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utiliser les récepteurs GPS sur le terrain : des choix stratégiques et pédagogiques

mis à jour le 14/11/2007


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Deux grands types de récepteurs GPS sont actuellement proposés sur le marché. Au moment de s'équiper, les établissements scolaires doivent faire des choix à la fois techniques et pédagogiques. Cela aura des conséquences jusqu'à la validation du B2i dans l'établissement.

mots clés : GPS, équipement, TICE, B2i


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Introduction

Depuis l'année 2000 et la fin de la dégradation du signal GPS par les autorités des Etats Unis d'Amérique, les récepteurs GPS ont fait une percée remarquable dans l'équipement des randonneurs et des automobilistes. Les établissement scolaires et en particulier les laboratoires de SVT et les cabinets d'Histoire Géographie ont bien souvent été dotés d'appareils de première puis de seconde génération sans compter les récepteurs GPS incorporés à certains ordinateurs portables. Devant la profusion des choix possibles, il est bien souvent difficile de choisir une stratégie d'équipement et d'usage de ces récepteurs.

La présente page tente une comparaison des qualités et des usages pédagogiques des différents types de récepteurs autonomes. Il ne s'agit pas de promouvoir tel ou tel produit mais bien de réflechir aux usages qui peuvent en être fait en classe et sur le terrain. La catégories des récepteurs intégrés à des ordinateurs portables a été volontairement laissée de côté pour deux raisons majeures. Nous n'avons pas pu testé ce type de matériel faute d'équipement, différents témoignages rapportent des difficultés de lecture des écrans par forte luminosité et des problèmes d'autonomie électrique liés à la batterie de l'ordinateur portable.

Les matériels utilisés pour rédiger ces pages sont tous maintenant hors commerce même si l'on en trouve encore sur le marché de l'occasion. Les manoeuvres de réglage ne seront donc pas indiquées précisément, d'autant que pour un même appareil les versions logicielles évoluent très rapidement. Il faudra donc se référer à la documentation fournie avec les appareils, le plus souvent sur CDRom mais aussi sur le site du constructeur. D'une façon générale les modèles se succèdent à un rythme élevé avec souvent des améliorations techniques qui ont peu de rapport avec les fonctions utilisées lors de nos travaux pratiques.

Utiliser un GPS avec des fonds cartographiques

La plupart des GPS vendus actuellement sont des GPS destinés à des véhicules routiers. Il intègrent des cartes vectorielles qui sont par défaut présentées en mode navigation c'est à dire en vue cavalière. Cette fonctionnalité dispense le conducteur de faire un effort d'orientation spatiale. Sa future trajectoire est toujours dessinée de bas en haut sur l'écran. Ce mode de présentation ne convient pas à des élèves qui veulent se repérer sur une carte papier. Elle permet tout juste lors d'une excursion scolaire par exemple de visualiser le trajet du car. La taille de l'écran ne permet pas à tous de suivre ce trajet et il semble préférable que les élèves repèrent des points particuliers plutôt en regardant par les vitres du véhicule.

Vues prises sur un Evadéo modèle 137 de l'IGN

Le passage en mode plan se rapproche plus de la carte sur papier. Il est utilisable lors d'une excursion à pied en ville. Deux inconvénients majeurs sont cependant à signaler :

L'orientation de la carte change constamment en fonction de la direction prise par le porteur du récepteur,

Ce mode ne convient que si l'on reste sur la voirie. Toute sortie dans la nature va se traduire par un point certes bien placé mais au milieu d'une plage de couleur sans aucune indication topographique.

Les récepteurs mixtes "routes et randonnées" intègrent des cartes le plus souvent issues du fond cartographique de l'IGN. Ces cartes, assez coûteuses en mémoire, sont le plus souvent présentes sur des cartes mémoire SD additionnelles. Elles sont mises à disposition à travers des services payants, le plus souvent par téléchargement sur internet ou sur des CDRom.

La précision du positionnement est souvent excellente mais l'orientation de la carte reste soumise à celle du promeneur. Il est cependant assez facile pour des élèves de reporter leur position sur un document papier. Ce report se fait de façon analogique.

