Les systèmes d’information géographique (SIG) : des outils de visualisation de données associées à un emplacement géographique (la localisation, c’est important!)

(Available in English: GIS: A Tool for Visualizing Data with a Geographic Element (Location Matters!))

« Certains pays ont trop d’histoire, mais nous, nous avons trop de géographie », déclarait l’ancien premier ministre William Lyon Mackenzie King.[1]

Une simple carte géographique peut fournir des renseignements. Mais si vous y superposez divers ensembles de données et qu’ensuite vous les comparez, vous pourriez découvrir des tendances et des liens qui, autrement, ne seraient pas facilement évidents.

La Bibliothèque du Parlement utilise depuis quelques années des systèmes d’information géographique (SIG) pour effectuer des recherches et en publier les analyses par son Service d’information et de recherche parlementaires (SIRP).

À mesure que des ensembles de données géographiques faisant autorité devenaient disponibles à la Bibliothèque, la mise en œuvre des SIG a progressé au fil du temps. Ces ensembles de données proviennent notamment de sources telles que les données gratuites GéoGratis publiées par Ressources naturelles Canada (RNCan), le portail du Gouvernement ouvert du Canada, les cartes ouvertes du gouvernement du Canada, les données géographiques de Statistique Canada, ainsi que des sources de données internationales comme celles de l’ONU, de l’atlas de la santé de l’Organisation mondiale de la Santé (OMS) [disponible en anglais seulement] et des données ouvertes du gouvernement américain [disponible en anglais seulement].

Que sont les SIG?

Si vous avez déjà utilisé Google Maps, consulté un planificateur de trajet pour le transport en commun exploré un outil de recherche pour le secteur immobilier ou feuilleté une circulaire hebdomadaire livrée à une adresse, vous avez déjà utilisé un outil ou un produit géré par un SIG.

En somme, on définit les SIG comme des outils combinant l’équipement informatique et des logiciels commerciaux [disponible en anglais seulement] ou libres [disponible en anglais seulement] qui utilisent des techniques empruntées à la géomatique et à la science de l’information géographique[2][3][disponible en anglais seulement].

Au moyen d’un système de coordonnées utilisant la longitude ou la latitude, ou d’un autre système de référence comme une adresse, un code postal ou un autre élément, les SIG permettent de recueillir, d’emmagasiner, de maintenir et de visualiser des données spatiales [disponible en anglais seulement] – physiques ou d’une autre nature – reliées à un endroit précis sur la planète.

Figure 1 : Les SIG : une version modélisée du monde réel et la superposition d’ensembles de données à des fins d’analyse

La Figure 1 montre comment les couches de points, de lignes et de zones (polygone) dans un SIG peuvent servir à modéliser un phénomène du monde réel. L’image présente un globe terrestre sur la gauche, centré sur l’Amérique du Nord, avec le contour d’un petit carré autour d’Ottawa, en Ontario, au Canada. Des lignes pointillées relient cette portion du globe à une vue rapprochée d’une carte en deux dimensions des rues du centre-ville. La carte est séparée en plusieurs couches affichées au-dessus de la carte, en colonne. Ces couches représentent les différents éléments de la carte : emplacements, chemins de fer et routes, bâtiments, végétation, zone résidentielle, eau et provinces.

Sources : Figure préparée par l’auteur, Ottawa, 2016, à partir de données de Ressources naturelles Canada, Canvec +, 2015. Le logiciel suivant a été utilisé : Esri, ArcGIS, version 10.3.1. Contient certaines informations protégées par la Licence du gouvernement ouvert – Canada.

Les SIG : une création canadienne

Dans les années 1960, la tâche colossale de cartographier le potentiel agricole des vastes territoires essentiellement inhabités du Canada a mené le géographe anglais Roger Tomlinson [disponible en anglais seulement] à créer le premier système de cartographie informatisé pour réaliser l’Inventaire des terres du Canada (ITC).[4]

M. Tomlinson, le père de l’expression « système d’information géographique du Canada » [disponible en anglais seulement], a été nommé membre de l’Ordre du Canada en 2001 pour avoir « révolutionn[é] la géographie en tant que discipline ».

