Arpentage - Surveying

Une femme tenant un cahier est accroupie à côté d'un théodolite sur un trépied.  L'instrument est installé sur une berge dans une forêt.
Un géomètre utilisant une station totale
Un étudiant à l'aide d'un théodolite dans le domaine

L'arpentage ou l'arpentage est la technique, la profession, l'art et la science permettant de déterminer les positions terrestres ou tridimensionnelles de points ainsi que les distances et les angles entre eux. Un arpenteur-géomètre professionnel est appelé arpenteur-géomètre . Ces points se trouvent généralement à la surface de la Terre et sont souvent utilisés pour établir des cartes et des limites de propriété , des emplacements, tels que les positions conçues des composants structurels pour la construction ou l'emplacement en surface des éléments souterrains, ou à d'autres fins requises par le gouvernement. ou le droit civil, comme les ventes immobilières.

Les géomètres travaillent avec des éléments de géodésie , de géométrie , de trigonométrie , d' analyse de régression , de physique , d'ingénierie, de métrologie , de langages de programmation et de droit. Ils utilisent des équipements tels que des stations totales , des stations totales robotisées, des théodolites , des récepteurs GNSS , des rétroréflecteurs , des scanners 3D , des capteurs LiDAR, des radios, des inclinomètres , des tablettes portables, des niveaux optiques et numériques , des localisateurs souterrains, des drones, des SIG et des logiciels de topographie.

L'arpentage a été un élément dans le développement de l'environnement humain depuis le début de l' histoire enregistrée . La planification et l'exécution de la plupart des formes de construction l'exigent. Il est également utilisé dans les transports, les communications, la cartographie et la définition des limites juridiques de la propriété foncière, et constitue un outil important pour la recherche dans de nombreuses autres disciplines scientifiques.

Définition

La Fédération internationale des géomètres définit la fonction de l'arpentage comme suit :

Un géomètre est une personne professionnelle possédant les qualifications académiques et l'expertise technique nécessaires pour mener une ou plusieurs des activités suivantes ;

  • déterminer, mesurer et représenter des terres, des objets tridimensionnels, des champs de points et des trajectoires ;
  • rassembler et interpréter les informations relatives à la terre et à la géographie,
  • d'utiliser ces informations pour la planification et l'administration efficace de la terre, de la mer et de toute structure s'y trouvant ; et,
  • mener des recherches sur les pratiques ci-dessus et les développer.

Histoire

Histoire ancienne

se référer à la légende
Une règle d'aplomb du livre Cassells' Carpentry and Joinery

L'arpentage a eu lieu depuis que les humains ont construit les premières grandes structures. Dans l'Egypte ancienne , une civière en corde utilisait une géométrie simple pour rétablir les limites après les crues annuelles du Nil . L'équerre presque parfaite et l'orientation nord-sud de la Grande Pyramide de Gizeh , construite c. 2700 avant JC, affirment le commandement des Égyptiens de l'arpentage. L' instrument groma est originaire de Mésopotamie (début du 1er millénaire avant JC). Le monument préhistorique de Stonehenge (vers 2500 av. J.-C.) a été établi par des géomètres préhistoriques utilisant la géométrie des chevilles et des cordes.

Le mathématicien Liu Hui a décrit des manières de mesurer des objets distants dans son ouvrage Haidao Suanjing ou The Sea Island Mathematical Manual , publié en 263 après JC.

Les Romains ont reconnu l'arpentage comme une profession. Ils ont établi les mesures de base sous lesquelles l'Empire romain était divisé, comme un registre fiscal des terres conquises (300 après JC). Les géomètres romains étaient connus sous le nom de Gromatici .

Dans l'Europe médiévale, dépasser les limites maintenait les limites d'un village ou d'une paroisse. Il s'agissait de la pratique consistant à rassembler un groupe de résidents et à se promener dans la paroisse ou le village pour établir une mémoire commune des limites. De jeunes garçons ont été inclus pour s'assurer que le souvenir dure le plus longtemps possible.

En Angleterre, Guillaume le Conquérant a commandé le Domesday Book en 1086. Il a enregistré les noms de tous les propriétaires fonciers, la superficie des terres qu'ils possédaient, la qualité de la terre et des informations spécifiques sur le contenu et les habitants de la région. Il ne comprenait pas de cartes indiquant les emplacements exacts.

Ère moderne

Image imprimée de l'équipement d'arpentage.
Table d'arpentage, 1728 Cyclopédie

Abel Foullon a décrit une table plane en 1551, mais on pense que l'instrument était utilisé plus tôt car sa description est celle d'un instrument développé.

La chaîne de Gunter a été introduite en 1620 par le mathématicien anglais Edmund Gunter . Il a permis d'arpenter et de tracer avec précision des parcelles de terrain à des fins juridiques et commerciales.

Leonard Digges a décrit un théodolite qui mesurait les angles horizontaux dans son livre Une pratique géométrique nommée Pantometria (1571). Joshua Habermel ( Erasmus Habermehl ) a créé un théodolite avec une boussole et un trépied en 1576. Johnathon Sission a été le premier à incorporer un télescope sur un théodolite en 1725.

Au 18ème siècle, les techniques et les instruments modernes d'arpentage ont commencé à être utilisés. Jesse Ramsden a introduit le premier théodolite de précision en 1787. C'était un instrument pour mesurer les angles dans les plans horizontal et vertical. Il a créé son grand théodolite en utilisant un moteur de division précis de sa propre conception. Le théodolite de Ramsden a représenté un grand pas en avant dans la précision de l'instrument. William Gascoigne a inventé un instrument qui utilisait un télescope avec un réticule installé comme dispositif cible, en 1640. James Watt a développé un compteur optique pour la mesure de la distance en 1771 ; il mesurait l' angle parallactique à partir duquel la distance à un point pouvait être déduite.

