Altitude

L’altitude est la position verticale d’un point par rapport à un niveau de référence, le plus souvent le niveau moyen de la mer (altitude 0). Elle s’exprime en mètres (m) et se distingue de la simple hauteur, mesurée par rapport à un repère local quelconque.

Observer expérimentalement l’altitude

Avec l’application FizziQ, l’altitude d’un point peut être estimée de deux façons complémentaires : par le GPS, qui fournit une altitude absolue, et par le baromètre, qui excelle pour mesurer des différences d’altitude. Les confronter est instructif.

Étapes :

• Ouvrir FizziQ et sélectionner l’instrument “Position GPS”. Relever l’altitude affichée en un point donné et noter qu’elle fluctue de plusieurs mètres d’un instant à l’autre.
• Comparer cette altitude GPS à une valeur connue (carte topographique, panneau d’altitude) pour apprécier la justesse absolue, de l’ordre de la dizaine de mètres.
• Sélectionner ensuite l’instrument “Baromètre” (s’il est présent : tous les smartphones n’en possèdent pas). Noter la pression P₁ au pied d’un bâtiment ou d’une pente.
• Monter au sommet, en sécurité, et relever la pression P₂ : la différence d’altitude vaut Δh ≈ (P₁ - P₂) × 8,3, en mètres si les pressions sont en hPa.
• Comparer les deux approches : le baromètre donne un dénivelé relatif précis (résolution de l’ordre du mètre), tandis que le GPS donne une altitude absolue mais moins fine.

Activités scientifiques sur ce thème

• Mesure de la hauteur d’un bâtiment
• Vitesse d’ascenseur au baromètre
• Vitesse ascensionnelle en vol
• Variation de g avec l’altitude

Prolongements possibles avec FizziQ : établir le profil altimétrique d’une randonnée en enregistrant simultanément pression et position GPS, ou évaluer la hauteur d’une falaise. Voir la section GPS du guide des capteurs.

En savoir plus

Comment ça marche :

Deux méthodes coexistent sur un smartphone. Le GPS calcule la position en trois dimensions par trilatération à partir des signaux de plusieurs satellites ; l’altitude absolue en découle, mais avec une incertitude verticale importante, car la géométrie des satellites est peu favorable à la mesure verticale. L’altimétrie barométrique déduit quant à elle les variations d’altitude de la pression mesurée par le baromètre, la pression diminuant d’environ 0,12 hPa par mètre près du sol. La première donne une référence absolue, la seconde une excellente mesure relative.

Résolution relative vs justesse absolue : le baromètre offre une résolution fine (de l’ordre du mètre) sur les différences d’altitude, mais une justesse absolue médiocre sans étalonnage. Le GPS fournit une altitude absolue, mais avec une justesse de l’ordre de la dizaine de mètres. Combiner les deux capteurs permet de tirer parti de chaque qualité.

Disponibilité : l’altimétrie barométrique n’est possible que si le smartphone dispose d’un baromètre, ce qui n’est pas le cas de tous les modèles. Le GPS, en revanche, équipe la quasi-totalité des smartphones actuels.

Ordres de grandeur :

• Altitude de référence (niveau moyen de la mer) : 0 m, où la pression vaut en moyenne 1013 hPa.
• Incertitude verticale du GPS : environ ± 10 m en conditions favorables (jusqu’à ± 20 m par mauvaise réception).
• Résolution de l’altimétrie barométrique : de l’ordre du mètre pour un dénivelé mesuré rapidement.
• Gradient de pression près du sol : 0,12 hPa/m, soit environ 8,3 m par hPa.
• Un étage d’immeuble (≈ 3 m) correspond à une variation de pression d’environ 0,36 hPa.

Formule

En altimétrie barométrique, une différence d’altitude s’obtient à partir de la différence de pression, près du sol :

Δh ≈ (P₁ - P₂) × 8,3

où :

• Δh : différence d’altitude (m)
• P₁, P₂ : pressions aux deux points (hPa)
• 8,3 m/hPa : inverse du gradient 0,12 hPa/m

Cette règle vaut pour de faibles dénivelées et suppose une pression météorologique stable pendant la mesure. Sur une plage plus étendue, on utilise la formule barométrique en atmosphère isotherme :

h = H × ln(P₀/P), avec H ≈ 8400 m à 15 °C

où H = RT/(Mg) est la hauteur d’échelle (environ 8000 m à 0 °C) et P₀ la pression de référence à l’altitude h = 0.

Exemples d’application

• Randonnée : suivre le dénivelé cumulé d’une marche en montagne à partir du baromètre.
• Aviation : l’altitude de vol est lue sur un altimètre barométrique calé sur une pression de référence.
• Navigation en intérieur : détecter à quel étage se trouve un utilisateur, là où le GPS ne pénètre pas.
• Cartographie : associer une altitude à chaque point d’un relevé de terrain.
• Sport : mesurer la hauteur d’un saut ou d’une ascension.
• Services d’urgence : la localisation verticale d’un appelant s’appuie de plus en plus sur le baromètre du smartphone.

FAQ

Q : Faut-il préférer le GPS ou le baromètre pour mesurer une altitude ? R : Cela dépend du besoin. Pour une altitude absolue (hauteur par rapport à la mer), le GPS est indiqué, à ± 10 m près. Pour un dénivelé ou un changement d’étage, le baromètre est bien plus précis, jusqu’à environ 1 m.

Q : Pourquoi l’altitude GPS fluctue-t-elle autant ? R : La mesure verticale par GPS est intrinsèquement moins précise que la mesure horizontale, en raison de la position des satellites au-dessus de l’horizon. Une incertitude de la dizaine de mètres, qui fluctue dans le temps, est donc normale.

Q : Peut-on mesurer une altitude sans baromètre ? R : Oui, avec le GPS seul, présent sur presque tous les smartphones. En revanche, l’altimétrie barométrique requiert un capteur de pression, absent de nombreux appareils d’entrée de gamme.

Q : Quelle est l’origine de l’altitude 0 ? R : C’est le niveau moyen de la mer, une surface de référence appelée géoïde. Les cartes et les GPS s’y rapportent, ce qui permet de comparer les altitudes d’un lieu à l’autre.

Concepts liés

Altimétrie barométrique - Altimètre GPS - Baromètre - Géolocalisation GPS - Pression atmosphérique