Peu de temps après, le Canada a procédé à la réalisation d’un projet de cartographie nationale. Aux États‑Unis, pendant le recensement de la population de 1970, le U.S. Census Bureau a créé des enregistrements numériques pour toutes les rues du pays. À la même époque, le British Geological Survey a produit une série de cartes numériques, tandis que le Canada, l’Australie, la France et les États‑Unis ont continué à étudier la possibilité d’utiliser les ordinateurs pour produire et modifier des cartes géographiques.[5]

L’actuelle infrastructure géospatiale du Canada comprend le programme GéoConnexions de RNCan, qui a le mandat de diriger l’Infrastructure canadienne des données spatiales (ICDG) afin de surveiller les normes de pratique au sein de tous les ministères qui utilisent les SIG.

Le Comité fédéral de géomatique et d’observation de la Terre (CFGOT) a joué un rôle déterminant dans la mise en œuvre de la nouvelle Plateforme géospatiale fédérale, un répertoire en ligne né d’un travail de collaboration au sein du gouvernement qui contient des données géospatiales, des services en ligne et des applications faisant autorité.

Figure 2 : Liens entre les données tabulaires et les entités spatiales

La Figure 2 illustre comment un SIG relie de façon dynamique les caractéristiques d’une couche à un tableau de données qu’on peut interroger. L’image montre des zones continues et adjacentes (polygones) d’aires de diffusion du recensement dans le centre de Winnipeg, au Manitoba. Lorsqu’on choisit une aire, on peut consulter l’information associée à celle-ci et faire apparaître un tableau pour accéder simultanément à un dossier parmi tous les autres dossiers.

Sources : Figure préparée par l’auteur, Ottawa, 2016, à partir de données de Statistique Canada, Recensement de 2011 : fichiers des limites cartographiques sur les aires de diffusion; et Statistique Canada, tableau 98-316-XWE2011001-1501 sur le profil de l’aire de diffusion découlant du recensement, 2011. Le logiciel suivant a été utilisé : Esri, ArcGIS, version 10.3.1. Contient certaines informations protégées par la Licence du gouvernement ouvert – Canada.

La puissance d’analyse des SIG

Les SIG peuvent relier de grandes quantités de données à des lieux sur une carte (voir la figure 2).

La puissance des SIG réside dans l’analyse des couches de données afin de dégager des tendances et des liens qu’on ne peut pas facilement déceler dans des feuilles de calcul ou des tableaux.[6] Les décisions peuvent être prises en fonction du lieu afin d’orienter les politiques et d’améliorer les services gouvernementaux.[7]

Les techniques utilisées dans les SIG

Les techniques employées dans les SIG comprennent la cartographie, la géodésie, la télédétection (utilisation de données tirées d’images prises par satellite, de photos aériennes, de levés géophysiques [voir l’entrée « Géophysique »]), l’analyse spatiale (la modélisation prédictive [disponible en anglais seulement], l’analyse en matière de santé publique, la surveillance de la logistique ou de la chaîne d’approvisionnement) et les statistiques spatiales.

Les produits des SIG

Les différentes applications des SIG peuvent produire une vaste gamme de résultats. Ceux‑ci se regroupent le plus souvent en trois types de produits cartographiques et de services de carte Web (voir la figure 3) :

1- des cartes de référence;

2- des cartes thématiques : ce sont des cartes qui illustrent la répartition spatiale de données thématiques, y compris des données démographiques, économiques et relatives aux ressources naturelles, telles que la foresterie, les mines, les transports, l’énergie, les ressources hydriques, etc.;

3- des cartes topographiques : ce sont des cartes très précises des éléments naturels et anthropiques qui se trouvent sur le terrain.

Les portails de cartographie ou les services de cartes Web permettent d’explorer de façon interactive des couches de données et d’en faire une analyse de base.