Le mathématicien néerlandais Willebrord Snellius (alias Snel van Royen) a introduit l'utilisation systématique moderne de la triangulation . En 1615, il a arpenté la distance d' Alkmaar à Breda , environ 72 miles (116 km). Il a sous-estimé cette distance de 3,5 %. L'enquête était une chaîne de quadrangles contenant 33 triangles en tout. Snell a montré comment les formules planaires pouvaient être corrigées pour tenir compte de la courbure de la terre. Il a également montré comment réséquer , ou calculer, la position d'un point à l'intérieur d'un triangle en utilisant les angles exprimés entre les sommets au point inconnu. Ceux-ci pouvaient être mesurés avec plus de précision que les relèvements des sommets, qui dépendaient d'une boussole. Son travail a établi l'idée d'arpenter un réseau principal de points de contrôle et de localiser plus tard des points subsidiaires à l'intérieur du réseau principal. Entre 1733 et 1740, Jacques Cassini et son fils César entreprennent la première triangulation de France. Ils comprenaient un réarpentage de l' arc méridien , conduisant à la publication en 1745 de la première carte de France construite sur des principes rigoureux. A cette époque, les méthodes de triangulation étaient bien établies pour la cartographie locale.

Carte du réseau de triangulation couvrant l'Inde.
Une carte de l'Inde montrant le Great Trigonometrical Survey, produit en 1870

Ce n'est que vers la fin du XVIIIe siècle que des enquêtes détaillées par réseau de triangulation cartographient des pays entiers. En 1784, une équipe du général William Roy de Ordnance Survey de Grande - Bretagne a commencé le principal Triangulation de la Grande - Bretagne . Le premier théodolite de Ramsden a été construit pour cette étude. L'enquête a finalement été achevée en 1853. La grande enquête trigonométrique de l'Inde a commencé en 1801. L'enquête indienne a eu un impact scientifique énorme. Il est à l'origine de l'une des premières mesures précises d'une section d'arc de longitude, et des mesures de l'anomalie géodésique. Il a nommé et cartographié le mont Everest et les autres sommets himalayens. L'arpentage est devenu une profession très demandée au tournant du 19e siècle avec le début de la révolution industrielle . La profession a développé des instruments plus précis pour faciliter son travail. Les projets d'infrastructure industrielle ont utilisé des géomètres pour tracer des canaux , des routes et des voies ferrées.

Aux États-Unis, le Land Ordinance de 1785 a créé le Public Land Survey System . Il a servi de base à la division des territoires de l'Ouest en sections pour permettre la vente de terres. Le PLSS divisait les États en grilles de cantons qui étaient ensuite divisées en sections et fractions de sections.

Napoléon Bonaparte a fondé le premier cadastre d' Europe continentale en 1808. Celui-ci a rassemblé des données sur le nombre de parcelles de terre, leur valeur, l'utilisation des terres et les noms. Ce système s'est rapidement répandu dans toute l'Europe.

Une équipe d'arpentage des chemins de fer à Russel's Tank, Arizona dans les années 1860

Robert Torrens a introduit le système Torrens en Australie-Méridionale en 1858. Torrens visait à simplifier les transactions foncières et à fournir des titres fiables via un registre foncier centralisé. Le système Torrens a été adopté dans plusieurs autres pays du monde anglophone. L'arpentage est devenu de plus en plus important avec l'arrivée des chemins de fer dans les années 1800. L'arpentage était nécessaire pour que les chemins de fer puissent planifier des itinéraires technologiquement et financièrement viables.

20ième siècle

Soldat debout à côté d'un instrument télescopique sur un trépied.
Un ingénieur allemand arpentant pendant la Première Guerre mondiale , 1918

Au début du siècle, les géomètres avaient amélioré les anciennes chaînes et cordes, mais étaient toujours confrontés au problème de la mesure précise des longues distances. Le Dr Trevor Lloyd Wadley a développé le Telluromètre dans les années 1950. Il mesure de longues distances à l'aide de deux émetteurs/récepteurs micro-ondes. À la fin des années 1950, Geodimeter a introduit un équipement de mesure de distance électronique (EDM). Les unités EDM utilisent un déphasage multifréquence des ondes lumineuses pour trouver une distance. Ces instruments ont évité le besoin de jours ou de semaines de mesure en chaîne en mesurant entre des points à des kilomètres l'un de l'autre en une seule fois.

Les progrès de l'électronique ont permis la miniaturisation de l'EDM. Dans les années 1970, les premiers instruments combinant mesure d'angle et mesure de distance sont apparus, devenant les stations totales . Les fabricants ont ajouté plus d'équipements progressivement, apportant des améliorations en termes de précision et de vitesse de mesure. Parmi les avancées majeures, citons les compensateurs d'inclinaison, les enregistreurs de données et les programmes de calcul embarqués.

Le premier système de positionnement par satellite était le système US Navy TRANSIT . Le premier lancement réussi a eu lieu en 1960. L'objectif principal du système était de fournir des informations de position aux sous - marins lance- missiles Polaris . Les géomètres ont découvert qu'ils pouvaient utiliser des récepteurs de terrain pour déterminer l'emplacement d'un point. La couverture satellite clairsemée et le gros équipement ont rendu les observations laborieuses et imprécises. L'utilisation principale consistait à établir des repères dans des endroits éloignés.

L'US Air Force a lancé les premiers prototypes de satellites du système de positionnement global (GPS) en 1978. Le GPS utilisait une plus grande constellation de satellites et une transmission de signal améliorée pour fournir plus de précision. Les premières observations GPS nécessitaient plusieurs heures d'observations par un récepteur statique pour atteindre les exigences de précision des levés. Les améliorations récentes apportées aux satellites et aux récepteurs permettent des levés cinématiques en temps réel (RTK). Les levés RTK obtiennent des mesures de haute précision en utilisant une station de base fixe et une deuxième antenne mobile. La position de l'antenne mobile peut être suivie.

21e siècle

Le théodolite , la station totale et le levé GPS RTK restent les principales méthodes utilisées.

