altitude et votre vitesse de déplacement.

AlpineQuest permet aussi d’obtenir plus d’information en utilisant le capteur magnétique de l’appareil, offrant une indication plus précise de la direction de l’utilisateur. Cliquez sur le menu “Boussole” (1) puis “Détails et options” (2), et enfin, démarrez la fonction boussole (3). Parmi les informations affichées, on peut noter le cap, la déclinaison magnétique (différence entre le nord réel et le nord magnétique) ainsi que les informations relatives à la cible (4): le relèvement, le gisement et la distance.

Plus d’informations sur AlpineQuest ainsi qu’une aide en ligne sont disponibles sur le site de l’application: www.alpinequest.net/fr