Figure 3 : Cartes thématiques, topographiques et de référence

La Figure 3 montre cinq différents types de cartes. Il y a trois cartes thématiques : la première montre le taux de participation à des scrutins dans le monde; la deuxième illustre l’indice de terrorisme; et une troisième fait une comparaison entre l’immigration au Canada en 1991 et en 2011. Il y a une carte de référence du Canada, qui montre les principales routes et principaux chemins de fer, de même que les capitales des provinces. La carte topographique montre l’élévation, les routes, les chemins de fer, les plans d’eau et les principaux attraits.

Sources : Exemples de cartes tirés des Notes de la Colline publiées par la Bibliothèque du Parlement sur la réforme électorale, la lutte antiterroriste et la diversité au Canada; d’un résumé législatif sur le projet de loi C-74; et du service de cartes Web L’Atlas du Canada – Toporama de Ressources naturelles Canada. Le logiciel suivant a été utilisé : Esri, ArcGIS, version 10.3.1. Contient certaines informations protégées par la Licence du gouvernement ouvert – Canada.

Les innombrables utilisateurs des SIG

Les secteurs forestier, pétrolier et gazier, et agricole utilisent les SIG depuis longtemps pour gérer les ressources et les chaînes d’approvisionnement. Par ailleurs, des programmes d’études et des projets de recherche sur les SIG sont offerts par plusieurs collèges et universités dans plusieurs domaines d’études. L’utilisation des SIG est également omniprésente dans tous les ordres de gouvernement.[8]

Les SIG servent à dresser des inventaires, à prendre des décisions et à effectuer des analyses stratégiques, de même qu’à répondre à des questions et à transmettre des résultats à de nombreux ministères.[9] Par exemple, les SIG peuvent établir s’il y a une corrélation entre le nombre d’inscriptions scolaires et la vaccination.[10]

Les administrations municipales

La plupart des municipalités ont recours aux SIG pour gérer les services offerts à la population, les services publics et les infrastructures (comme les routes, l’assainissement et la distribution de l’eau, la circulation, les services de police, le transport en commun, les services environnementaux, les parcs, les services communautaires et ainsi de suite).

Elles les utilisent aussi pour diffuser de l’information publique au moyen de portails de données ouvertes, dont certains, comme ceux des villes de Québec et de Vancouver [disponible en anglais seulement], comportent des données ou des cartes interactives et d’autres, comme celui d’Edmonton [disponible en anglais seulement], offrent des produits analytiques.

Les gouvernements provinciaux et territoriaux

De nombreux portails de données de SIG provinciaux et territoriaux [disponible en anglais seulement] donnent accès à des données sous‑jacentes qui permettent de gérer, de surveiller et d’analyser les ressources naturelles, le transport, l’éducation, les services sociaux, la santé et la sécurité ainsi que les interventions d’urgence.

Les SIG peuvent servir d’applications sous‑jacentes pour surveiller et prévoir [disponible en anglais seulement] la qualité de l’eau, communiquer des statistiques communautaires en matière de santé [disponible en anglais seulement], trouver des services publics [disponible en anglais seulement] ou gérer les urgences liées aux feux de forêt.

Le gouvernement fédéral

Très tôt, l’armée a eu recours aux applications pratiques des SIG et s’en est servie pour préciser les détails de missions et améliorer la cartographie du terrain. La gestion des situations d’urgence se prêtait bien à l’utilisation des SIG pour repérer les principales voies d’issue, les problèmes de circulation, les installations d’urgence et les zones de danger.[11]

La plupart des ministères fédéraux ont utilisé les SIG pour gérer et analyser les données, ce qui a donné lieu à la production de cartes sur des sujets liés à l’agriculture, à la défense, aux données démographiques, aux facteurs économiques, aux circonscriptions électorales, à l’emploi, à l’énergie, à la pêche, aux risques pour la santé, à la sécurité publique, aux transports (cliquer sur Les Transports au Canada 2014, puis voir « Annexe A : Cartographie »), aux prévisions météorologiques ainsi qu’à d’autres sujets.

Parmi les nombreux portails de données spatiales qui ont été créés pour communiquer des résultats aux Canadiens, on compte notamment :

En fait, au moment du lancement en mars 2011 du portail du Gouvernement ouvert du Canada, plus de 90 % des données qui s’y trouvaient étaient des données spatiales provenant de Ressources naturelles Canada (RNCan). Maintenant, les SIG occupent une place essentielle dans les recherches visant à élaborer des politiques fondées sur des données probantes.