La télédétection et l'imagerie satellitaire continuent de s'améliorer et deviennent moins chères, permettant une utilisation plus courante. Les nouvelles technologies de premier plan comprennent la numérisation tridimensionnelle (3D) et l'utilisation du lidar pour les relevés topographiques. La technologie UAV ainsi que le traitement d'images photogrammétriques font également leur apparition.

Équipement

Matériel

Théodolite.
Station Total.
Niveau optique.
Station GPS d'enquête.
Matériel d'arpentage. Dans le sens horaire à partir du coin supérieur gauche : théodolite optique, station totale robotique, station de base RTK GPS, niveau optique.

Les principaux instruments d'arpentage utilisés dans le monde sont le théodolite , le ruban à mesurer , la station totale , les scanners 3D , le GPS / GNSS , le niveau et la tige . La plupart des instruments se vissent sur un trépied lorsqu'ils sont utilisés. Les rubans à mesurer sont souvent utilisés pour mesurer des distances plus petites. Des scanners 3D et diverses formes d'imagerie aérienne sont également utilisés.

Le théodolite est un instrument de mesure des angles. Il utilise deux cercles séparés , des rapporteurs ou des alidades pour mesurer les angles dans le plan horizontal et vertical. Un télescope monté sur des tourillons est aligné verticalement avec l'objet cible. Toute la section supérieure pivote pour un alignement horizontal. Le cercle vertical mesure l'angle que fait le télescope par rapport à la verticale, appelé angle zénithal. Le cercle horizontal utilise une plaque supérieure et inférieure. Au début du levé, le géomètre pointe l'instrument dans une direction connue (roulement) et serre la plaque inférieure en place. L'instrument peut alors tourner pour mesurer le relèvement par rapport à d'autres objets. Si aucun relèvement n'est connu ou si une mesure directe d'angle est souhaitée, l'instrument peut être mis à zéro lors de la visée initiale. Il lira ensuite l'angle entre l'objet initial, le théodolite lui-même et l'élément avec lequel le télescope s'aligne.

Le gyrothéodolite est une forme de théodolite qui utilise un gyroscope pour s'orienter en l'absence de repères. Il est utilisé dans les applications souterraines.

La station totale est un développement du théodolite avec un dispositif électronique de mesure de distance (EDM). Une station totale peut être utilisée pour le nivellement lorsqu'elle est réglée sur le plan horizontal. Depuis leur introduction, les stations totales sont passées d'appareils optiques-mécaniques à des appareils entièrement électroniques.

Les stations totales haut de gamme modernes n'ont plus besoin d'un réflecteur ou d'un prisme pour renvoyer les impulsions lumineuses utilisées pour les mesures de distance. Ils sont entièrement robotisés et peuvent même envoyer des données de pointage par courrier électronique à un ordinateur distant et se connecter à des systèmes de positionnement par satellite , tels que le système de positionnement global . Les systèmes GPS cinématiques en temps réel ont considérablement augmenté la vitesse de l'arpentage, et ils sont maintenant précis horizontalement à 1 cm ± 1 ppm en temps réel, tandis que verticalement, il est actuellement environ la moitié de cette précision à 2 cm ± 2 ppm.

L'arpentage GPS diffère des autres utilisations du GPS par l'équipement et les méthodes utilisées. Le GPS statique utilise deux récepteurs placés en position pendant une durée considérable. La longue période de temps permet au récepteur de comparer les mesures pendant l'orbite des satellites. Les changements au fur et à mesure de l'orbite des satellites fournissent également au réseau de mesure une géométrie bien conditionnée. Cela produit une ligne de base précise qui peut atteindre plus de 20 km de long. L'arpentage RTK utilise une antenne statique et une antenne mobile. L'antenne statique suit les changements dans les positions des satellites et les conditions atmosphériques. Le géomètre utilise l'antenne mobile pour mesurer les points nécessaires au levé. Les deux antennes utilisent une liaison radio qui permet à l'antenne statique d'envoyer des corrections à l'antenne nomade. L'antenne mobile applique ensuite ces corrections aux signaux GPS qu'elle reçoit pour calculer sa propre position. L'arpentage RTK couvre des distances plus petites que les méthodes statiques. En effet, des conditions divergentes plus éloignées de la base réduisent la précision.

Les instruments d'arpentage ont des caractéristiques qui les rendent adaptés à certains usages. Les théodolites et les niveaux sont souvent utilisés par les constructeurs plutôt que par les géomètres dans les pays du premier monde. Le constructeur peut effectuer des tâches d'enquête simples à l'aide d'un instrument relativement bon marché. Les stations totales sont des bêtes de somme pour de nombreux géomètres professionnels car elles sont polyvalentes et fiables dans toutes les conditions. Les améliorations de productivité d'un GPS sur les levés à grande échelle les rendent populaires pour les grands projets d'infrastructure ou de collecte de données. Les stations totales guidées par robot à une personne permettent aux géomètres de mesurer sans travailleurs supplémentaires pour viser le télescope ou enregistrer des données. Un moyen rapide mais coûteux de mesurer de grandes surfaces consiste à utiliser un hélicoptère, en utilisant un GPS pour enregistrer l'emplacement de l'hélicoptère et un scanner laser pour mesurer le sol. Pour augmenter la précision, les géomètres placent des balises au sol (à environ 20 km (12 mi) de distance). Cette méthode atteint des précisions comprises entre 5 et 40 cm (selon la hauteur de vol).

Les géomètres utilisent des équipements auxiliaires tels que des trépieds et des supports d'instruments; bâtons et balises utilisés à des fins d'observation; EPI ; équipement de défrichage; outils de creusement pour trouver des marqueurs d'arpentage enfouis au fil du temps; marteaux pour placer des marqueurs sur diverses surfaces et structures; et des radios portables pour la communication sur de longues lignes de mire.

