Rapport du Comité canadien du système de référence géodésique (CCSRG) au COCG
Octobre 2002

1.0 Résumé

Un système de référence altimétrique moderne représentant le niveau moyen de la mer comme étalon de référence national pour l'altitude constitue une infrastructure essentielle dans une économie contemporaine. Le Système canadien de référence altimétrique (CGVD28), la référence actuelle pour l'altitude (cote) orthométrique au Canada, a été implanté en 1928 par les méthodes classiques de levés et son entretien s'avère d'un coût prohibitif. Il n'est pas compatible avec les technologies contemporaines de positionnement spatial et nuit à l'utilisation de ces nouvelles technologies permettant des économies. Cette situation étant aggravée par la détérioration de l'infrastructure existante, il est urgent de prendre une décision concernant l'avenir du Système de référence altimétrique.

Le GPS est devenu l'outil de prédilection pour le positionnement dans le cadre de nombreuses activités reliées au développement durable : études environnementales, foresterie et autres applications reliées aux ressources, exploration pétrolière et gazière et mise en valeur de ces ressources, aménagement des terres et agriculture de précision pour n'en nommer que quelques-unes. Les utilisateurs du GPS souhaitent déterminer des positions suivant les trois dimensions par rapport au Système canadien de référence spatiale (SCRS) pour en assurer la compatibilité avec des données d'autres provenances et pour le respect d'exigences réglementaires. Le système de référence altimétrique actuel ne couvre qu'une étendue restreinte au Canada et n'est pas bien intégré au SCRS, ce qui exige des utilisateurs contemporains un effort supplémentaire pour l'obtention de hauteurs par rapport au CGVD28. Il existe une occasion de définir un nouveau système de référence basé sur les plus récents résultats scientifiques - qui serait compatible avec les normes internationales et permettrait une réduction des coûts de mise en œuvre de technologies spatiales comme le GPS.

Un plan d'affaires est nécessaire pour élaborer une approche coordonnée de mise au point et de mise en œuvre d'un nouveau système de référence. Les changements envisagés auront une incidence considérable sur l'économie canadienne et toucheront un groupe imposant d'intervenants. Les modifications projetées du système de référence ne peuvent être mises en œuvre sans le leadership des organismes membres du COCG et le soutien actif des intervenants dont l'apport est nécessaire pour la définition du nouveau système de référence.

2.0 Énoncé du problème et occasion

Le Système canadien de référence altimétrique (CGVD28), assise de l'actuel système de mesure des altitudes (cotes) orthométriques au Canada, a été implanté en 1928 par des méthodes de levés classiques. Ce système de référence est matérialisé par des bornes dont l'altitude est fournie par les organismes gouvernementaux.

La poursuite de l'utilisation du (CGVD28) pose un certain nombre de problèmes.

• L'entretien des bornes et des lignes de nivellement qui leurs sont associées est exigeant en main-d'oeuvre et très coûteux. Au cours des dix dernières années, d'autres priorités ont exigé une réduction importante de l'effort d'entretien qui rend maintenant urgente l'adoption de mesures.
• Le réseau matérialisé au moyen de repères ne s'étend pas au Nord ou aux régions non habitées.
• Des systèmes de référence locaux (p. ex. Vancouver et Victoria) sont actuellement établis pour répondre aux besoins des utilisateurs.
• Il y a d'importantes déformations régionales du système de référence. Les altitudes (cotes) qu'il permet de déterminer ne concordent pas avec celles déterminées au moyen du GPS ou d'après les modèles contemporains du géoïde.
• Un système de référence révisé, le Système de référence altimétrique nord-américain (NAVD88) a été mis en œuvre aux États-Unis et engendre la confusion dans les activités transfrontalières ainsi que la fausse espérance qu'un changement est imminent au Canada. La mise en œuvre de ce système de référence au Canada n'est pas considérée comme une possibilité viable pour répondre aux besoins des utilisateurs contemporains.

Il existe une occasion de définition d'un nouveau système de référence qui solutionnerait ces problèmes et permettrait l'utilisation des technologies du positionnement depuis l'espace (GPS, etc.).

Le futur système de référence sera entièrement ou en grande partie basé sur le modèle du géoïde pour le Canada. La surface du géoïde est équivalente à la hauteur du niveau mondial moyen de la mer. Ce modèle est élaboré d'après l'analyse des données issues des méthodes classiques de levés ainsi que des mesures de la gravité effectuées au sol, en mer, depuis des aéronefs et depuis l'espace.

