Le GPS pour randonneur, tout ce qu'il faut savoir ! - par Denis VYNS

Le GPS
(Système de Positionnement Global)
L'acronyme complet est NAVSTAR-GPS (NAVigation System with Time And Ranging - Global Positioning System)
Soit : Système de positionnement global utilisant le temps et la distance.

Mise à jour du 24/02/2008
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Vous pouvez accéder ICI directement au complément de mise à jour sur les nouveaux matériels en bas de cette page
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Le GARMIN GPS 12... .......Le GARMIN 60 CSx...

Bien que le système dans son ensemble soit compliqué, l'utilisation du récepteur reste simple.
Le but de cette petite rubrique est de permettre aux néophytes de s'en servir.
Je ne parlerai donc, que du minimum à savoir pour pouvoir comprendre l'ensemble.

Le système
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Le coeur du système est formé d'une constellation de 24 satellites NAVSTAR qui tournent autour de la terre à la vitesse de 3 km par seconde sur six plans orbitaux à l'altitude de 20 000 km.
Il y a 4 satellites par plan orbital. Dans chaque plan orbital, les 4 satellites sont équidistants. La période orbitale est de 12 h.
Cette constellation permet à chaque récepteur GPS au sol de recevoir 5 à 8 satellites. A bord de chaque satellite se trouvent plusieurs horloges atomiques ultra précises. Les horloges de l'ensemble de la constellation sont parfaitement synchronisées. La précision de cette synchronisation est de 100 nano-secondes, soit 0,000 000 1 seconde. C'est cette précision du comptage du temps, qui détermine la précision de mesure du récepteur GPS en mètre. A intervalles de temps réguliers, les satellites de la constellation émettent des signaux radios comportant :
- le code d'identification de chaque satellite.
- l'instant de temps t auquel le signal a été émis.
- sa position et sa hauteur par rapport aux coordonnées géographiques terrestres, soit trois coordonnées.
Les signaux radio voyagent à 300 000 km par seconde : un récepteur GPS au sol reçoit ces informations plus ou moins décalées par le temps de propagation de l'onde de chaque satellite en fonction de sa distance. Le récepteur est capable, en synthétisant les données reçues, de calculer sa position par rapport aux satellites, et de déterminer donc aussi, sa propre position à 15 mètres près, ... ainsi que son altitude... et vous donne aussi l'heure atomique, où que vous soyez sur le globe ou dans les airs ! Depuis 2006, le système européen "EGNOS", vous offre une précision au mètre près ! (Voir en bas de cette page)

En pratique ...

Fort de cette pénible description théorique du système qui est parfait dans sa conception, chaque utilisateur doit être averti de ce qui suit pour pouvoir utiliser son GPS de manière sûre.

1 - Chaque satellite se trouve à 20 000 km d'altitude et n'émet qu'avec 50 watts de puissance, ce qui est très faible en regard de la distance.
(A titre indicatif, les antennes relais de vos téléphones portables émettent à la même puissance, et vous avez des coupures de liaison à seulement 10 km des relais suivant la topographie du relief)
Un récepteur GPS portable devra donc être dégagé le plus possible de tout obstacle atténuant les ondes reçues du ciel.
Dans une forêt dense, les coupures de réception sont fréquentes, et plus ou moins gênantes, selon qu'il s'agit de feuillus, ou de grands conifères enneigés.
En mer, ou sur un lac, la réception est parfaite, la précision aussi.

2 - Vous devez au moins recevoir 4 satellites , (Navigation 3D) , pour déterminer avec une précision minimum, votre position et votre altitude. La géométrie de ces satellites influe fortement sur la précision.
(Si vous ne captez que 3 satellites, vous aurez votre position, mais pas l'altitude : Navigation 2D)
Cependant, il faut noter que si vous êtes au pied d'une paroi rocheuse assez haute, ou dans une vallée étroite, même si vous recevez 4 satellites, ils seront peut-être groupés dans un quart de sphère de la constellation. Il est aisé de comprendre que leurs espacements respectifs relativement faibles, vus par votre récepteur, pourront induire une erreur au sol de 100 à 150 mètres.
Heureusement, le GPS indique en permanence les conditions de réception, le nombre de satellites reçus ainsi que leur géométrie.
Il vous est donc facile, dans ces conditions, de savoir si vous pouvez ou si vous ne pouvez pas compter sur les indications de positions affichées.