Logiciel

Les arpenteurs-géomètres, les professionnels de la construction et les ingénieurs civils utilisant une station totale , un GPS , des scanners 3D et d'autres données de collecte utilisent un logiciel d'arpentage pour augmenter l'efficacité, la précision et la productivité. Le logiciel d'arpentage est un incontournable de l'arpentage contemporain.

En règle générale, une grande partie sinon la totalité de la rédaction et une partie de la conception des plans et des plats de la propriété arpentée sont effectuées par l'arpenteur, et presque tout le monde travaillant dans le domaine de la rédaction aujourd'hui (2021) utilise des logiciels et du matériel de CAO à la fois sur PC, et de plus en plus dans les collecteurs de données de nouvelle génération sur le terrain également. D'autres plates-formes et outils informatiques couramment utilisés aujourd'hui par les géomètres sont proposés en ligne par le gouvernement fédéral des États-Unis et d'autres agences de géodésie , telles que le National Geodetic Survey et le réseau CORS , pour obtenir des corrections et des conversions automatisées pour les données GPS collectées , et les données systèmes de coordonnées eux-mêmes.

Technique

Une boussole avec des mires supplémentaires pour mesurer les relèvements.
Une boussole standard Brunton Geo , encore couramment utilisée aujourd'hui par les géographes, les géologues et les arpenteurs pour les mesures sur le terrain

Les géomètres déterminent la position des objets en mesurant les angles et les distances. Les facteurs qui peuvent affecter la précision de leurs observations sont également mesurés. Ils utilisent ensuite ces données pour créer des vecteurs, des relèvements, des coordonnées, des élévations, des surfaces, des volumes, des plans et des cartes. Les mesures sont souvent divisées en composantes horizontales et verticales pour simplifier le calcul. Les mesures GPS et astronomiques nécessitent également la mesure d'une composante temporelle.

Mesure de distance

Une femme avec un sac à dos tenant un télémètre laser, un GPS portable et une tablette.
Exemple d'équipement moderne pour la topographie ( technologie Field-Map ) : GPS , télémètre laser et ordinateur de terrain permet la topographie ainsi que la cartographie (création de carte en temps réel) et la collecte de données de terrain.

Avant les appareils laser EDM (Electronic Distance Measurement), les distances étaient mesurées à l'aide de divers moyens. Ceux-ci comprenaient des chaînes avec des maillons d'une longueur connue, comme une chaîne de Gunter , ou des rubans à mesurer en acier ou en invar . Pour mesurer les distances horizontales, ces chaînes ou rubans ont été tendus pour réduire l'affaissement et le mou. La distance a dû être ajustée pour la dilatation thermique. Des tentatives pour maintenir le niveau de l'instrument de mesure seraient également effectuées. Lors de la mesure d'une pente, le géomètre peut devoir « casser » (casser la chaîne) la mesure - utiliser un incrément inférieur à la longueur totale de la chaîne. Les poussettes , ou roues de mesure, ont été utilisées pour mesurer des distances plus longues mais pas avec un niveau de précision élevé. La tachéométrie est la science de la mesure des distances en mesurant l'angle entre deux extrémités d'un objet de taille connue. Il était parfois utilisé avant l'invention de l'EDM où un terrain accidenté rendait la mesure de la chaîne impraticable.

Mesure d'angle

Historiquement, les angles horizontaux étaient mesurés à l'aide d'une boussole pour fournir un relèvement magnétique ou un azimut. Plus tard, des disques gravés plus précis ont amélioré la résolution angulaire. Monter des télescopes avec des réticules au sommet du disque a permis une visée plus précise (voir théodolite ). Des niveaux et des cercles calibrés permettaient de mesurer les angles verticaux. Verniers a permis la mesure à une fraction de degré, comme avec un transit du début du siècle .

La table plane a fourni une méthode graphique d'enregistrement et de mesure des angles, ce qui a réduit la quantité de mathématiques nécessaires. En 1829, Francis Ronalds inventa un instrument réfléchissant pour enregistrer graphiquement les angles en modifiant l' octant .

En observant le relèvement de chaque sommet d'une figure, un géomètre peut mesurer autour de la figure. L'observation finale se fera entre les deux premiers points observés, sauf avec une différence de 180°. C'est ce qu'on appelle une clôture . Si le premier et le dernier relèvement sont différents, cela montre l'erreur dans le levé, appelée le décalage angulaire . Le géomètre peut utiliser ces informations pour prouver que les travaux répondent aux normes attendues.

Nivellement

Une femme installant un niveau optique sur un trépied.
Un membre du personnel du Centre for Operational Oceanographic Products and Services effectue le nivellement de la station de marée à l'appui de l'US Army Corps of Engineers à Richmond, dans le Maine.

La méthode la plus simple pour mesurer la hauteur est d'  utiliser un altimètre utilisant la pression atmosphérique pour trouver la hauteur. Lorsque des mesures plus précises sont nécessaires, des moyens tels que des niveaux précis (également appelés nivellement différentiel) sont utilisés. Lors d'un nivellement précis, une série de mesures entre deux points est effectuée à l'aide d'un instrument et d'une toise. Les différences de hauteur entre les mesures sont ajoutées et soustraites dans une série pour obtenir la différence nette d'altitude entre les deux extrémités. Avec le système de positionnement global (GPS), l'altitude peut être mesurée avec des récepteurs satellites. Habituellement, le GPS est un peu moins précis que la mise à niveau précise traditionnelle, mais peut être similaire sur de longues distances.