Les nouvelles tendances

L’avènement d’Internet a suscité le déploiement de données géographiques sous forme de cartes interactives. Des cartes ouvertes du gouvernement et des services de cartes interactives hébergés sur des sites privés permettent aux utilisateurs, dans un environnement infonuagique, d’effectuer des recherches, d’explorer et de formuler des requêtes sur des données géographiques, puis d’obtenir des données mises à jour en temps réel par les SIG, surtout celles liées aux cartes de circulation et aux cartes météorologiques.

Le Web 2.0 et la diffusion accrue de données ouvertes favorisent un environnement collaboratif de SIG, dans lequel des utilisateurs d’applications mobiles et d’appareils munis d’un système GPS peuvent fusionner leurs données, qui sont superposées à des cartes de base accessibles au public.[12]

Les nouvelles technologies ainsi que l’expérimentation en matière de réalité virtuelle et de cybercartographie permettent de perfectionner les représentations 3D [disponible en anglais seulement] et 4D (temps).

Lectures complémentaires

Chang, Kang-Tsung. Introduction to Geographic Information, 8e édition, McGraw-Hill Education, New York, 2016 [disponible en anglais seulement].

Peterson, Gretchen N. GIS Cartography: A Guide to Effective Map Design, 2e édition, CRC Press, Boca Raton, FL, 2014 [disponible en anglais seulement].

Tomlinson, Roger. Thinking About GIS: Geographic Information System Planning for Managers, 5e édition, ESRI Press, Redlands, Californie, 2011 [disponible en anglais seulement].

Auteure : Melanie Zahab


Notes

1.  Chambre des communes, Débats, 1re session, 18e législature, 18 juin 1936, p. 3868. Tiré du contenu archivé de Statistique Canada sur la géographie.

2.  Ian Heywood et al., An Introduction to Geographical Information Systems, 4e édition, Prentice Hall, Harlow, Angleterre, 2011, p. 18 [disponible en anglais seulement].

3.  Terry A. Slocum et al., Thematic Cartography and Geovisualization, 3e édition, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 2009, p. 14 [disponible en anglais seulement].

4.  Paul A. Longley et al., Geographic Information Systems & Science, 3e édition, Wiley, Hoboken NJ, 2011, p. 368 [disponible en anglais seulement].

Trevor J. Barnes, « The Geographical State:  The Development of Canadian Geography », Journal of Geography in Higher Education, vol. 31, no 1, 2007, p. 172 [disponible en anglais seulement].

5.  Ibid., (Longley), p. 17 [disponible en anglais seulement].

6.  Pinde Fu, Web GIS:  Principles and Applications, 1re édition, ESRI Press, Redlands, Californie, 2011 [disponible en anglais seulement].

7.  Christopher Thomas et H. Warren, Mapping the Nation: GIS for Federal Progress and Accountability, ESRI Press, Redlands, Californie, 2011 [disponible en anglais seulement].

8.  John D. Bossler, dir., Manual of Geospatial Science and Technology, 2e édition, CRC Press, Taylor and Francis, New York NY, p. 714 [disponible en anglais seulement].

9.   Paul A. Longley et al., Geographic Information Systems & Science, 3e édition, Wiley, Hoboken NJ, 2011, p. 43 [disponible en anglais seulement].

Ressources naturelles Canada, ICDG en action : La géomatique améliore notre monde à tous les jours – Vidéo.

10.  Lillian Gassie et H. Fisher, Developing Sustainable Geographic Information System (GIS) Services for Parliamentary Clients, IFLA WLIC, Singapore, 2013, p. 4 [disponible en anglais seulement].

11.  Sukumar Ganapati, « Uses of Public Participation Geographic Information Systems Applications in E‑Government », Public Administration Review, mai/juin 2011, p. 426 [disponible en anglais seulement].

12.  Songnian Li et J. Gong, « Mashup: A New Way of Providing Web Mapping/GIS Services », The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, vol. XXXVII, partie B4, Beijing, 2008 [disponible en anglais seulement].