Systèmes d’Information Géographique (SIG)

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Les données géographiques et topographiques

Dans presque chaque donnée archéologique se trouve une composante géographique qui peut être associée à un lieu précis : un relevé topographique, le lieu de découverte d’un objet, un point kilométrique le long d’une route, un nom de ville ou de commune… L’analyse géographique permet à l’utilisateur de voir, d’explorer, d’analyser ces données en prenant en compte leur localisation dans l’espace, révélant ainsi des corrélations, des modes de répartition dans l’espace, des tendances, invisibles dans un tableur ou par une simple analyse statistique. Le SIG est la technologie qui synthétise tous ces éléments.

• Une base de données spécifiques

Les SIG offrent toutes les possibilités des bases de données (telles que requêtes et analyses statistiques) au travers des outils d’analyse géographique propres aux cartes. Ces capacités spécifiques font du SIG un outil spécifique, accessible à un public très large et s’adressant à une très grande variété d’applications. Parmi une des applications potentielles en archéologie, signalons la réalisation de cartes thématiques ou d’aide à la recherche statistique pour l’élaboration de modèles (Voir >Traitement des Données).

• Deux types de modèles de données de base

Les Systèmes d’Information Géographique exploitent deux différents types de modèles géographiques : le plus simple est matriciel, c’est le système RASTER (une image classique) ; il comprend une grille dans laquelle chaque cellule reçoit des données. La taille de cette matrice et le nombre de cellules peuvent varier (résolution). Ce type s’adapte parfaitement à la représentation de données variables continues telles que la nature d’un sol…

Le second type est appelé VECTORIEL parce qu’il utilise des formules mathématiques pour décrire les objets. A la différence du type précédent, il ne contient pas un ensemble de coordonnées mais une série de vecteurs, chacun d’eux représentant la forme géométrique des données. Dans ce modèle, les informations sont regroupées sous la forme de coordonnées x, y. Les objets de type ponctuel sont dans ce cas représentés par un simple point. Les objets linéaires (routes, fleuves…) sont eux représentés par une succession de coordonnées x, y. Les objets polygonaux (territoire géographique, parcelle…) sont, quant à eux, représentés par une succession de coordonnées délimitant une surface fermée. Le modèle vectoriel est particulièrement utilisé pour représenter des données discrètes.

Le système VECTORIEL est clairement plus puissant que le système RASTER. Ce dernier, à ce jour, ne sert plus que de fond et d’habillage des données VECTEUR.

Un SIG moderne se doit d’exploiter simultanément ces deux types de représentation.

• La gestion par couches

Une des caractéristiques des SIG est la superposition d’information. Sur une carte traditionnelle toutes les données sont situées dans un même plan superposé, sur la feuille unique destinée à devenir une carte. Les différents types d’information se distinguent par le recours à des couleurs différentes et à des symboles spécifiques. Dans un SIG, l’information n’est pas limitée à une seule feuille : l’ordinateur peut gérer plusieurs couches superposées, chacune d’entre-elles comportant une information spécifique ou thématique, mais toutes étant inscrites dans un même système de coordonnées.

Chaque couche est un fichier de coordonnées et d’attributs constituants l’information associée à chaque point. L’utilisateur du système peut utiliser, manipuler, visualiser, éliminer à son gré les différents niveaux de l’information.
La quantité d’information dont on peut disposer de cette façon est énorme. Chaque couche devra être considérée comme une carte en deux (ou trois) dimensions, de sorte que chaque point, ligne ou surface qu’elle comporte soit traité par l’ordinateur comme un (modèle numérique de terrain, c’est à dire les côtes en z du terrain) ; celui-ci témoignant d’une réalité propre, il devra porter un élément d’identification – une étiquette.

Tout SIG est ainsi composé d’un fond MNT, d’une image RASTER (photo aérienne par exemple) et d’une superposition de couches thématiques comme l’hydrographie, les bâtiments, les courbes de niveau, les voies de communication ou toutes autres informations utiles.

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Un exemple d’architecture pour l’archéologie

On peut imaginer le type d’architecture suivante (en terme de données) pour un SIG destiné à l’archéologie :

1. une couche RASTER (image) présentant une photo aérienne du site ;

2. plusieurs couches VECTEUR (sous forme d’objets) :
– une couche MNT (modèle numérique de terrain) ou de courbes de niveaux;
– une couche pour le réseau hydrographique ;
– des couches pour les réseaux viaires, par chronologie ;
– une couche par ensemble de structures (tombes, murs, fossés, silos, fonds de cabane…)
– une couche de végétation et environnement ;
– une couche pour les voies naturelles de communication ;
– une couche par type de mobilier (outils de silex, céramique de type a, céramique de type b…).

