Les coordonnées géographiques d'un point de la Terre sont le triplet (latitude, longitude et altitude).

Ces coordonnées découlent d'un système géodésique qui modélise la forme de la Terre, par exemple une sphère ou un ellipsoïde.

La latitude est une valeur angulaire exprimant le positionnement sur l'axe nord-sud du point sur Terre. Il s'agit de l'angle au centre que forme la normale (verticale) en ce point avec le plan équatorial.

• La latitude s'étend de 0° à l'équateur à 90° aux pôles.
• Les points de même latitude constituent un cercle approximatif appelé parallèle (les irrégularités du cercle sont liées aux variations d'altitude), sauf aux pôles où ce cercle se réduit à un point. Ces cercles sont inscrits dans des plans perpendiculaires à l'axe de rotation de la Terre.
• Plus la latitude s'écarte de 0°, plus on s'éloigne du plan de l'équateur, cependant la latitude n'est pas une mesure proportionnelle à la distance entre les deux plans, mais proportionnelle à la distance la plus courte pour rejoindre l'équateur en parcourant la surface terrestre soit vers le nord géographique soit vers le sud géographique. En effet, la distance au plan de l'équateur ne varie pratiquement pas près des pôles même si la latitude varie beaucoup, au contraire des plans de latitude près de l'équateur où la variation de la distance inter-plan est minimale.

La longitude est une valeur angulaire exprimant le positionnement sur l'axe est-ouest du point sur Terre. C'est l'angle au centre que forme le plan passant par ce point et par l'axe de rotation de la terre avec le plan du méridien de Greenwich.

• Tous les lieux situés à la même longitude forment un demi-plan limité par l'axe des pôles géographiques, coupant la surface de la terre sur un demi-cercle approximatif dont le centre est le centre de la Terre, l'arc allant d'un pôle à l’autre. Un tel demi-cercle est appelé méridien.
• À la différence de la latitude (position nord ou sud) qui bénéficie de l'équateur et des pôles comme références, aucune référence naturelle n'existe pour la longitude.
  • La longitude est donc une mesure angulaire sur 360° par rapport à un méridien de référence, avec une étendue de -180° à +180°, ou respectivement de 180° ouest à 180° est.
  • Le méridien usuel de référence est le méridien de Greenwich (qui sert aussi de référence pour les fuseaux horaires).

L'altitude est une grandeur qui exprime l'écart entre un point donné et un niveau de référence ; par convention, sur Terre ce niveau est le plus souvent le niveau de la mer. On utilise également le terme d'élévation.
Parfois, (dans le cas du GPS par exemple) le niveau de référence est donné par un ellipsoïde.
En France, l'IGN exprime l'altitude d'un lieu par rapport au niveau moyen de la Méditerranée mesuré par le marégraphe de Marseille.

Les deux angles représentant la latitude et la longitude sont le plus souvent exprimés en degrés.
Notons malgré tout que dans le système géodésique français traditionnel (NTF : Nouvelle triangulation de la France), ces angles étaient exprimés en grades. Cette notation subsiste dans les cartes topographiques françaises (par exemple Topo 25 de l'IGN). Par ailleurs, les calculs, en particulier sur ordinateur, concernant des coordonnées géographiques nécessiteront souvent une conversion en radians pour s'adapter aux fonctions trigonométriques disponibles.

Les coordonnées géographiques sont généralement exprimées dans le système sexagésimal, parfois noté DMS :
degrés ( ° ) minutes ( ′ ) secondes ( ″ )
L'unité de base est le degré d'angle (1 tour complet de la Terre = 360 °), puis la minute d'angle (1 ° = 60 ′), puis la seconde d'angle (1 ′ = 60 ″).
Les mesures inférieures à la seconde sont notées avec le système décimal.

Enfin, l'altitude est généralement exprimée en mètres, sauf dans les pays utilisant le système de mesure impérial ou dans certains domaines d'application, comme l'aéronautique, où l'altitude est souvent exprimée en pieds (1 pied = 0,3048m).

Un système géodésique est un système de référence permettant d'exprimer des positions au voisinage de la Terre. Ce système de référence s'accompagne d'un modèle de représentation de la Terre : une sphère pour le plus simple, un ellipsoïde, intégrant l’aplatissement aux pôles, ou enfin un géoïde, encore plus précis.

Il s'agit simplement d'un repère tridimensionnel défini par :

• son centre O (proche du centre de gravité terrestre)
• trois axes orthonormés Ox, Oy et Oz, définis par leur orientation. Ox et Oy se trouvent pratiquement dans le plan équatorial terrestre, et Oz est orienté approximativement suivant l'axe de rotation terrestre.

Dans un système géodésique ainsi défini, un point est localisé par ses coordonnées cartésiennes, exprimées par trois valeurs (X, Y, et Z) relatives aux trois axes du repère.

Les données spatialisées sont rarement manipulées sous cette forme, mais on peut avoir recours à ce système de coordonnées cartésiennes pour convertir des données d'un système géodésique à un autre.

La plupart des systèmes reposent sur un ellipsoïde de révolution conventionnel (choisi de manière à approcher le géoïde) dont les paramètres de définition sont généralement :

• son centre O
• son demi grand axe a
• son coefficient d'aplatissement f

Dans un système géodésique ainsi défini, un point est localisé par ses coordonnées géographiques (ou géodésiques), exprimées en valeurs angulaires par la latitude L, la longitude G, et la hauteur géodésique h mesurée suivant la normale à l'ellipsoïde (h est petit à proximité de la surface terrestre).

Les coordonnées planes sont des coordonnées cartésiennes de dimension 2 obtenues en utilisant un système de projection cartographique. Il existe un grand nombre de façons d'attribuer un couple de coordonnées planes à un point dont on connait les coordonnées géographiques : on compte des centaines de systèmes de projection.

La Terre a une forme irrégulière. Une projection s'appuie sur une sphère ou un ellipsoïde de révolution qui sont des modèles plus ou moins proches de la forme patatoïde réelle (le géoïde global).
Il existe plusieurs ellipsoïdes en usage, par exemple WGS84 qui est utilisé par le GPS.
L'ensemble des paramètres associés à un ellipsoïde pour permettre son utilisation dans le cadre d'une projection s'appelle un datum géodésique.
Il existe ainsi de nombreux datum, adaptés à un usage global ou au contraire optimisés pour une représentation locale.

Les datum suivants sont d'usage courant en France :

• Nouvelle triangulation de la France (NTF) : France (jusqu'en décembre 2000 ; la plupart des cartes de l'IGN sont toujours dans ce système), basé sur l'ellipsoïde Clarke 1880 IGN. Le point fondamental est au Panthéon à Paris. La projection courante est Lambert.
• Réseau géodésique français (RGF) 1993 : France, basé sur l'ellipsoïde IAG-GRS80, la projection associée est la projection Lambert93 (projection conique conforme).
• European Datum ED50 : système européen unifié, basé sur l'ellipsoïde Hayford 1909. Le point fondamental est à Potsdam, en Allemagne. La projection courante est UTM.
• World Geodetic System (WGS84) : système mondial (pas de point fondamental), mis au point par le Département de la Défense des États-Unis et utilisé par le GPS, basé sur l'ellipsoïde WGS84. La projection courante est UTM.

Que se passe-t'il lorsqu'on se trompe de système de projection ?

[Sources : JBP & Wikipedia]