Tel qu'envisagé, le nouveau système de référence sera défini comme une surface couvrant la totalité du Canada, incluant ses étendues océaniques. Les valeurs de l'altitude (cotes) seraient ainsi définies en tout point du pays, à l'opposé de ce qu'offre l'actuel système de référence qui n'est défini qu'à l'emplacement des bornes le matérialisant. L'infrastructure existante (bornes) sera intégrée au nouveau système afin de minimiser les perturbations pour l'industrie et de maximiser l'accès au nouveau système de référence. La collaboration avec les organismes américains est nécessaire afin d'assurer la compatibilité à l'échelle continentale et internationale. Il est en outre nécessaire de mettre au point une transformation permettant de passer du CGVD28 au NAVD88 et à tout nouveau système de référence.

Le fait de définir le système de référence comme une surface continue permet d'établir l'altitude en tout point lors de la détermination de la position par satellites. Les modèles du géoïde peuvent être offerts sur le terrain pour permettre en tout point du Canada, dans les terres comme en mer, une détermination instantanée de la latitude, de la longitude, de la hauteur au-dessus de l'ellipsoïde et de l'altitude (cote) orthométrique suivant le Système canadien de référence spatiale (SCRS). L'effort de modernisation de la réalisation orthométrique du SCRS est critique pour l'obtention par les Canadiens d'un véritable système de référence tridimensionnel intégré.

Les scientifiques canadiens comptent parmi les chefs de file mondiaux en matière de recherches sur le géoïde et trois efforts récents ou en cours de recherche concertée sont directement reliés au problème du système de référence altimétrique dans le cadre de l'initiative " Géomatique pour des interventions et des décisions éclairées (GEOIDE) ", un des Réseaux de centres d'excellence (RCE) du Canada. Il s'agit des trois projets suivants :

• no 10 " Détermination précise du géoide pour le positionnement géo-référencé et pour l'océanographie " 1999-2002
• no 13 " Détermination précise du géoide pour le positionnement géo-référencé et pour l'océanographie " 2002-2003
• no 36 " Développement d'un système dynamique de référence altimétrique pour des applications environnementales, climatiques, géodynamiques, océanographiques, hydrographiques et de SIG " 2002-2005

Ces efforts scientifiques tireront avantage des plus récents progrès ainsi que des données recueillies dans le cadre d'un certain nombre de missions spécialisées de gravimétrie par satellites. Nous croyons qu'un système orthométrique basé sur le géoïde offre à long terme les meilleures possibilités d'harmonisation avec ceux des États-Unis et d'autres pays.

Plusieurs questions se posent cependant.

• Le système altimétrique envisagé (basé sur le géoïde et accessible par les méthodes de positionnement spatial) répond-il à tous les besoins des utilisateurs?
• Comment pouvons-nous maximiser les avantages de ce changement pour l'industrie et les autres utilisateurs?
• Comment pouvons-nous minimiser pour l'industrie et les autres utilisateurs les coûts de transition?
• Les erreurs de détermination de l'altitude orthométrique seront dominées par les erreurs du GPS. Certains utilisateurs auront besoin de conseils pour la mise en œuvre de réseaux locaux de précision. Quels sont les besoins des utilisateurs de données précises? Comment ces besoins peuvent-ils être satisfaits et quelles formation/information le gouvernement devra-t-il fournir?
• La topographie de la surface de la mer fait en sorte que le géoïde s'écarte du niveau observé de la mer. Le système de référence altimétrique pourrait être décalé par rapport au géoïde proprement dit pour correspondre à une autre surface équipotentielle afin de minimiser cet effet le cas échéant. Un tel décalage est-il nécessaire?
• Les variations du géoïde en fonction du temps sont sensiblement moindres que les variations de la topographie, mais les processus géophysiques engendrent des changements. Un mécanisme de gestion de ces changements et des progrès scientifiques ainsi qu'une méthode de correction des erreurs doivent être disponibles. Quel devrait être le processus de gestion des modifications du système de référence?

L'obtention de réponses à ces questions reliées à la mise en œuvre peut et devrait se faire parallèlement aux efforts scientifiques mentionnés ci-haut (projets RCE).