3 - En intégrant ce qui a été précédemment dit, il faut ABSOLUMENT pouvoir sans se tromper, reporter les indications données à l'écran du GPS sur une carte, et inversement, déterminer les coordonnées relevées sur une carte et les "rentrer" en programmation dans le GPS en manuel, pour pouvoir créer un point de destination, vers lequel il va vous guider, ou pour tout simplement savoir où vous êtes ; "faire le point". Je ne m'étends pas plus sur cette pratique car elle est décrite dans la notice de l'appareil.

4 - Il faut ABSOLUMENT utiliser les cartes IGN TOP 25 au 1/25000 portant la mention "compatible GPS".
Ces cartes comportent un quadrillage bleu tous les 4 cm, représentant le km².
Chaque ligne bleue est repérée sur le bord de la carte par des nombres entiers bleus en italique donnant l'indication de position kilométrique par rapport à l'équateur et par rapport au méridien d'origine. (Le système UTM se réfère au méridien de Greenwich, tandis que le parallèle d’origine est l’équateur).

5 - Il faut commencer par régler votre GPS sur les unités de grandeur que vous allez utiliser car il est souvent livré en feet, miles, degrés/minutes/secondes.

Donc, prenez la notice, rentrez dans les menus et réglez :

- Système géodésique : WGS 84 : (ceci est noté en bleu sur le bord des cartes IGN compatibles GPS)
Nota : Le système géodésique WGS 84 couvre le monde entier. Ne le changer que si vous utilisez une carte spécifiant expressément un autre système. (Le GPS 12 de Garmin, par exemple, contient 106 systèmes géodésiques).
- Format de position : UTM / UPS : (ceci est noté en bleu sur le bord des cartes IGN compatibles GPS)
- Unités de mesure : métriques.
En effet, bien que les coordonnées géographiques soient les plus connues, les coordonnées kilométriques sont les plus pratiques.
- Il reçoit l'heure très précise émise par les satellites, corrigez éventuellement pour l'heure d'été ou d'hiver.

Votre récepteur GPS est maintenant prêt pour fonctionner avec les cartes décrites en 4.

Un minimum de cartographie !

La France métropolitaine est couverte par 3 zones UTM ; la 30 à l'ouest, la 31 au centre est, et la 32 à l'est.
Une zone UTM (Universal Transverse Mercator) est une "tranche" de 6° de large. Le globe terrestre est découpé en 60 zones UTM de 6° de largeur. (6 x 60 = 360°)

Pour la France, les méridiens de passage d'une zone à l'autre sont le méridien de Greenwich, 0° entre la zone UTM 30 et 31, (ligne Le Havre -Tarbes), et le méridien 6° entre la zone UTM 31 et 32 (ligne Metz -Toulon).

Pas d'inquiétude en ce sens : le numéro de la Zone UTM est marqué dans la légende des cartes "compatibles GPS".

Sur le montage photographique ci-dessous, au bord du lac d'Aiguebelette, 10 Km à l'ouest de Chambéry en Savoie, le GPS indique bien la zone UTM "31 T" dans l'écran "position". Je suis à l'altitude 388 mètres, il est précisément 11h 30mn et 36 secondes, je ne me déplace pas, vitesse à 0 km/h et forcément pas de direction de route affichée, je me trouve dans la zone UTM 31 et je suis précisément à 5048,210 km au nord de l'équateur et à 717,851 km à l'est du méridien de la zone UTM 31. (Le système UTM se réfère au méridien de Greenwich, tandis que le parallèle d’origine est l’équateur.)

Un peu de détente : Vous voulez y aller ? Cliquez ici

En fait, c'est tout ce qui nous intéresse, savoir trouver sa position sur une carte en fonction des indications affichées sur l'écran du GPS et inversement, savoir relever sur une carte les coordonnées des points par lesquels vous voulez passer, pour les programmer dans le GPS, et ainsi créer votre route.

Pour finir, il ne vous manque plus que l'outil de mesure à l'échelle de votre carte.

Voici un petit réglet de 4 cm comportant 10 graduations, qui représenteront 100 mètres chacune.