Lors de l'utilisation d'un niveau optique, le point final peut être hors de la plage effective de l'instrument. Il peut y avoir des obstructions ou de grands changements d'altitude entre les extrémités. Dans ces situations, des configurations supplémentaires sont nécessaires. Tourner est un terme utilisé pour désigner le déplacement du niveau pour prendre une photo en élévation à partir d'un emplacement différent. Pour "tourner" le niveau, il faut d'abord faire une lecture et enregistrer l'élévation du point sur lequel se trouve la tige. Alors que la tige est maintenue exactement au même endroit, le niveau est déplacé vers un nouvel emplacement où la tige est toujours visible. Une lecture est effectuée à partir du nouvel emplacement du niveau et la différence de hauteur est utilisée pour trouver la nouvelle élévation du pistolet de niveau, c'est pourquoi cette méthode est appelée nivellement différentiel . Ceci est répété jusqu'à ce que la série de mesures soit terminée. Le niveau doit être horizontal pour obtenir une mesure valide. Pour cette raison, si le réticule horizontal de l'instrument est plus bas que la base de la tige, le géomètre ne pourra pas viser la tige et obtenir une lecture. La tige peut généralement être élevée jusqu'à 25 pieds (7,6 m) de hauteur, ce qui permet de régler le niveau beaucoup plus haut que la base de la tige.

Détermination de la position

Le principal moyen de déterminer sa position à la surface de la terre lorsqu'aucune position connue n'est à proximité est l'observation astronomique. Les observations du soleil, de la lune et des étoiles pouvaient toutes être effectuées à l'aide de techniques de navigation. Une fois que la position et le relèvement de l'instrument par rapport à une étoile sont déterminés, le relèvement peut être transféré à un point de référence sur la terre. Le point peut ensuite être utilisé comme base pour d'autres observations. Les positions astronomiques précises des relevés étaient difficiles à observer et à calculer et avaient donc tendance à être une base à partir de laquelle de nombreuses autres mesures ont été effectuées. Depuis l'avènement du système GPS, les observations astronomiques sont rares car le GPS permet de déterminer des positions adéquates sur la majeure partie de la surface de la terre.

Réseaux de référence

Un diagramme de marqueurs d'arpentage longeant un rivage.
Un levé utilisant des mesures de cheminement et de décalage pour enregistrer l'emplacement du rivage indiqué en bleu. Les lignes pointillées noires sont des mesures transversales entre les points de référence (cercles noirs). Les lignes rouges sont des décalages mesurés perpendiculairement aux lignes de cheminement.

Peu de positions d'arpentage sont dérivées des premiers principes. Au lieu de cela, la plupart des points de relevés sont mesurés par rapport aux points mesurés précédemment. Cela forme un réseau de référence ou de contrôle où chaque point peut être utilisé par un géomètre pour déterminer sa propre position au début d'un nouveau levé.

Les points d'enquête sont généralement marqués à la surface de la terre par des objets allant de petits clous enfoncés dans le sol à de grandes balises qui peuvent être vues à de longues distances. Les géomètres peuvent installer leurs instruments sur cette position et mesurer aux objets proches. Parfois, une grande caractéristique distinctive telle qu'un clocher ou une antenne radio voit sa position calculée comme un point de référence par rapport auquel les angles peuvent être mesurés.

La triangulation est une méthode de localisation horizontale privilégiée dans les jours précédant la mesure EDM et GPS. Il peut déterminer les distances, les élévations et les directions entre des objets distants. Depuis les premiers jours de l'arpentage, c'était la principale méthode pour déterminer les positions précises des objets pour les cartes topographiques de grandes zones. Un géomètre doit d'abord connaître la distance horizontale entre deux des objets, connue sous le nom de ligne de base . Ensuite, les hauteurs, les distances et la position angulaire d'autres objets peuvent être dérivées, tant qu'elles sont visibles depuis l'un des objets d'origine. Des transits ou des théodolites de haute précision ont été utilisés et les mesures d'angle ont été répétées pour une précision accrue. Voir aussi Triangulation en trois dimensions .

La compensation est une autre méthode pour déterminer la position des objets et était souvent utilisée pour mesurer des caractéristiques imprécises telles que les berges. L'arpenteur marquerait et mesurerait deux positions connues sur le sol à peu près parallèles à l'élément, et tracerait une ligne de base entre elles. À intervalles réguliers, une distance a été mesurée à angle droit entre la première ligne et l'entité. Les mesures pourraient ensuite être tracées sur un plan ou une carte, et les points aux extrémités des lignes de décalage pourraient être joints pour montrer l'entité.

La traversée est une méthode courante pour arpenter des zones plus petites. Le géomètre part d'un ancien repère ou d'une position connue et place un réseau de repères couvrant la zone d'arpentage. Ils mesurent ensuite les relèvements et les distances entre les marques de référence et les entités cibles. La plupart des cheminements forment un motif en boucle ou un lien entre deux marques de référence antérieures afin que l'arpenteur puisse vérifier leurs mesures.

Systèmes de référence et de coordonnées

De nombreux relevés ne calculent pas les positions à la surface de la terre, mais mesurent plutôt les positions relatives des objets. Cependant, les éléments étudiés doivent souvent être comparés à des données extérieures, telles que des lignes de démarcation ou des objets de l'enquête précédente. La façon la plus ancienne de décrire une position est la latitude et la longitude, et souvent une hauteur au-dessus du niveau de la mer. Au fur et à mesure que la profession d'arpenteur se développait, elle créait des systèmes de coordonnées cartésiennes pour simplifier les mathématiques pour les levés sur de petites parties de la terre. Les systèmes de coordonnées les plus simples supposent que la Terre est plate et mesurent à partir d'un point arbitraire, connu sous le nom de « donnée » (forme singulière de données). Le système de coordonnées permet de calculer facilement les distances et la direction entre les objets sur de petites zones. De grandes zones se déforment en raison de la courbure de la terre. Le nord est souvent défini comme le nord géographique au niveau de référence.

Pour les régions plus grandes, il est nécessaire de modéliser la forme de la terre à l'aide d'un ellipsoïde ou d'un géoïde. De nombreux pays ont créé des grilles de coordonnées personnalisées pour réduire les erreurs dans leur région de la terre.