3.0 Prochaines étapes

En mai 2002 le CCSRG a adopté une résolution (voir appendice 1) recommandant de nouvelles démarches en vue de la modernisation du Système canadien de référence altimétrique. Les activités projetées menant à la mise en œuvre d'un nouveau système de référence altimétrique sont indiquées dans l'échéancier ci-joint. Des consultations avec les intervenants constituent un élément clé de la réussite de l'adoption et de la mise en œuvre d'un nouveau système de référence altimétrique et doivent être tenues par tous les organismes gouvernementaux en cause. Les organismes en cause doivent disposer de la capacité de s'engager à fournir cet effort. Tel que mentionné précédemment, il n'est pas nécessaire de solutionner les problèmes scientifiques abordés dans le cadre des projets du RCE avant que soient tenues ces consultations.

4.0 Recommandation

Le CCSRG recherche l'appui du plan exposé ci-dessus et l'approbation de principe d'un soutien financier au COCG par les organismes membres du CCSRG à raison de 150 000 $ pour permettre le début des activités préparatoires à l'élaboration d'un plan d'affaires. RNCan lancera l'élaboration du plan d'affaires et fournira l'information détaillée concernant les coûts lors de la réunion du COCG du printemps de 2003. Les membres du CCSRG collaboreront à l'orientation de l'élaboration du plan d'affaires. Le plan d'affaires comprendra les éléments suivants :

• confirmation de l'approche scientifique envisagée
• validation de la résolution du CCRSG
• consultation des intervenants
• examen des options scientifiques et techniques et formulation de recommandations
• estimation des coûts de la mise en œuvre et des avantages pour l'industrie
• mise en œuvre des recommandations

L'élaboration du plan d'affaires serait coordonnée par le CCRSG et le plan ferait l'objet d'un examen formel par le CCRSG avant d'être présenté au COCG pour discussion en 2003. Les étapes suivantes de la mise en œuvre seront décrites de manière détaillée dans le plan d'affaires.

Annexe 1

Résolution du CCSRG sur la modernisation du système de référence altimétrique du Canada

Attendu que :

1. Un plan de référence altimétrique moderne indiquant la hauteur orthométrique (niveau moyen de la mer) est une infrastructure essentielle dans une économie saine.
   
2. Le Système de référence altimétrique canadien actuel (CGVD28) a été établi en 1928 par des techniques traditionnelles et n'est pas compatible avec la technologie moderne de positionnement basée dans l'espace.
   
3. Actuellement, la réalisation du processus au moyen de lignes de nivellement matérialisées se détériore rapidement et que la remise en état du réseau par les méthodes traditionnelles occasionnerait des coûts prohibitifs.
   
4. Le processus actuel ne permet l'accès aux utilisateurs que dans les régions proches des lignes de nivellement, alors qu'une expansion vers le nord entraînerait des coûts prohibitifs et poserait des défis techniques.
   
5. Le plan de référence actuel ne satisfait pas aux exigences de précision pour des applications scientifiques telles que des études sur le changement climatique, la détermination de l'élévation du niveau de la mer, etc.
   
6. Une discontinuité du système altimétrique orthométrique (niveau moyen de la mer) existe entre le plan de référence de 1988 des États-Unis et le plan de référence canadien de 1928.
   
7. La tendance nationale pour le Système canadien de référence spatiale (SCRS) évolue vers un plan de référence intégré incorporant la composante planimétrique et les hauteurs ellipsoïdales et orthométriques (niveau moyen de la mer) adaptées en fonction d'un système de référence basé dans l'espace.
   
8. Les composantes de la planimétrie et de la hauteur ellipsoïdale du SCRS ont été réalisées par le biais de l'initiative NAD83.
   
9. Le SCRS ne peut pas être entièrement réalisé sans la modernisation du plan de référence altimétrique.
   
10. Le projet national de réconciliation de l'altimétrie est devenu la base d'un système de référence altimétrique moderne qui rationalise le géoïde, le système des hauteurs ellipsoïdales et les systèmes des hauteurs orthométriques.
    
11. Un plan d'affaires est indispensable afin d'élaborer une approche coordonnée pour la mise au point et la mise en œuvre d'un nouveau plan de référence altimétrique.

Il est résolu que le CCSRG :

• Élaborera une proposition pour un plan d'affaires national en tenant compte des exigences techniques, non techniques et administratives en vue de la modernisation du système de référence altimétrique du Canada.
• Présentera cette proposition au COCG lors de la réunion à l'automne 2002, afin d'obtenir l'appui et le soutien financier nécessaires à l'élaboration d'un plan d'affaires national.