Téléchargez le réglet UTM Cliquez ICI
A vous de l'imprimer à la bonne échelle, de façon à ce qu'il mesure EXACTEMENT 4 cm
(Vous le découperez de façon à pouvoir le tenir aisément. Vous le recouvrirez d'adhésif transparent).

Utilisation du réglet UTM en papier

Je vous conseille de reporter en rouge les valeurs kilométriques sur votre carte comme je l'ai fait, aux endroits que vous allez utiliser durant votre randonnée, de façon à éviter d'avoir à déplier totalement la carte pour en lire en marge les valeurs. Ceci vous évitera aussi les erreurs de lecture.

Notez que depuis peu, Décathlon a eu la bonne idée de commercialiser la boussole plastique ci-dessous, intégrant la grille UTM, et vous permettant de surcroît, d'orienter votre carte correctement ! Sur ma carte, on distingue le segment AB, premier segment de la route Arcachon-Andernos que je vous propose maintenant en exemple : CLIQUEZ ICI

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Bien sûr, vous pouvez aussi paramétrer vos routes sur un ordinateur et les charger dans votre GPS grâce à un câble de liaison, mais la façon la plus sûre et la moins chère reste le mode manuel décrit ci-dessus. J'insiste bien en disant "la plus sûre", car savoir programmer son GPS sans ordinateur est un gage de sécurité. Perdu dans la forêt, ou en montagne, pas question de penser à l'ordinateur dans le sac à dos ! Ce qui est même plus grave c'est que ceux qui recourent à l'ordinateur pour la programmation, maîtrisent rarement le mode manuel !
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Complément de mises à jour de 2007-2008

Suite aux différents courriers électroniques que je reçois, voici un complément de mise à jour.

Cette page, avait été rédigée à l'origine en référence à l'utilisation de l'ancien GARMIN GPS 12, très simple et très agréable d'utilisation. Ce modèle n'est maintenant plus commercialisé. Ceci n'enlève rien à la connaissance indispensable nécessaire à l'utilisation d'un GPS en randonnée montagne ou maritime, bien sûr ! Qui connaît les bases, à bien moins de difficulté à intégrer les nouvelles programmations et possibilités offertes sur le nouveau matériel en constante évolution.

Je n'ai volontairement pas traité du tout la programmation possible avec un ordinateur.

Ne perdez jamais de vue ceci: Perdu en montagne ou en forêt, seul le mode manuel de programmation vous est utile ! ... et indispensable !

Il y a 2 grandes catégories de GPS :

- Les GPS permettant de guider les automobilistes dans les rues des villes et de leur indiquer les restaurants, hôtels... etc... Très utiles pour les professionnels de la route, médecins, pompiers, samu, etc... Cette classe d'utilisateur n'a que faire de la connaissance technique dont je parle dans ma rubrique GPS et n'y connaît souvent absolument rien en cartographie. Perdus dans une grande forêt, ils ne pourront pas rentrer, car ils ne savent que taper une adresse afin que leur GPS les guident dans les rues par des flèches sur l'écran. Ceci n'a absolument rien de péjoratif, car leur préoccupations sont ailleurs : sauver des vies et aller très vite à une adresse donnée.

- Les GPS destinés aux randonneurs désireux de découvrir et de s'aventurer dans des parties de forêt ou de montagne qu'ils ne connaissent pas. Cette page ne s'adresse qu'à ceux-là. Vous avez donc besoin de la connaissance élémentaire dont je parle dans ma rubrique et vous avez besoin d'un GPS correspondant à cette utilisation.

L'eXplorist 210, meilleur rapport qualité/prix de la gamme en février 2008. C'est chez : http://www.sportshop.fr/fr/product/show/FA9043083/magellan-explorist-210-promo-fevrier

La très intéressante gamme Magellan, offre un excellent rapport qualité/prix pour des produits bien adaptés. Faites votre choix et comparez les modèles ici : http://www.orbitica.com/gps/explorist2.htm

Pour la cartographie embarquée, c'est ici : http://www.orbitica.com/gps/mapsendtopo.htm

(Le premier modèle, eXplorist 100, vous permet pour un très faible coût, une excellente précision. Pour ceux qui n'utilisent pas d'ordinateur, et qui ne désirent pas de cartographie embarquée, il est idéal. C'est un excellent produit pour qui veut se familiariser avec le mode manuel que je décris sur ma page.)

Le performant Garmin MAP 60 CSx . (Il vous permet aussi en option le guidage routier...)

