La notion de NGF

HISTORIQUE
NOTION D’ALTITUDE (d'après doc. IGN)

L’étude du globe terrestre, déjà largement
développé par les civilisations antiques, a
fortement progressé avec l’invention de la lunette
vers la fin du 16 ème siècle pour connaître sa taille,
sa forme, sa structure, sa position dans l’espace.
Ainsi la représentation cartographique de ces
différents aspects se révéla fort utile pour la
compréhension du modèle terrestre en vue de
l’élaboration de travaux d’envergures
En France, on introduit la notion « d’altitude » ou plus précisément de relief, représenté
sommairement sur les cartes du XVIIIème siècle (cartes de Cassini), grâce à un aperçu trompe l’oeil de
la réalité du terrain. Les hachures donnent un intérêt nouveau à la carte, mais peu exploitable. A cette
même époque, certaines zones du littoral possèdent déjà des informations précises sur la profondeur
des mers, avec les cartes bathymétriques, utile à la navigation, le trafic du commerce maritime étant en
plein essor. (Carte de la rade de Cherbourg par Meusnier et La Bretonnière 1789)

LES NIVELLEMENTS LOCAUX
Nivellement de la ville de Paris
Sur le terrain, dès le milieu du 18 ème siècle, on trouve trace de nivellements dans quelques villes
françaises, notamment Paris. Ceux-ci sont établis à la suite d’inondations, avec des points de
référence, généralement proche des fleuves, rivières, qui s’approchent le plus du niveau zéro des mers.
(Un point de référence est déterminer aléatoirement, d’après les diverses mesures relevées, et placé sur
un édifice.) En vue d’aménagement des cours d’eau, on place une échelle des crues, apposée le long
des berges, indiquant l’élévation du niveau des eaux.

Au début du 19 ème siècle, l’ère préindustrielle oblige l’état à s’engager dans la construction de
chantiers de grande envergure. Les ingénieurs se voient confier la tâche de différents projets locaux et
nationaux tels que la construction de ponts, de canaux, de routes …
L’aménagement du territoire commence en plusieurs endroits, axé sur les voies de communications,
(chemin de fer, canaux, routes…). Le repérage préalable du terrain est indispensable, la mesure des
hauteurs de sols, en employant la technique du nivellement.
C’est également l’apparition des premiers repères de nivellement, sous diverses formes, suivant les
départements.

Paul-Adrien Bourdalouë
Paul-Adrien Bourdalouë (1798-1868), ingénieur des
Ponts et Chaussées, se voit confier la réalisation de
différents travaux locaux à travers le pays. Pendant
près d’un demi-siècle, il ne cessera d’améliorer les
méthodes opératoires.
Il raccourcit les visées, avec l’invention d’outils plus
performants.
Son expérience lui permettra de faire valoir son
savoir-faire auprès des plus hautes autorités.
Parallèlement d’autres nivellements sont entrepris dans les
grandes villes de France, sur décision locale.
Mais la réalisation de ces mesures était rapportée à des plans de comparaison les plus divers, ce qui
posait problème de cohérence entre les départements, lors de leur rattachement pour la construction de
voies linéaires sur des distances importantes, tels les canaux de navigation, les voies de chemins de
fer, les routes …
Les cartes d’Etat-Major du 19éme siècle sont les premières cartes éditées, appuyées sur des points de
côtes, issus du nivellement.
En 1857, Paul-Adrien Bourdalouë est chargé de mettre en place le nivellement général de la France,
en deux opérations distinctes : l’une de haute précision, l’autre de détails ou nivellement général des
départements.
Le réseau de base étant suffisamment avancé en 1859, il est décider d’étudier les mesures relevées en
les comparant au niveaux des mers des différents ports de France. L’étude révèle des écarts importants
surtout sur le littoral atlantique et le long de la mer du Nord.

LES NIVELLEMENTS NATIONAUX
Depuis 1857, trois réseaux vont se succéder sur le sol de la métropole :

Zéro et réseau Bourdalouë
La faible amplitude des marées en Méditerranée, est alors choisie par le Comité du nivellement
général de la France comme référence nationale, pour effectuer ses mesures, et plus précisément à
Marseille dans l’Anse Calvo. L’installation d’un repère placé à 0.40 au-dessus du trait 0 de l’échelle
des marées en 1860, comme point de départ, matérialise le niveau zéro, appelé « zéro Bourdalouë »
Les opérations du réseau des lignes de base sont terminées en 1864.

