5.2 Systèmes d’information géographiques (GIS)

Remarques générales concernant les méthodes

Contrairement aux chapitres avec du contenu qui ont une structure de base narrative, les chapitres méthodologiques sont structurés de manière progressive. La complexité augmente donc constamment à mesure de l’avancée dans le chapitre. En fonction du groupe d'élèves, il peut être utile de passer directement au point du chapitre méthodologique pertinent via le mini-menu (juste sous le titre du chapitre dans la barre de navigation).

Remarques générales relatives au chapitre

Dans leur quotidien, les élèves utilisent différents services numériques de cartographie de manière intuitive et sans se poser de questions. Ce chapitre utilise ces aptitudes et a pour but d'élargir le point de vue des élèves en leur faisant découvrir les nombreuses possibilités d'utilisation des systèmes d’information géographiques. De plus, ces systèmes sont aujourd’hui utilisés dans de nombreux secteurs et dans de nombreux processus de travail. (Source : Deutscher Verband für Angewandte Geographie e. V.) Les élèves découvrent donc une technologie importante pour leur quotidien et éventuellement aussi pour leur future carrière professionnelle.

Les aspects de la gestion et de l’enregistrement des données ne sont pas abordés ici, car seules les applications GIS en ligne et en libre accès et les données qu’ils comprennent sont utilisées ici.

D’autres moyens d’acquérir des compétences plus complètes dans le domaine de la collecte, de la visualisation, de l’analyse et de la présentation de géodonnées, par exemple dans le cadre de projets d’enseignement, de séminaires, d’ateliers, etc. existent en coopération avec les fournisseurs des logiciels.
Exemples :
Esri Schulprogramm | Esri Deutschland
ArcGIS voor op School | Esri Nederland
Primary and secondary schools - Esri BeLux

Objectifs et compétences

Les élèves découvrent les fonctions des différentes applications GIS et résolvent des problèmes géographiques à l’aide de ces applications.

Ce chapitre porte essentiellement sur le renforcement des compétences :

• Méthodes : Utilisation des outils courants des applications GIS et génération de cartes en choisissant des données ou des indicateurs dans des applications GIS en ligne. Les élèves découvrent la structure de base de ces applications et apprennent à utiliser différents outils qui sont cependant récurrents. De plus, les élèves analysent les informations contenues dans les cartes de manière objective et en fonction d’un objectif défini et étudient les statistiques et les diagrammes qui y sont intégrés.
• Orientation dans l’espace : Acquisition de connaissances de base pour l’orientation dans l’espace à différentes échelles et d’une grille d’orientation dans l’espace en analysant leur espace de référence. En changeant régulièrement d'échelle dans les applications GIS, les élèves peuvent faire le lien entre la situation d’un lieu et la géographie qui l’entoure. Souvent, ils font également le lien avec leur propre espace de vie (par exemple avec la ville dans laquelle ils habitent, le lieu où se trouve leur école) ou avec des exemples d’espaces issus des chapitres à contenu.

Structure du chapitre

1. La première partie (éléments 1-5) présente la définition générale des systèmes d’information géographiques et le principe de la structure en couches. Les possibilités d’utilisation des GIS sont notamment présentées grâce à l’exemple de l’Euregio Meuse-Rhin.
2. La deuxième partie (éléments 6-17) présente des techniques de travail concrètes dans les applications GIS : la recherche d’un lieu, la navigation dans une carte, le réglage des différentes cartes de base et la mesure des distances et des superficies. Les exercices se basent sur des exemples au sein de l’Euregio Meuse-Rhin et permettent aux élèves d’utiliser les outils qui sont utilisés dans de nombreuses applications GIS.
3. Après un aperçu général de l’utilisation des applications GIS dans la recherche, l’économie et l’administration, la troisième partie du chapitre (éléments 18-23) étudie plus précisément une application GIS : L’outil « Wohnmonitor » de l’Euregio Meuse-Rhin. Après avoir obtenu des informations de base sur le projet, les élèves découvrent les fonctions de cette application GIS. À la fin, un exercice complexe montre comme l’application peut être utile pour des questions concrètes dans le cours de géographie.

Une définition très générale décrit un système d’information géographique comme un « système d’information informatique pour la collecte, la gestion et le traitement de données géographiques » (selon : Lexikon der Geographie).

Mais qu’est-ce que cela signifie ?

