Les projections cartographiques sont des méthodes mathématiques qui traduisent la surface tridimensionnelle de la Terre sur un plan bidimensionnel. Parce que la Terre est un sphéroïde, chaque carte plane introduit une forme de distorsion, que ce soit dans la zone, la forme, la distance ou la direction. Cette distorsion inhérente affecte directement la façon dont nous visualisons et interprétons les zones climatiques mondiales, qui sont définies par la température, les précipitations et les modèles de végétation.

Le système classique de classification du climat de Köppen, par exemple, délimite les zones en fonction de la température mensuelle et des précipitations. Lorsqu'on les trace sur une carte Mercator, les zones tempérées et continentales de l'hémisphère Nord semblent tendues et comprimées de manière à masquer leurs véritables limites latitudinales. Inversement, les projections sur une même zone préservent la taille relative de ces zones, permettant une représentation plus fidèle des modèles climatiques mondiaux.

La science des projections cartographiques

Toutes les projections de cartes se divisent en trois grandes familles géométriques : cylindriques, coniques et azimutales (ou planaires). Chaque famille a ses propres forces et faiblesses, et le choix dépend de la région d'intérêt et des propriétés que le cartographe souhaite préserver. Aucune projection ne peut maintenir simultanément les quatre propriétés spatiales – zone, forme, distance et direction –.

Projections cylindriques

Les projections cylindriques sont créées en enveloppant un cylindre autour de la Terre (généralement tangent à l'équateur) et en projetant le globe sur elle. L'exemple le plus célèbre est la projection Mercator, développée par Gerardus Mercator en 1569. Elle préserve les angles et les formes localement (conformelles), ce qui en fait une zone inestimable pour la navigation. Cependant, elle exagère grossièrement à hautes latitudes : le Groenland apparaît aussi grand que l'Afrique, bien qu'en réalité l'Afrique soit environ 14 fois plus grande. Cette exagération a un effet profond sur la perception des zones climatiques polaires et subpolaires, ce qui rend l'Arctique et l'Antarctique beaucoup plus étendus qu'ils ne le sont vraiment.

La carte Gall-Peters montre les zones climatiques dans leur taille proportionnelle correcte : la forêt tropicale amazonienne et le désert du Sahara sont représentés à l'échelle réelle, mais le coût est extrême à proximité de l'équateur et de la compression près des pôles. Pour les climatologues qui doivent comparer la superficie totale des zones tropicales par rapport aux zones polaires, les projections cylindriques à aire égale sont beaucoup plus fiables que le Mercator.

Projections coniques

Les projections coniques sont formées en plaçant un cône sur la Terre (souvent tangentes le long d'une ligne parallèle ou standard). Elles conviennent mieux aux régions de latitude moyenne, comme les États-Unis, l'Europe et une grande partie de l'Asie. La projection conique conformelle Lambert conserve une bonne forme dans les parallèles standards, ce qui la rend populaire pour les cartes aéronautiques et les cartes climatiques régionales. La projection conique albersaire, par contre, préserve la surface tout en permettant une distorsion de forme.

Projections azimutales (planaires)

Les projections azimutales projettent le globe sur un plan tangent à un seul point. Elles sont souvent utilisées pour les cartes polaires parce qu'elles montrent une véritable direction depuis le point central et une distorsion minimale près du point de tangence. La projection Azimuthal Equal-Area Lambert est excellente pour afficher les zones climatiques arctiques et antarctiques sans exagération massive de la zone observée dans les projections cylindriques.

Distorsion et ses effets sur la visualisation des zones climatiques

Les zones climatiques sont définies par les coordonnées géographiques (latitude et longitude) et par les limites physiques telles que les chaînes de montagnes et les courants océaniques. La distorsion de la carte peut modifier la forme perçue, la taille et la connectivité de ces zones.

La chute du Mercator et les zones polaires du climat

Comme la projection Mercator gonfle les régions polaires, la toundra arctique et la calotte glaciaire de l'Antarctique semblent couvrir un pourcentage beaucoup plus important de la surface de la Terre que ce qu'ils font réellement. Cela peut conduire à une perception erronée que les climats polaires dominent la planète. En réalité, les régions tropicales et subtropicales couvrent environ 40 % de la surface terrestre de la Terre, tandis que les zones polaires ne représentent que 10 % environ. La projection Mercator inverse visuellement ces proportions.

Projections à zone égale : une taille plus vraie mais des formes déformées

Dans ces projections, un centimètre carré représente la même superficie terrestre. Lorsque les zones climatiques sont tracées sur une carte de zone égale, la couverture relative des forêts tropicales pluviales, des savanes, des déserts et des calottes glaciaires est exacte. Cependant, ces projections déforment souvent de façon significative, surtout près des bords. Par exemple, sur la projection de Mollweide, l'Antarctique devient une masse terrestre allongée et bizarrément façonnée, qui peut induire les étudiants en erreur sur les caractéristiques du littoral. La projection Goode Homolosine (aussi connue sous le nom de projection interrompue) évite une grande partie de cette distorsion de forme en coupant la carte en lobes, mais cela crée des discontinuités qui peuvent briser les zones climatiques à travers les coutures cartographiques.

Robinson et Winkel Tripel : Projections de compromis

Les projections de compromis, comme celles de Robinson et de Winkel Tripel, tentent d'équilibrer tous les types de distorsion sans exceller à aucun seul. La projection de Robinson a été conçue par Arthur H. Robinson en 1963 pour créer une carte mondiale visuellement agréable. Elle n'est ni égale ni conforme, mais elle maintient les distorsions modérées. De nombreux atlas de classe et atlas climatiques (y compris ceux de National Geographic) ont utilisé la projection de Robinson. Lorsqu'elle est appliquée aux zones climatiques mondiales, elle offre une représentation raisonnable de la zone et de la forme, bien que les régions polaires soient encore quelque peu élargies. La projection de Winkel Tripel, utilisée par la National Geographic Society depuis 1998, offre un meilleur équilibre.