Erreurs et précision

Un principe de base de l'arpentage est qu'aucune mesure n'est parfaite et qu'il y aura toujours une petite quantité d'erreur. Il existe trois catégories d'erreurs d'enquête :

  • Erreurs grossières ou maladresses : Erreurs commises par le géomètre lors de l'enquête. Déranger l'instrument, mal viser une cible ou noter une mauvaise mesure sont toutes des erreurs grossières. Une erreur grossière importante peut réduire la précision à un niveau inacceptable. Par conséquent, les enquêteurs utilisent des mesures redondantes et des contrôles indépendants pour détecter ces erreurs au début de l'enquête.
  • Systématique : Erreurs qui suivent un modèle cohérent. Les exemples incluent les effets de la température sur une chaîne ou une mesure EDM, ou un niveau à bulle mal ajusté provoquant une inclinaison de l'instrument ou du pôle cible. Les erreurs systématiques qui ont des effets connus peuvent être compensées ou corrigées.
  • Aléatoire : Les erreurs aléatoires sont de petites fluctuations inévitables. Ils sont causés par des imperfections dans l'équipement de mesure, la vue et les conditions. Ils peuvent être minimisés par la redondance de la mesure et en évitant les conditions instables. Les erreurs aléatoires ont tendance à s'annuler, mais des contrôles doivent être effectués pour s'assurer qu'elles ne se propagent pas d'une mesure à l'autre.

Les géomètres évitent ces erreurs en calibrant leur équipement, en utilisant des méthodes cohérentes et en concevant bien leur réseau de référence. Les mesures répétées peuvent être moyennées et toutes les mesures aberrantes rejetées. Des contrôles indépendants tels que la mesure d'un point à partir de deux ou plusieurs emplacements ou l'utilisation de deux méthodes différentes sont utilisés, et les erreurs peuvent être détectées en comparant les résultats de deux ou plusieurs mesures, utilisant ainsi la redondance .

Une fois que le géomètre a calculé le niveau des erreurs dans son travail, celui-ci est ajusté . C'est le processus de distribution de l'erreur entre toutes les mesures. Chaque observation est pondérée en fonction de la part de l'erreur totale qu'elle est susceptible d'avoir causée et une partie de cette erreur lui est attribuée de manière proportionnelle. Les méthodes d'ajustement les plus courantes sont la méthode de Bowditch , également connue sous le nom de règle de la boussole, et la méthode du principe des moindres carrés .

L'arpenteur doit être capable de faire la distinction entre l' exactitude et la précision . Aux États-Unis, les géomètres et les ingénieurs civils utilisent des unités de pieds dans lesquelles un pied d'arpentage se décompose en 10e et 100e. De nombreuses descriptions d'actes contenant des distances sont souvent exprimées à l'aide de ces unités (125,25 pi). En ce qui concerne l'exactitude, les arpenteurs sont souvent tenus à une norme d'un centième de pied; environ 1/8 pouce. Les tolérances de calcul et de cartographie sont beaucoup plus petites lorsque l'on souhaite obtenir des fermetures presque parfaites. Bien que les tolérances varient d'un projet à l'autre, sur le terrain et l'utilisation quotidienne au-delà d'un centième de pied est souvent peu pratique.

Les types

Les organisations locales ou les organismes de réglementation classent les spécialisations de l'arpentage de différentes manières. Les grands groupes sont :

  • Relevé tel que construit : un relevé qui documente l'emplacement des éléments récemment construits d'un projet de construction. Les relevés conformes à l'exécution sont effectués à des fins d'enregistrement, d'évaluation d'achèvement et de paiement. Une enquête conforme à l'exécution est également connue sous le nom de « enquête conforme aux travaux exécutés ». Les relevés au fur et à mesure de la construction sont souvent présentés en rouge ou en rouge et superposés aux plans existants pour comparaison avec les informations de conception.
  • Arpentage cadastral ou arpentage : arpentage qui établit ou rétablit les limites d'une parcelle à l'aide d'une description légale . Il s'agit de la pose ou de la restauration de monuments ou de bornes aux angles ou le long des lignes de la parcelle. Ceux-ci prennent la forme de tiges de fer, de tuyaux ou de monuments en béton dans le sol, ou de clous enfoncés dans le béton ou l'asphalte. L'enquête sur les titres fonciers ALTA/ACSM est une norme proposée par l' American Land Title Association et l' American Congress on Surveying and Mapping . Il incorpore des éléments de l'arpentage des limites, de l'arpentage hypothécaire et de l'arpentage topographique.
  • Arpentage de contrôle : Les levés de contrôle établissent des points de référence à utiliser comme positions de départ pour les futurs levés. La plupart des autres formes d'arpentage contiendront des éléments d'arpentage de contrôle.
  • Arpentage de construction
  • Enquête de déformation : une enquête pour déterminer si une structure ou un objet change de forme ou se déplace. D'abord, les positions des points sur un objet sont trouvées. Une période de temps est laissée passer et les positions sont alors remesurées et calculées. Ensuite, une comparaison entre les deux ensembles de positions est effectuée.
  • Relevé de contrôle dimensionnel : Il s'agit d'un type de relevé réalisé dans ou sur une surface non plane. Commun dans l'industrie pétrolière et gazière pour remplacer les tuyaux anciens ou endommagés sur une base comparable, l'avantage de l'enquête de contrôle dimensionnel est que l'instrument utilisé pour effectuer l'enquête n'a pas besoin d'être de niveau. Ceci est utile dans l'industrie offshore, car toutes les plates-formes ne sont pas fixes et sont donc sujettes à des mouvements.
  • Levés d'ingénierie : levés topographiques, d'implantation et tels que construits associés à la conception technique. Ils ont souvent besoin de calculs géodésiques au-delà de la pratique normale du génie civil.
  • Sondage de fondation : un sondage effectué pour collecter les données de position sur une fondation qui a été coulée et est durcie. Ceci est fait pour faire en sorte que la fondation a été construite à l'emplacement et à la hauteur, autorisée dans le plan du terrain , le plan du site , ou plan de lotissement .
  • Levé hydrographique : un levé réalisé dans le but de cartographier le rivage et le lit d'un plan d'eau. Utilisé à des fins de navigation, d'ingénierie ou de gestion des ressources.
  • Nivellement : soit trouve l'altitude d'un point donné, soit établit un point à une altitude donnée.
  • Enquête LOMA : Enquête pour modifier la ligne d'inondation de base, en retirant la propriété d'unezone à risque d'inondation spéciale SFHA .
  • Relevé mesuré  : un relevé de bâtiment pour produire des plans du bâtiment. une telle enquête peut être réalisée avant les travaux de rénovation, à des fins commerciales, ou à la fin du processus de construction.
  • Arpentage minier : L'arpentage minier comprend la direction du creusement des puits de mine et des galeries et le calcul du volume de roche. Il utilise des techniques spécialisées en raison des contraintes pour surveiller la géométrie telles que les puits verticaux et les passages étroits.
  • Enquête hypothécaire : Une enquête hypothécaire ou une enquête physique est une enquête simple qui délimite les limites du terrain et l'emplacement des bâtiments. Il vérifie les empiètements , les restrictions de recul des bâtiments et affiche les zones inondables à proximité. Dans de nombreux endroits, une enquête hypothécaire est une condition préalable à un prêt hypothécaire.
  • Relevé photographique de contrôle : Relevé qui crée des repères visibles depuis les airs pour permettrede rectifier les photographies aériennes .
  • Implantation, implantation ou implantation : élément de nombreux autres levés où la position calculée ou proposée d'un objet est marquée au sol. Cela peut être temporaire ou permanent. Il s'agit d'un élément important de l'ingénierie et de l'arpentage cadastral.
  • Étude structurelle : une inspection détaillée pour rendre compte de l'état physique et de la stabilité structurelle d'un bâtiment ou d'une structure. Il met en évidence tous les travaux nécessaires pour le maintenir en bon état.
  • Subdivision : Un arpentage des limites qui divise une propriété en deux ou plusieurs propriétés plus petites.
  • Levé topographique : un levé qui mesure l'altitude de points sur un terrain particulier et les présente sous forme de courbes de niveau sur un terrain.
  • Conditions existantes : Similaires à un levé topographique, mais se concentre plutôt sur l'emplacement spécifique des caractéristiques et des structures clés telles qu'elles existent à ce moment-là dans la zone étudiée plutôt que de se concentrer principalement sur l'élévation, souvent utilisée avec des dessins architecturaux et des plans pour localiser ou placer constructions de bâtiments.
  • Relevé sous-marin : relevé d'un site, d'un objet ou d'une zone sous-marin.