Certains appareils offrent la possibilité d'exporter des fichiers de points remarquables WPT pour les insérer dans un SIG.

Les appareils GPS cartographiques offrent beaucoup de confort d'utilisation. Ils font totalement disparaître l'aspect technique pour donner la localisation directement sur un support cartographique. On a vu que ce support présente souvent des défauts pour une utilisation scolaire (orientation, simplification extrême). Ce type d'appareil est bien adapté pour des travaux tel que le report de points isolés ou de trajet d'excursion dans les classes de collège. On pourra ainsi localiser les points singuliers que sont les monuments, ou des points de mesure dans la nature.

Deux appareils ont été essayés dans cette catégorie :

- Un PDA Yakumo GPS avec des données Georando et cartoexplorer,
- un Evadeo de L'IGN avec les données 1/25 000 de l'IGN.

Le premier appareil s'est montré assez limité en précision et en capacité de stockage, très gourmand en courant électrique et surtout complètement instable en ce qui concerne la partie logicielle. Chaque épuisement de la batterie se traduisant par la nécessité de réinstaller complètement les logiciels GPS et les données cartographiques.

Plus fiable au niveau logiciel, l'Evadeo est pénalisé par la complexité des démarches de mise à jour des applications et des données. Son autonomie sur le terrain est limitée à 4 heures. Pour éviter les piratages des données, l'IGN a mis en place des procédures d'enregistrement et d'activation très complexes qui posent des problèmes aux utilisateurs non avertis.

Les prix de ces appareils avec leurs données dépassent 400 € ce qui rend difficile d'en avoir plusieurs exemplaires dans un établissement.

Les points positifs :

- La rapidité et la simplicité de la "mesure",
- l'identité entre la carte électronique et la carte sur papier,
- la possibilité de suivre le trajet parcouru sur la carte,

 

 

Les points négatifs :

- Le fonctionnement totalement opaque de l'appareil, il s'agit d'une "boîte noire"qui donne des résultats "magiques",
- le prix des appareils et des données,
- une certaine difficulté dans la gestions des données et des versions logicielles,
- une autonomie assez faible,
- l'impossiblité de valider des capacités du B2i lors de la démarche,
- l'impossiblité d'accéder aux coordonnées numériques d'un point sauf en format galliléen (degrés/minutes/secondes).

GPS de randonnée + carte papier : relever et reporter des coordonnées

Le récepteur GPS adapté à ce type de travail est typiquement celui du randonneur. Il doit inclure une fonction d'affichage des coordonnées dans les systèmes géodésiques utilisés sur les cartes distribuées par l'IGN. Sur la plupart des récepteurs, un écran affiche une projection du ciel visible au dessus de l'appareil.

Cette fonction très pédagogique permet de faire comprendre comment le récepteur arrive à afficher les coordonnées d'un point. Il faut au minimum quatre satellites en vue pour que la localisation puisse être faite. L'écran ci-contre montre que le récepteur a localisé les satellites GPS 17 et 20. Il recherche les autres qui sont en vue de l'appareil mais qui n'ont encore pas été localisés. L'algorythme de l'appareil résoudra un système de quatre équations à quatre inconnues pour déterminer X, Y, Z et l'heure. La position du récepteur est donc calculée à partir des messages envoyés par les satellites GPS.

 

On voit ici l'affichage d'un modèle Sportrack de Magellan.

La partie supérieure de l'écran indique les coordonnées Lambert II étendues qui sont utilisées par les cartes de l'IGN et par les banques de données de l'IGN telles que la BDOrtho®, le Scan25® et la BDTopo® qui sont disponibles sur les Systèmes d'Information Géographiques (SIG).

La partie inférieure montre les coordonnées UTM du même point. A l'inverse du système Lambert qui est propre à la France. Les coordonnées UTM couvrent l'ensemble du globe. Elles correspondent au quadrillage bleu des cartes 1/25 000 de l'IGN qui sont mentionnées comme "compatibles GPS". Malheureusement le territoire métropolitain correspond à trois fuseaux UTM différents. L'ouest, le centre et l'est de la France métropolitaine correspondent respectivement aux fuseaux 30, 31 et 32 et ceux-ci se recouvrent à leurs limites. Il y a donc des risques de confusion.

