NAD83 (1986)

Le NAD83 (1986), aussi appelé « NAD83 d’origine », est une structure de référence classique (planimétrique) compensée en 1986 (Schwarz, 1989). Cette structure est l’aboutissement d’une compensation nord-américaine multisource de plus de 266 400 points incluant quelque 7 500 points du réseau primaire canadien. Les données provenaient de trois techniques : des observations classiques (angles, distances, azimuts astronomiques) et des positions obtenues avec le système de positionnement TRANSIT (communément appelé « point Doppler ») ainsi que de la technique VLBI. La contribution de chacune de ces techniques dans la compensation est la suivante :

• près de 1 780 000 observations classiques;

• plus de 1 300 positions TRANSIT;

• près de 50 positions VLBI.

Pour compenser cette masse de données, la stratégie retenue fut celle des blocs d’Helmert. Il a fallu former près de 340 blocs d’Helmert pour estimer plus de 928 700 paramètres. Les calculs ont été effectués sur l’ellipsoïde GRS80.

Des transformations ont été appliquées à chacune des trois techniques pour les rendre compatibles entre elles et les aligner sur le BTS84. Les paramètres de transformation appliqués aux différentes techniques sont présentés dans le tableau 5 et les rotations sont schématisées dans la figure 19 (Schwarz, 1989). Les positions TRANSIT ont subi la même transformation que celles ayant servi à rendre le WGS84 géocentrique. Tout comme dans les ITRF, le VLBI a assuré la mise à l’échelle.

Les référentiels géodésiques modernes

24 Guide sur les référentiels géodésiques et altimétriques au Québec Tableau 5 : Paramètres de transformation

Paramètre Classique TRANSIT VLBI

Translation X (m) – 0 0

Translation Y (m) – 0 0

Translation Z (m) – 4,5 0

Rotation X (″) – 0 0,020

Rotation Y (″) – 0 0,020

Rotation Z (″) -0,365 -0,814 0,010

Échelle (ppm) -0,237 -0,6 -0,075

Figure 19 : Rotation des systèmes

Une fois la compensation nord-américaine terminée, le Canada a compensé près de 105 000 points provenant des réseaux primaires et secondaires des provinces (Pinch, 1990). Par la suite, le Québec a compensé ses réseaux de 3^e et de 4^e ordre au début des années 1990.

Le NAD83 a permis d’éliminer des dizaines de mètres d’erreurs en positionnement relatif ou absolu dans le NAD27. La Division des levés géodésiques (DLG) de Ressources naturelles Canada estime que l’exactitude absolue du NAD83 (1986) varie de quelques centimètres à plus de 2 m avec une moyenne de 0,3 m (DLG, 2008a). Quant à l’exactitude relative, elle est meilleure que celle du NAD27 ou du NAD27 (CGQ77) au Québec.

Dans le NAD83 (1986), la hiérarchie dans les réseaux est demeurée identique à celle utilisée dans le NAD27. Le tableau 6 présente la hiérarchie des réseaux classiques NAD27 et NAD83 (1986) tels qu’ils ont été établis au Québec.

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À la position de chaque point géodésique est associé un critère de qualité métrique. La Direction de la référence géodésique (DRG) du ministère des Ressources naturelles et de la Faune du Québec utilise quatre catégories, ou classes, pour décrire la qualité métrique de la coordonnée.

Les coordonnées qui ne respectent pas les critères métriques sont hors classe (classe D) et ne sont pas disponibles pour les utilisateurs. Le classement se fait à partir de l’erreur standard (σ) de la position issue de la compensation des données. Le tableau 7 présente, pour une classe et un ordre donnés, la limite maximale permise en latitude et en longitude. Les ordres IA, IB et IC servent pour les points établis par intersection.

Tableau 7 : Critères de classement (m) de l’infrastructure classique

Ordre

L’implantation du NAD83 (1986) s’est terminée en pleine ascension du système GPS. Dès la fin des années 1980, les faiblesses internes du NAD83 (1986) ont commencé à poindre à l’horizon avec une utilisation de plus en plus courante du GPS. Une des premières constatations fut le manque de compatibilité de cette structure avec les techniques spatiales. Malgré la compensation d’observations classiques dans une structure moderne géocentrique, le NAD83 (1986) demeure avant tout un « datum planimétrique ». Or, le GPS, ou toute autre technique spatiale, opère dans un environnement tridimensionnel. L’absence d’altitude géodésique (h) crée un problème pour intégrer des mesures GPS dans le NAD83 (1986). Il devient évident qu’il faut se fier à un modèle de géoïde pour obtenir une altitude géodésique aux points qui ont une altitude orthométrique (H) connue. Le chapitre 6 sur les référentiels

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26 Guide sur les référentiels géodésiques et altimétriques au Québec altimétriques présentera les limites de l’utilisation d’une altitude orthométrique et d’un modèle de géoïde pour l’obtention d’une altitude géodésique.

Une autre constatation fut que le NAD83 (1986) n’était pas aussi géocentrique qu’il devait l’être.

L’origine est à environ 2,2 m du centre des masses de la Terre. Ce décalage est principalement causé par l’inexactitude des points Doppler qui ont servi de points d’appui dans la compensation des observations classiques. Les positions établies par le système TRANSIT avaient une précision d’environ 1 m (3D). Comme les points d’appui n’étaient localisés que sur le continent, cela a aussi contribué à décaler l’origine.

La précision du système GPS en positionnement relatif est de loin supérieure aux observations classiques pour des besoins géodésiques. Le GPS a fait ressortir la qualité hétérogène des observations classiques causée par l’imprécision des instruments classiques. Il ne faut pas oublier que les observations classiques qui ont été utilisées dans la compensation ont été prises sur une longue période de temps avec plusieurs générations d’instruments. Le GPS a aussi fait ressortir des faiblesses dans la structure des réseaux classiques étant donné l’absence de mesures entre des points ou des polygonales.

Ces constatations, jumelées à l’avènement des systèmes de référence terrestres globaux, poussèrent les organismes nord-américains de géodésie à revoir la structure NAD83 implantée quelques années auparavant.