La principale base d’un GIS est le lien avec un espace réel, par exemple un État, un district ou un quartier. Les données sur cet espace réel sont traitées par le GIS de manière à obtenir une carte numérique d’information. Les données peuvent ainsi être visualisées et analysées en lien avec leur espace géographique.

Tutoriels : GIS-Viewer

Dans l’approfondissement de l’élément 5, les élèves accèdent au siteEin Tag mit GIS (une journée avec un GIS) via un lien. Sur ce site, des textes clairs et concis présentent dans quels domaines de la vie les applications GIS sont utilisées et montrent comment elles influencent notre quotidien en présentant une journée type. Les hyperliens contenus sur ce site fournissent d’autres informations et certains exemples concrets, mais en raison de l’absence de lien régional avec L’Euregio Meuse-Rhin, ils ne sont pas très pertinents et peuvent donc être ignorés. 

Le site Ein Tag mit GIS montre comment tu es en contact avec différentes applications GIS au cours d’une seule journée !

Les élèves cherchent des lieux à l’aide d’adresses, de mots-clés généraux et de coordonnées. Ils sont confrontés à différentes difficultés, par exemple en cas de saisie incomplète ou pas suffisamment claire dans le champ de recherche. Le troisième exercice porte sur la façon dont on écrit les coordonnées.
Mode 1 étoile : Les mots-clés sont clairement fournis.
Mode 2 et 3 étoiles : Les lieux doivent être trouvés en plusieurs étapes.

Ici, tu apprendras tout ce qu’il faut savoir sur la définition de la latitude et de la longitude et sur les différentes façons de les écrire.

De nombreux appareils comme les smartphones, les montres ou les tablettes utilisent le Global Positioning System (GPS) pour la localisation. Pour cela, les données sont utilisées par des satellites de navigation qui tournent autour de la Terre. 

Le film « Total phänomenal – Satelliten weisen den Weg » (Phénoménal - les satellites nous guident » de la chaîne allemande SWR explique le fonctionnement du système satellitaire de la minute 0:13 à 3:12. 

De nombreux services numériques de cartographie n’indiquent pas la valeur exacte de l’échelle sur l’interface, car souvent, ils travaillent uniquement avec une règle. Dans le GIS-Viewer du parc du tripoint vers lequel renvoie un lien dans l’exercice, l’utilisateur peut cependant lui-même choisir l'échelle dans un menu défilant. Ce Viewer convient donc particulièrement bien à cet exercice.

Les élèves se familiarisent avec les différentes échelles et choisissent ensuite l'échelle qui leur convient le mieux pour une situation de présentation fictive. 

Les différents niveaux de difficulté des exercices se distinguent principalement par les connaissances préalables des différents groupes d’âge sur le calcul des échelles et l’utilisation de l’outil que sont les échelles.

Cet exercice est donc également lié au chapitre 5.1. qui aborde de manière plus précise le calcul des échelles.

L’exercice 1 porte sur le changement d'échelle et permet aux élèves de placer la ville d’Alsdorf dans leur grille d’orientation dans l’espace.

Dans l’exercice 2, les élèves se familiarisent avec la forme de présentation et la force d’expression des différentes cartes de base. Ils prennent une décision en fonction du problème géographique qui leur est posé. Ils choisissent donc l’une des cartes de base thématiques pour la représentation des voies de transport (par exemple OpenStreetMap), la vue aérienne pour la représentation des surfaces agricoles (par exemple Imagery) et une carte avec les courbes de niveau ou la cartographie du terrain pour la représentation du relief (par exemple Topographic).

Le troisième exercice fait le lien avec le chapitre sur le changement structurel. L’ancienne mine de charbon à l’ouest de l’agglomération d’Alsdorf peut être identifiée grâce aux terrils. Ceux-ci sont visibles sur la vue aérienne et sur la carte topographique. Ces collines façonnées par l’homme sont cependant uniquement identifiables lorsque l’on dispose des connaissances nécessaires. Les cartes de base thématiques peuvent donc être utiles, car les termes techniques y sont indiqués. Une observation plus poussée permet également d’identifier des surfaces revégétalisées et des bâtiments (par exemple Annapark, Energeticon). Pour que les élèves voient tout cela, l’exercice doit cependant être traité en lien direct avec la matière relative au changement structurel.