Chaque élément géoréférencé peut être renseigné par une étiquette contenant l’ensemble des données (numéro d’inventaire, site, inventeur, datation…).

Ce prototype peut être ramené à une échelle plus locale, sur le site même par exemple, en générant des couches spécifiques de chaque strate ou de chaque US. Parmi une des applications potentielles en archéologie, signalons la réalisation de cartes thématiques ou d’aide à la recherche statistique pour l’élaboration de modèles (Voir >Traitement des Données).

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La cartographie, une fonctionnalité des SIG

Dans de nombreux cas, la finalité est cartographique : il s’agit de pouvoir visualiser des cartes et des graphes réalisés sur mesure. La carte est en effet un formidable outil de synthèse et de présentation de l’information.

Les SIG offrent à la cartographie moderne de nouveaux modes d’expression permettant d’accroître de façon significative son rôle pédagogique. Les cartes créées avec un SIG peuvent désormais facilement intégrer des rapports, des vues 3D ou des images photographiques et toutes sortes d’éléments multimédia.

L’utilisation de cartes révèle de nouvelles indications et offre une lecture inédite de toute sorte de données. Elle éclaire fondamentalement la prise de décision dans de nombreux domaines. Elle met en évidence des relations jusqu’alors difficiles à percevoir, en facilitant ainsi la compréhension des phénomènes.

Les SIG offrent tous les outils pour réaliser et publier des documents cartographiques de qualité : ils permettent de communiquer efficacement à l’aide de documents cartographiques précis et détaillés, tous les résultats d’études et analyses. Ces cartes pourront être directement imprimées, intégrées à d’autres documents ou publiées de façon électronique.

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Les requêtes classiques

Disposant d’un SIG et de données, l’utilisateur peut commencer par poser des questions simples telles que :

– A qui appartient cette parcelle ?
– Lequel de ces deux points est le plus loin ?
– Où sont les terrains contenant des vestiges archéologiques ?

Et des questions intégrant une analyse, comme par exemple :

– Quels sont les sites menacés par des constructions ou des aménagements ?
– Quels sont les vestiges du Néolithique présent dans la région ?

Les SIG procurent à la fois des outils simples d’interrogation et de puissantes solutions d’analyses accessibles à tous les publics. Deux d’entre elles apparaissent comme particulièrement essentiels:

• L’analyse de proximité

Exemples :
– Combien existe-t-il de sites dans une zone de 1000 mètres de part et d’autre de cette autoroute ?
– Quel est le nombre total de sépultures dans un rayon de 10 km autour de ce site ?

Pour répondre à ces questions, les SIG disposent d’algorithmes de calcul appelés « buffering » destinés à déterminer les relations de proximité entre les objets.

• L’analyse spatiale

L’intégration de données au travers des différentes couches d’information permet d’effectuer une analyse spatiale rigoureuse. Cette analyse par croisement d’information, si elle peut s’effectuer visuellement (à l’identique de calques superposés les uns aux autres), nécessite souvent de confronter des informations alphanumériques : croiser la nature d’un sol, sa déclivité, la végétation présente avec les propriétaires et les mobiliers et les structures découvertes est un exemple d’analyse sophistiquée que permet l’usage d’un SIG.

• L’analyse spatiale

A partir de cette géobase de données, il est alors possible d’effectuer une analyse spatiale, qui s’appuie sur le principe que l’espace n’est pas occupé de façon aléatoire. Prenons l’exemple de la recherche d’habitats préhistoriques.

On effectue une recherche spatiale signalant les zones qui contiennent un point d’eau, des tombes repérées, des silos et des artefacts. A partir de là, il est assez simple d’émettre des hypothèses sur la localisation des habitats éventuels (Voir >Identification de Sites)

• Autres exemples

Il est possible d’utiliser la composante z (normalement destinée à l’altimétrie) pour associer une valeur à une position (limité alors au plan x, y), par exemple une densité d’objets trouvés dans un carré d’une maille au cours d’une prospection. L’ensemble des fonctionnalités du SIG sont identiques, mais cette fois l’altitude a une autre signification, qui permet par exemple de repérer un site par des pics de densité d’artéfacts.

L’utilisation de cette dimension peut également se faire en associant une valeur en fonction de la richesse d’une tombe, le nombre d’individus inhumés, le nombre de fragments de céramiques, de céramiques importées, de type de végétation…

Le SIG, dans cette approche constitue un outil statistique, à coupler avec d’autres méthodes (Tests de Student…) pour obtenir des résultats correctement interprétables.

Nous conseillons aux lecteurs intéressés de lire la rubrique Traitement des Données pour y voir quelques applications.