Levés plan et géodésique

Sur la base des considérations et de la forme réelle de la terre, l'arpentage est généralement classé en deux types.

L'arpentage par avion suppose que la terre est plate. La courbure et la forme sphéroïdale de la terre sont négligées. Dans ce type d'arpentage, tous les triangles formés en joignant les lignes d'arpentage sont considérés comme des triangles plans. Il est utilisé pour les petits travaux d'arpentage où les erreurs dues à la forme de la terre sont trop petites pour avoir de l'importance.

Dans l' arpentage géodésique, la courbure de la terre est prise en compte lors du calcul des niveaux réduits, des angles, des relèvements et des distances. Ce type d'arpentage est généralement utilisé pour les grands travaux d'arpentage. Les travaux d'arpentage jusqu'à 100 miles carrés (260 kilomètres carrés) sont traités comme des plans et au-delà comme géodésiques. En arpentage géodésique, les corrections nécessaires sont appliquées aux niveaux réduits, aux relèvements et à d'autres observations.

Métier

Portrait tête et épaules de Nain Singh Rawat.
Le cartographe expert Nain Singh Rawat (19e siècle) a reçu une médaille d'or de la Royal Geographical Society en 1876, pour ses efforts dans l'exploration de l'Himalaya pour les Britanniques
Quatre femmes posent avec un théodolite, une raboteuse et deux douelles de nivellement.
Une équipe d'arpentage entièrement féminine dans l' Idaho , 1918

Les principes de base de l'arpentage ont peu changé au cours des âges, mais les outils utilisés par les géomètres ont évolué. L'ingénierie, en particulier le génie civil, a souvent besoin de géomètres.

Les géomètres aident à déterminer l'emplacement des routes, des voies ferrées, des réservoirs, des barrages, des pipelines , des murs de soutènement , des ponts et des bâtiments. Ils établissent les limites des descriptions juridiques et des divisions politiques. Ils fournissent également des conseils et des données pour les systèmes d'information géographique (SIG) qui enregistrent les caractéristiques et les limites des terres.

Les géomètres doivent avoir une connaissance approfondie de l' algèbre , du calcul de base , de la géométrie et de la trigonométrie . Ils doivent également connaître les lois qui traitent des arpentages, des biens immobiliers et des contrats.

La plupart des juridictions reconnaissent trois niveaux de qualification différents :

  1. Les assistants d'arpentage ou les chaîneurs sont généralement des travailleurs non qualifiés qui aident l'arpenteur. Ils placent des réflecteurs cibles, trouvent d'anciennes marques de référence et marquent des points sur le sol. Le terme « chaîneur » dérive de l'utilisation passée des chaînes de mesure . Un assistant déplacerait l'extrémité de la chaîne sous la direction de l'arpenteur.
  2. Les techniciens d' arpentage utilisent souvent des instruments d'arpentage, effectuent des levés sur le terrain, effectuent des calculs d'arpentage ou rédigent des plans. Un technicien n'a généralement aucune autorité légale et ne peut pas certifier son travail. Tous les techniciens ne sont pas qualifiés, mais des qualifications de niveau certificat ou diplôme sont disponibles.
  3. Les géomètres agréés , enregistrés ou agréés détiennent généralement un diplôme ou une qualification supérieure. Ils sont souvent tenus de passer d'autres examens pour adhérer à une association professionnelle ou pour obtenir un statut de certification. Les géomètres sont responsables de la planification et de la gestion des levés. Ils doivent s'assurer que leurs enquêtes, ou les enquêtes réalisées sous leur supervision, répondent aux normes légales. De nombreux directeurs de cabinets d'arpentage détiennent ce statut.