L’exercice précédent ayant permis aux élèves de découvrir les différentes fonctions des GIS-Viewers, l’exercice suivant leur permet de revoir tout cela et d’approfondir le sujet. Dans le cadre du travail avec la carte numérique, ils choisissent une carte de base, recherchent deux lieux, les marquent à l’aide de l’outil de dessin et ajoutent une annotation, mesurent une distance et terminent en imprimant la carte ou en l’enregistrant sous forme de fichier. L’outil de dessin qui doit être utilisé dans les exercices 3 et 4 n’a pas encore été utilisé dans le chapitre méthodologique. Les élèves l’utilisent donc de manière intuitive. Le choix de la signature (couleur, taille, etc.) adaptée et le positionnement de la signature sur la carte nécessitent une réflexion qui permet aux élèves de se familiariser avec l’outil en lui-même et avec la représentation de la carte. Ils réalisent leur propre carte.
À la fin de l’unité d’apprentissage, les cartes réalisées par les élèves peuvent être discutées au sein de la classe. Lors de cette discussion, la réflexion sur le processus d’apprentissage et de travail doit être mise en avant, par exemple les difficultés lors de la résolution des exercices et les stratégies qui ont été appliquées pour les résoudre. Il est possible de clôturer l’unité d’apprentissage par une discussion sur les possibilités d’utilisation de tels outils de cartographie dans la vie quotidienne des élèves.

Dans de nombreuses régions, les autorités et les administrations mettent à la disposition de la population des systèmes d'information géographiques. Dans l’Euregio Meuse-Rhin aussi, il existe des géoportails publics. Tu trouveras quelques exemples sous les liens suivants.

RNW : GEOportal.NRW

Limbourg du Sud (NL) : Atlas Limburg (prvlimburg.nl)

Dreiländerpark : de inkasPortal - GeoNet Online GmbH (staedteregion-aachen.de)

Wohnmonitor : Wohnmonitor EMR (housing-emr.eu)

Atlas der "Großregion SaarLorLux" GR-Atlas - Atlas der Großregion SaarLorLux (uni.lu)

Aix-la-Chapelle : Geodatenportal Stadt Aachen

Liège : Carte — Open Data Liège (liege.be)

Les applications GIS sont utilisées dans différents domaines comme la recherche, l’économie et l’administration pour l’analyse, la prévision ou la visualisation de différents thèmes.

Météorologie

Services météorologiques
Wetter und Klima - Deutscher Wetterdienst - Startseite (dwd.de)
KNMI - Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut
Weather Brussels - RMI (meteo.be)

Systèmes de vents mondiaux
earth :: a global map of wind, weather, and ocean conditions (nullschool.net)

Systèmes de vents et pollution de l’air
IQAir Earth Air Pollution Map

La carte du monde interactive montre la répartition mondiale de l’ensoleillement (direct, indirect, diffus), la compatibilité avec les systèmes photovoltaïques et la répartition de la température de l’air
Global Solar Atlas 

Géologie

Latest Earthquakes (usgs.gov)

Évolution de la population
Visualisation en 3D de la population mondiale : Human Terrain (pudding.cool)
Densité de la population mondiale World Population Density Interactive Map (luminocity3d.org)

Transport & logistique
MarineTraffic: Global Ship Tracking Intelligence | AIS Marine Traffic (localisation et mouvement des navires)

Administration
Eurostat - portail statistique de l’UE Eurostat regional yearbook 2022 (europa.eu)

Après avoir obtenu des informations générales sur le Wohnmonitor, les élèves découvrent l’application GIS dans le cadre d'un exercice général. L’objectif est de se familiariser avec l’utilisation du menu de sélection, de générer soi-même une carte et de comprendre les informations qu’elle contient.
Étant donné qu’il s’agit avant tout d’un exercice technique avec l’application GIS, la différence entre les niveaux de difficulté 1 et 2 étoiles réside principalement dans les détails des consignes. Lors de la description de la répartition de la population, les élèves doivent procéder de manière structurée et par exemple constater l’opposition entre le nord et l’est densément peuplés de l’Euregio Meuse-Rhin et le sud de l’Euregio Meuse-Rhin moins densément peuplé.