Zéro et réseau Lallemand
Charles Lallemand
Dés 1878, le Ministère des Travaux publics décide de poursuivre les travaux de Bourdalouë en
effectuant un nivellement général plus complet suivi d’un canevas au maillage plus serré. Pour ce
faire, le Service de Nivellement Général de France (NGF) est créé en 1884, sous la direction de
Charles Lallemand (1857-1938).Du 1 er février 1885 au 1 er janvier 1897, l’observation du niveau des mers par l’installation d’un
marégraphe permet de fixer un nouveau point fondamental dit « zéro Lallemand » correspondant à la
côte 0.329 de l’échelle du Fort St-Jean. Il se trouve donc à 71 mm au dessous du « zéro Bourdalouë ».

Zéro et réseau IGN
En 1940, le service du NGF est rattaché à l’IGN et au sein du Service de Géodésie et Nivellement de
l’IGN (SGN). L’IGN conservera le point défini le « zéro Lallemand » comme point fondamental.
Les données fournies par le marégraphe totalisateur serviront jusqu’en 1997 pour être remplacer par
un instrument numérique. Le point fondamental correspond toujours au zéro Lallemand.
Actuellement la mission originelle se poursuit toujours. 3 réseaux supplémentaires ont été créés
(appelés aussi ordres, ils s’échelonnent du 1 er au 4éme dont la précision décroît).

LES NIVELLEMENTS DE DEMAIN
Réseau Français de Nivellement de Précision et le GPS
Les altitudes du réseau de nivellement dont disposent les utilisateurs que sont les aménageurs, les
cartographes et les scientifiques (géophysiciens), sont exprimées en altitude normale, les dénivelées
mesurées entre repères de nivellement étant comparables, aux erreurs d’observation près, aux
différences d’altitudes.
L’émergence des techniques spatiales GPS (Global Positionnement System) de détermination
géométrique associées à une modélisation de plus en plus fine du champ de pesanteur sont susceptible
de fournir une nouvelle approche de l’accès à l’information d’altitude. C’est dans la mesure où l’on
aura su modéliser la surface de référence d’altitude par rapport à l’ellipsoïde que le nivellement par
GPS pourra être effectué avec succès. Les modèles de référence à l’étude actuellement montrent
qu’une précision de 2 à 3 cm en plaine et de l’ordre de 10 cm en montagne sont accessible. Précision
qui va encore s’améliorer en raison des progrès attendus de l’évolution de l’instrumentation, des
calculs, de la mise en place de stations GPS permanentes…

Le réseau national n’en est pas abandonné pour autant. Nombre d’usagers resteront encore longtemps
tributaires d’une instrumentation traditionnelle et ne sont pas nécessairement prêts à investir dans le
tout GPS, qui deviendra très probablement au cours de la prochaine décennie l’équipement
incontournable du monde de la topographie.
Parallèlement au maintien de certains canevas locaux (zone urbaine, minière…) et la mise en place
d’une ossature de référence « géopotentielle » sous la forme d’un réseau de référence français,
l’entretien du réseau actuel, au cours d’une période de transition, doit être poursuivi sous une forme
quelque peu sélective, en prenant en compte l’ancienneté, le degré de dégradation, le défaut de densité
linéaire et l’accessibilité.

SYSTEMES D’ALTITUDE
Un système d’altitude ou référentiel altimétrique est défini par :
- un type d’altitude
- une surface de référence
- un point fondamental

Les systèmes d’altitudes NGF-Lallemand, NGF-IGN69 et NGF-IGN78 ont la même surface de
référence et le même point fondamental. En revanche, le type d’altitude est orthométrique pour le
système NGF-Lallemand et normale pour les deux autres.
Le système d’altitude du réseau NGF-IGN69 et NGF-IGN78 est système d’altitude normal, calculé en
utilisant des mesures de pesanteur réelle.
Les différents systèmes d’altitude
Nom du réseau Altitude Observations
Bourdalouë Boudalouë Aucune valeur de pesanteur n’est prise en compte dans le calcul
Lallemand Orthométrique C’est une valeur théorique de la pesanteur qui est prise en compte
dans le calcul
IGN69 Normale La valeur de la pesanteur est mesurée sur le terrain.

Un système d’altitude est réalisé par un réseau défini par :
- un type d’altitude et les constantes associées
- un point fondamental et son altitude conventionnelle
- un réseau de repères de nivellement
- un ensemble d’observation de nivellement de précision (dénivelées et gravimétrie)
- un processus de calcul des altitudes des repères.