..................Voir ici, les caractéristiques détaillées de la gamme "cartographie embarquée": https://buy.garmin.com/shop/shop.do?cID=145

Parmi les nouvelles caractéristiques très intéressantes et très utiles sur ce modèle GARMIN MAP60 CSx :

- Nouvelle antenne et puce GPS plus sensible captant les satellites plus rapidement et gardant le signal même dans des conditions extrêmes. (Dans les forêts enneigées du Vercors ou de Chartreuse, je perds le signal pendant 30% du temps avec mon vieux GPS 12, mais ce n'est pas grave... le tracé est en pointillé !)

- Permet de donner un cap même en restant immobile et de fournir une altitude précise au mètre près. (sur le GPS 12, il faut se déplacer pour qu'il puisse donner un cap, en effet, il faut qu'il puisse comparer 2 points espacés au moins de 20 à 30 mètres, je n'ai aussi que l'altitude à 10 m près). Il faut comprendre aussi que la précision de l'altitude est liée à la sensibilité du récepteur (et à l'efficacité de l'antenne aussi), en effet plus on reçoit de satellites même dans des conditions difficiles, plus les mesures seront précises.
Il ne faut dont pas s'arrêter sur l'encombrement de l'antenne sur ce modèle récent, car c'est vraiment un avantage majeur à considérer !

- Les différentes alarmes dont l'alarme d'écart de route absolument indispensable pour la navigation dans les zones à fort courant. (Navigation côtière en Bretagne ou navigation dans les chenaux du bassin d'Arcachon à marée descendante)

- Le rajout de fonds cartographiques sur mémoires micro SD (non fournie), mais attention, c'est beaucoup plus cher que les cartes papiers. L'exploitation des nouveaux GPS rend leur utilisation plus chère !

- Le confortable et agréable écran 256 couleurs de 160 x 240 pixels. (3,8 x 5,6 cm)

- La possibilité de connecter une antenne GPS déportée. (Très utile à l'intérieur d'un véhicule)

- Le tableau des marées peut s'avérer très intéressant aussi.

Ce GPS comblera donc les randonneurs qui souvent se transforment en marins l'été !

Le meilleur rapport qualité/prix de la gamme, reste encore le plus simple garmin GPS 60 avec son écran noir et blanc : http://www.sportshop.fr/fr/product/show/9063198/garmin-gps-60

Le GPS Evadeo Ushuaïa Europe

Après téléchargement de fonds de cartes IGN au 1/25.000ème sur le site www.evadeo.ign.fr , il vous sera possible, à partir de ce GPS, de réaliser vos randonnées, sur écran 4,3 pouces !

En vous rendant sur vos lieux de randonnées, pendant votre trajet en voiture... vous bénéficierez aussi des alarmes radars et dépassement de vitesse... et comme vous êtes sensible à l'écologie, vous pourrez en plus avec ce modèle Evadeo Ushuaïa Europe, qui intègre un calculateur d'émissions de CO2, après avoir précisé la motorisation de votre véhicule, savoir quels ont été les rejets de CO2 de celui-ci... Vous pourrez alors essayer ensuite de "compenser carbone", comme le fait systématiquement Yann Arthus-Bertrand !

Voir ici, les GPS IGN sur les sites : www.evadeo.ign.fr ou http://www.la-rose-des-vents.fr/gps-ign.php

Mais il y a aussi une autre solution, le PDA équipé d'une tête de réception GPS bluetooth séparée.

.....................Le Dell Axim X51v-624, équipé du logiciel Carto explorer est ici connecté en bluetooth à une tête GPS.

Voici le seul PDA du le marché, acceptant les mémoires Compact Flash et ayant une résolution VGA; leDell Axim X51v-624
http://www1.euro.dell.com/content/products/compare.aspx/axim_x51?c=tn&l=fr&s=bsd

Il est conseillé de prendre aussi la batterie haute capacité (2200 m/Ah) en plus. En revanche, inutile de prendre la tête GPS et les cartes mémoire chez DELL, c'est trop cher !