Afin d’analyser les sources de manière critique, il est également possible d'étudier les couleurs de la carte dans le cadre du cours : Les dégradés ne sont pas équidistants et dans la section supérieure (couleur bleue la plus foncée) il est particulièrement difficile de voir les différences. Des villes de taille moyenne (comme Jülich, Bilzen, Helchteren) et les villes les plus densément peuplées (Aix-la-Chapelle, Maastricht, Liège) relèvent donc ici du même groupe. Seule l’analyse des chiffres absolus permet de faire des distinctions. 

Cet exercice aussi porte sur le renforcement de compétences méthodologiques. Celles-ci y sont cependant mises en lien avec une question géographique concrète.
Les élèves génèrent eux-mêmes une carte sur les formes de ménages à l’aide des données du GIS et analysent les différents aspects du logement urbain. D’autres aspects méthodologiques interviennent aussi ici comme l’utilisation de données statistiques et leur représentation.

Dans le mode 1 étoile, les élèves étudient les ménages d’une personne.

Dans le mode 2 étoiles, les différences entre le logement urbain et rural sont mises en avant.

Dans le mode 3 étoiles, les élèves doivent analyser ces différences en tenant compte du changement démographique, du changement général des formes de vie (par exemple individualisation croissante de la société) et des défis de l’évolution des espaces.

Remarques relatives aux solutions :

Mode 1 étoile : Après avoir généré et enregistré la carte sur les ménages d'une personne dans l’Euregio Meuse-Rhin, les élèves doivent décrire la répartition géographique de ces ménages en se concentrant sur les valeurs extrêmes. Ils doivent normalement constater le faible nombre de ménages d'une personne dans le sud de l’Euregio Meuse-Rhin et le nombre élevé de ménages d’une personne au nord et à l’est de l’Euregio Meuse-Rhin. Le calcul des chiffres absolus pour les trois villes nécessite une orientation dans l’espace et la maîtrise des fonctions du GIS (par exemple affichage des chiffres absolus dans les détails des indicateurs). Les élèves constatent les valeurs très élevées dans les trois villes recherchées. Le dernier exercice invite à analyser le contexte. Pour cela, les élèves se basent sur leurs connaissances préalables et leurs connaissances générales et les informations préalables qu’ils ont reçues offrent également des points de départ. Ce groupe d’âge devrait indiquer la formation des jeunes et éventuellement aussi l’âge plus tardif de mariage et la tendance des femmes à devenir mère plus tard comme raisons. 

Mode 2 étoiles : Dans cet exercice, toutes les tailles de ménages sont considérées et une commune urbaine est comparée à une commune rurale. Pour cela, les élèves doivent trouver les chiffres absolus sur la carte et les transformer en chiffres relatifs. Dans les villes de Liège et d’Aix-la-Chapelle, plus de 50 % des ménages sont des ménages d'une personne. Dans les régions rurales de Clavier et de Dahlem, les ménages d'une personne ne représentent que 26 %. Le nombre de ménages de plus de 3 personnes y est cependant supérieur à 40 %. Les deux communes comparées représentent bien la différence entre la campagne et la ville en Belgique et en Allemagne. Aux Pays-Bas, en raison de la densité de population nettement plus élevée, aucune commune ne présente une répartition aussi marquée. Aucune paire de comparaison n’est donc proposée pour les Pays-Bas. Les élèves doivent identifier que la différence entre les zones urbaines et rurales tient essentiellement à la structure des âges et des revenus. C’est également ce que confirme l’explication des trois tendances citées dans l’exercice. Les élèves peuvent se montrer créatifs pour expliquer la pénurie de logements dans les villes. Il est possible d'évoquer l’augmentation de la construction de petits appartements, la transformation de grands appartements ou la meilleure offre de transport dans la périphérie.

Mode 3 étoiles : Les exercices sont globalement les mêmes que pour le mode 2 étoiles, mais ils demandent plus de connaissances préalables, par exemple concernant le changement démographique. Ainsi, l’espace rural se distingue particulièrement par une population vieillissante et en raison de la situation des revenus, on y trouve principalement de grandes surfaces de logement par habitant alors qu’en raison de l’individualisation croissante de la société, dans les villes, la population jeune reste de plus en plus longtemps dans des ménages d’une personne. L’exercice 5 porte sur le fait que la comparaison entre les communes ne concerne pas les Pays-Bas. Dans toutes les communes néerlandaises, le nombre de ménages d’une et deux personnes est élevé et l’opposition entre la ville et la campagne n’est pas aussi nette en raison de la densité de population élevée.