Il n'est pas réaliste d'utiliser avec des élèves une localisation avec les coordonnées géodésiques en degrés minutes et seconde (lat/lon) si l'on reporte ces coordonnées sur des cartes.

La plupart des récepteurs permettent de choisir le système de coordonnées et l'éllipsoïde auquel il est associé. Il arrive parfois que les deux soient choisis en même temps.

Après ce réglage l'appareil affiche les coordonnées du point d'observation.

Les élèves relèvent ces valeurs et se localisent manuellement sur la carte. On prendra soin de leur faciliter la tâche en fournissant des cartes à une échelle pratique (le 1/10 000 par exemple 10 m = 1 mm). L'utilisation de plusieurs récepteurs conduit les élèves à se pencher sur la notion de chiffre significatif puisqu'il apparaît rapidement que la précision est d'environ 10 mètres même si l'appareil affiche des mètres. Cette imprécision est encore plus grande pour les altitudes.

Ces coordonnées seront aussi exploitées lorsque l'on travaillera sur le SIG.

De nombreuses séances de travail sur le terrain avec des lycéens de seconde et de première S ont permis de valider ce type de démarche. En seconde, le thème libre sur la biodiversité conduit les élèves dans les zones humides de l'estuaire de la Loire lors d'une excursion. L'utilisation du GPS permet de se situer sur la carte et le professeur de physique chimie fait un exercice de triangulation en utilisant les coordonnées de plusieurs points et le théorème de Thalès pour déterminer la position d'un point inaccessible de l'autre côté de la Loire. Les données sont ensuite reportées dans un SIG.

Avec la classe sur le terrain en première S, chaque arrêt est localisé par ses coordonnées avant report sur la carte topographique et utilisation d'un SIG et d'un globe virtuel pour effectuer une représentation tridimentionnelle des terrains étudiés.

Nous avons travaillé avec deux MLR Y24 et un Sportrack de Magellan qui n'ont donné lieu à aucun dysfonctionnements.

 

Les points positifs :

- L'introduction aux principes de la géolocalisation,
- la possibilité de travail pluridisciplinaire,
- la réactivation des notions de coordonnées cartésiennes d'un point et de chiffre significatif,
- l'importation raisonnée des données dans un SIG,
- le faible prix des appareils (environ 100 € en 2007) qui permet d'en posséder plusieurs,
- la grande autonomie des appareils
- le fonctionnement sur piles ou accumulateurs d'un type courant qui permet d'emporter du rechange.
- la facilité de mise en oeuvre. Bien que certains de ces appareils permettent la localisation sur des cartes numériques, il n'est pas indispensable de les acheter.
- la possibilité de valider certains items du B2i :

C.2.4. Je m'interroge sur les résultats de traitements informatiques...
L.2.4. Je valide, à partir de critères définis,...

Les points négatifs :

- Une apparence déroutante pour celui qui ne veut que lire sa position sur une carte,
- la nécessité de paramétrer l'appareil pour utiliser le système de coordonnées adapté à sa carte.

Quelques références :
utiliser le GPS pour repérer un affleurement avec la classe sur le terrain
biodiversité et développement durable dans l'estuaire de la Loire : utilisation d'un SIG
utiliser des SIG dans le cadre de "la classe sur le terrain"
repérer et étudier les peupleraies au cours d'une excursion
utiliser openoffice ou staroffice pour éditer des cartes à l'échelle

 

 

 
auteur(s) :

François Cordellier, professeur de SVT au lycée Jean Perrin de Rezé, professeur de SVT au lycée Jean Perrin de Rezé

information(s) pédagogique(s)

niveau : tous niveaux

type pédagogique : démarche pédagogique, activité de recherche, activité de découverte

public visé : enseignant, personnel de laboratoire

contexte d'usage : atelier, classe, sortie pédagogique

référence aux programmes : Caractéristiques de l'environnement proche et répartition des êtres vivants
Géologie externe : évolution des paysages
Education pour un développement durable
La classe sur le terrain, une démarche scientifique

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