Incidences pratiques sur la recherche et l'éducation en matière de climat

Le choix de la projection cartographique n'est pas seulement une préoccupation académique; il a des conséquences réelles sur la politique climatique, la planification des catastrophes et la communication scientifique.

Production de modèles climatiques et analyse des données

Les modèles climatiques mondiaux (CMG) fonctionnent sur une grille tridimensionnelle de la Terre. Lorsque les chercheurs visualisent les résultats du modèle, comme les anomalies de température ou les extrêmes de précipitations, ils doivent projeter ces données sur une carte plate. Le choix de la projection peut influer sur l'ampleur des moyennes spatiales et sur l'identification des tendances. Par exemple, une étude analysant l'expansion de la cellule Hadley (la circulation atmosphérique tropicale) pourrait utiliser une projection à aire égale pour mesurer avec précision le déplacement latitudinal des zones sèches.

Communication et politique publiques

Les cartes des articles d'actualité, des notes de politique et des médias sociaux utilisent souvent les projections connues de Mercator ou de Web Mercator sans reconnaître leurs distorsions. Lorsqu'un média montre une carte des anomalies de température mondiales, les régions polaires élargies peuvent exagérer l'impact visuel de l'amplification arctique. Inversement, l'aspect relativement petit des tropiques peut minimiser l'importance des extrêmes de chaleur dans les régions équatoriales.Les décideurs qui s'appuient sur ces cartes peuvent développer des priorités biaisées.Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) utilise une variété de projections dans ses rapports, mais ses cartes emblématiques emploient souvent des projections d'égale zone ou de compromis pour fournir une vue équilibrée.

Matériel éducatif et enseignement en salle de classe

Une étude réalisée en 2019 a révélé que plus de 60% des cartes mondiales des manuels des écoles secondaires américaines utilisaient la projection Mercator, ce qui a conduit les élèves à surestimer sauvagement la taille de l'Europe et de l'Amérique du Nord par rapport à l'Afrique et à l'Amérique du Sud. Lorsque des zones climatiques sont introduites dans ces manuels, les élèves développent des cartes mentales erronées. Par exemple, ils peuvent croire que la zone tempérée (où vivent la plupart des utilisateurs de manuels) couvre une portion beaucoup plus grande du globe que les tropiques, alors qu'en fait les tropiques sont plus grands.

Choisir la bonne projection pour les études climatiques

La sélection d'une projection appropriée dépend des objectifs d'analyse, de l'étendue géographique et des variables climatiques d'intérêt. Il n'existe pas de solution unique, mais les lignes directrices suivantes peuvent aider.

  • Études mondiales des zones climatiques:[ Utiliser une projection à aire égale (p. ex., Mollweide, Goode Homolosine ou Eckert IV) pour s'assurer que les dimensions relatives sont correctes.
  • Études régionales ou continentales: Utiliser une projection conique (Conformal Conic ou Albers Equal Area Conic) pour minimiser les distorsions dans la région d'intérêt. Pour l'Europe, le Conformal Conic Lambert est la norme; pour les États-Unis, le Conic Equal Area Albers est largement utilisé par la US Geological Survey.
  • Recherche sur le climat polaire:[ Utiliser une projection azimuthale sur une zone égale (Lambert Azimuthal sur une zone égale) pour représenter avec précision la taille et la forme des calottes glaciaires et de la toundra.
  • Visualisation pour le public :[ Utilisez une projection de compromis (Robinson ou Winkel Tripel) pour une apparence équilibrée et familière. Évitez Mercator sauf pour la navigation ou lorsque l'auditoire est censé comprendre ses limites.
  • Les cartes numériques interactives: Web Mercator est presque omniprésent en raison de contraintes techniques (services de base, niveaux de zoom).Lorsque vous construisez des tableaux de bord climat personnalisés, envisagez d'utiliser un service de tuiles qui supporte d'autres projections, ou superposez des données climatiques sur une carte de base à aire égale à l'aide de bibliothèques SIG modernes.

Dans tous les cas, il est bon d'inclure une barre d'échelle, une grille de latitudes et de longitudes et une note sur la projection utilisée.De nombreux systèmes d'information géographique modernes (SIG) permettent aux utilisateurs de reprojecter les données à la volée, de sorte que les chercheurs peuvent expérimenter de multiples projections pour vérifier les artefacts.La bibliothèque PROJ est un outil standard open-source pour coordonner la transformation.

Au-delà de la carte : la sensibilisation aux projections dans un monde d'analyse des données

Les globes virtuels comme Google Earth offrent une vue tridimensionnelle qui évite de nombreux problèmes de projection, mais les cartes statiques demeurent omniprésentes dans les rapports, les articles et les présentations. Développer un œil critique pour les projections cartographiques est un élément clé de la littératie climatique. Les éducateurs devraient intégrer la sensibilisation à la projection dans leur programme d'études, expliquant non seulement les zones climatiques de Köppen, mais aussi les outils cartographiques qui les représentent.

La conversation s'étend au-delà des zones climatiques à tout phénomène géographiquement réparti, à savoir la densité de population, la biodiversité, la répartition des ressources. Les mêmes distorsions qui faussent la représentation de l'Arctique affectent également notre perception de la déforestation en Amazonie ou la propagation de la désertification en Afrique subsaharienne.