Les professions connexes comprennent les cartographes , les hydrographes , les géodésiens , les photogrammètres et les topographes , ainsi que les ingénieurs civils et les ingénieurs géomatiques .

Licence

Les exigences en matière de licence varient selon la juridiction et sont généralement cohérentes à l'intérieur des frontières nationales. Les arpenteurs potentiels doivent généralement recevoir un diplôme en arpentage, suivi d'un examen détaillé de leurs connaissances du droit et des principes de l'arpentage spécifiques à la région dans laquelle ils souhaitent exercer, et suivre une période de formation en cours d'emploi ou de constitution de portefeuille avant de reçoivent un permis d'exercice. Les géomètres agréés reçoivent généralement un poste nominal , qui varie selon l'endroit où ils se sont qualifiés. Le système a remplacé les anciens systèmes d'apprentissage.

Un arpenteur-géomètre agréé est généralement tenu de signer et de sceller tous les plans. L'État dicte le format, indiquant leur nom et leur numéro d'enregistrement.

Dans de nombreuses juridictions, les arpenteurs doivent marquer leur numéro d'enregistrement sur les bornes d' arpentage lors de l'établissement des coins des limites. Les monuments prennent la forme de tiges de fer coiffées, de monuments en béton ou de clous avec rondelles.

Institutions d'arpentage

Le groupe en uniforme pose avec des théodolites, des portées de niveau et un octant.
Sondage des étudiants avec leur professeur à l' Université de technologie d'Helsinki à la fin du XIXe siècle

Les gouvernements de la plupart des pays réglementent au moins certaines formes d'arpentage. Leurs agences d'enquête établissent des règlements et des normes. Les normes contrôlent la précision, les informations d'identification d'arpentage, la matérialisation des limites et la maintenance des réseaux géodésiques . De nombreux pays délèguent cette autorité à des entités régionales ou à des États/provinces. Les relevés cadastraux ont tendance à être les plus réglementés en raison de la permanence du travail. Les limites des lots établies par les levés cadastraux peuvent durer des centaines d'années sans modification.

La plupart des juridictions ont également une forme d'institution professionnelle représentant les géomètres locaux. Ces instituts approuvent ou autorisent souvent des géomètres potentiels, et établissent et appliquent des normes éthiques. La plus grande institution est la Fédération Internationale des Géomètres (en abrégé FIG, pour le français : Fédération Internationale des Géomètres ). Ils représentent l'industrie des sondages dans le monde entier.

Arpentage de bâtiments

La plupart des pays anglophones considèrent la construction d'une profession d'arpenteur distincte. Ils ont leurs propres associations professionnelles et exigences en matière de licence. Un géomètre en bâtiment peut fournir des conseils techniques en matière de construction sur les bâtiments existants, les nouveaux bâtiments, la conception, la conformité aux réglementations telles que la planification et le contrôle des bâtiments. Un géomètre en bâtiment agit normalement au nom de son client en veillant à ce que leurs intérêts personnels restent protégés. La Royal Institution of Surveyors (RICS) est un organe directeur de renommée mondiale pour ceux qui travaillent dans l'environnement bâti.

Arpentage cadastral

L'un des principaux rôles de l'arpenteur-géomètre est de déterminer la limite des biens immobiliers sur le terrain. L'arpenteur doit déterminer où les propriétaires riverains souhaitent placer la limite. La limite est établie dans des documents juridiques et des plans préparés par des avocats, des ingénieurs et des arpenteurs-géomètres. L'arpenteur pose alors des bornes aux angles de la nouvelle limite. Ils peuvent également trouver ou réarpenter les coins du bien matérialisés par des prospections antérieures.

Les arpenteurs - géomètres cadastraux sont agréés par les gouvernements. La branche d'arpentage cadastral du Bureau of Land Management (BLM) effectue la plupart des arpentages cadastraux aux États-Unis. Ils consultent le Forest Service , le National Park Service , le Army Corps of Engineers , le Bureau of Indian Affairs , le Fish and Wildlife Service , le Bureau of Reclamation et d'autres. Le BLM était autrefois connu sous le nom de General Land Office (GLO).

Dans les États organisés selon le système d'arpentage public (PLSS), les arpenteurs-géomètres doivent effectuer des relevés cadastraux BLM dans le cadre de ce système.

Les arpenteurs cadastraux doivent souvent contourner les modifications du sol qui effacent ou endommagent les bornes limites. Lorsque cela se produit, ils doivent tenir compte des preuves qui ne sont pas enregistrées sur le titre de propriété. C'est ce qu'on appelle la preuve extrinsèque.

Des arpenteurs de renom

Trois des quatre présidents américains sur le mont Rushmore étaient des arpenteurs-géomètres. George Washington , Thomas Jefferson et Abraham Lincoln ont arpenté les territoires coloniaux ou frontaliers avant de prendre leurs fonctions.

David T. Abercrombie a pratiqué l'arpentage avant de lancer une pourvoirie de produits d' excursion . L'entreprise se transformera plus tard en magasin de vêtements de style de vie Abercrombie & Fitch .

Percy Harrison Fawcett était un arpenteur britannique qui a exploré les jungles d'Amérique du Sud pour tenter de trouver la cité perdue de Z . Sa biographie et ses expéditions ont été relatées dans le livre The Lost City of Z et ont ensuite été adaptées au cinéma .

Inō Tadataka a produit la première carte du Japon en utilisant des techniques d'arpentage modernes à partir de 1800, à l'âge de 55 ans.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

  • Public Land Survey System Foundation (2009) Manuel d'instructions d'arpentage pour l'arpentage des terres publiques des États-Unis . www.blmsurveymanual.org

Liens externes