On peux trouver des accessoires utiles pour ce PDA, chargeur de voiture, batterie de 3300 m/Ah (moins cher que chez DELL) à :
http://chakatche.fr/catalog/dell-axim-c-159.html

Au sujet des cartes électroniques, livrées sur CD, le site officiel est :
http://www.bayo.com/cartographie/

Le logiciel est livré avec chaque carte. Il vous suffit d'acquérir un CD de Carto explorer 3D (40€) pour avoir le logiciel 3D, ensuite vous pouvez acquérir des cartes Carto explorer 3 (sans le D) elles sont moins chères (30 €) et tout à fait compatibles. Cependant vous n'aurez la carte vectorielle et les POI (points d'intérêt), si cela vous interresse, que pour une zone.

Les cartes électroniques sont en vente, (entre autres) au "Vieux campeur"
http://www.au-vieux-campeur.fr

En ce qui concerne la tête de réception GPS bluetooth, on en trouve un peu partout. Voici par exemple :
http://www.rueducommerce.fr/Equipement-Automobile-GPS/168-GPS/1076-GPS-pour-PDA-et-Mobiles.htm
Il vaut mieux en choisir une avec une puce SIRF star III pour avoir une bonne réception même dans les forêts profondes. Je crois qu'aujourd'hui, elles l'ont toutes.
Ce récepteur fonctionne bien sûr aussi avec un ordinateur portable bluetooth.

Enfin, il faut une carte mémoire Compact Flash ou une SD/MMC, la cartographie d'une dalle de 1km², occupe entre 10 et 20 Mo. Sur le PDA on ne peux pas mixer la cartographie sur les deux types de cartes mémoire.

NOTA : Il vaut mieux transférer les cartes depuis l'ordinateur dans le PDA, avec le cordon, c'est beaucoup plus rapide qu'en bluetooth !

Système de correction local "EGNOS", ... 2 mètres de précision pour votre GPS !

Dans les menus des GPS actuels, on trouve les termes "WAAS / EGNOS", ...activables ou non.

Actuellement, compte tenu d'une erreur temporelle de 10^-12 secondes, le système GPS garantit néanmoins une précision de positionnement horizontal d'au moins 36 mètres dans 95% du temps, mais en réalité le système est bien plus performant. En effet, la technologie initiale des années 70 a beaucoup été améliorée.

Le système GPS exploite maintenant un système de correction local et global dénommé "Satellite Based Augmentation System" ou SBAS (qui devient WAAS aux Etats-Unis, EGNOS en Europe et MSAS en Asie).

Intéressons-nous seulement ici au système européen EGNOS : (European Geostationary Navigation Overlay Service)

Le système est basé sur 40 stations terrestres, réparties sur le territoire européen, constituant un maillage serré qui complète la triangulation obtenue à partir des satellites du GPS : la précision nominale de celui-ci, de 20 mètres environ, passe ainsi à une précision de 2 mètres avec EGNOS.

Depuis 2006, ces stations analysent en permanence le signal émis par le GPS et transmettent les données à quatre centres de contrôle installés à Madrid, Francfort, Rome et Southampton. Un signal de correction est alors généré et envoyé aux usagers via trois satellites européens, placés en orbites géostationnaires au-dessus de l'Atlantique Est, de l'océan Indien et de l'Afrique.

Les tests effectués en avril 2005 par le Centre national d'études spatiales de Toulouse, montrent que le système est capable d'offrir aux utilisateurs une précision horizontale au mètre près !

Il peut donc s'avérer intéressant d'activer cette fonction dans votre récepteur, afin d'exploiter cette précision.

Dernier conseil avant de terminer :

N'approchez JAMAIS un téléphone portable ou un talkie-walkie de votre GPS ou tête de réception GPS. J'ai vu plusieurs GPS en panne pour cette raison. En effet l'émission micro-onde des téléphones en veille est de plusieurs watts haute fréquence, et en comparaison, la sensibilité de la tête GPS est de quelques millionièmes de volt. Donc, il vaut mieux éteindre le téléphone quand on utilise son GPS, (et inversement) pour ne pas risquer de déteriorer les composants trés fragiles de la tête de réception de votre GPS.
Ne jamais mettre les deux appareils dans la même poche si l'on est seul ! Faire porter votre téléphone portable par une autre personne, si vous êtes au moins deux, ce qui est toujours conseillé en montagne et en mer !

Enfin, n'oubliez JAMAIS de prendre un jeu de piles neuves, (ou batteries chargées) de rechange dans votre sac !

Bonne rando !