Les projections cartographiques sont des outils essentiels dans les études sur les changements climatiques. Elles aident à visualiser les données relatives au réchauffement climatique et à ses impacts dans différentes régions du monde. Le choix de la bonne projection assure une représentation et une interprétation exactes de l'information spatiale.Comme les sciences climatiques s'appuient de plus en plus sur des données géospatiales pour communiquer les risques et éclairer les politiques, le choix de la projection cartographique peut influer de façon significative sur la façon dont les chercheurs, les décideurs et le public comprennent les tendances.

Le rôle des projections cartographiques dans la communication des données climatiques

Les anomalies de température, les changements de précipitations, la perte de glace et l'élévation du niveau de la mer sont mesurés à des endroits précis ou sur des grilles qui couvrent le globe. Pour visualiser ces ensembles de données sous un format bidimensionnel – que ce soit sur papier ou à l'écran – les cartographes et les scientifiques doivent transformer la surface courbe de la Terre en une carte plane. Cette transformation est une projection cartographique. Aucune projection ne peut préserver simultanément toutes les propriétés spatiales (zone, forme, distance, direction) ; chacune introduit une distorsion.

Une carte qui exagère la taille des régions polaires pourrait surestimer l'ampleur de la perte de glace de mer dans l'Arctique, alors qu'une carte qui fausse la répartition géographique des populations vulnérables pourrait être fausse. Inversement, une projection bien choisie peut mettre en évidence des modèles critiques, comme le déplacement des bandes de température vers la pole ou la concentration des phénomènes météorologiques extrêmes dans des latitudes spécifiques.

Les fondamentaux des projections cartographiques

Qu'est-ce qu'une projection de carte?

Une projection cartographique est une méthode mathématique de transformation des coordonnées tridimensionnelles de la Terre (latitude et longitude) en coordonnées bidimensionnelles x,y sur un plan. La Terre est un sphéroïde oblate, mais elle est souvent approximative comme une sphère de cartographie mondiale. Les projections peuvent être classées par la surface développée (cylindre, cône, plan) sur laquelle le globe est projeté, ou par la propriété qu'elles conservent (aire égale, conformale, équidistante ou azimutale).

Types de distorsion courants

Chaque projection fausse au moins une des quatre propriétés suivantes:

  • Zone – Les projections sur une zone égale (équivalente) préservent la taille relative des régions, ce qui les rend essentielles pour comparer la répartition géographique de phénomènes comme la population, le couvert terrestre ou les émissions.
  • Forme – Les projections de type informel préservent les angles et les formes locaux, importants pour la navigation, les cartes météorologiques et les caractéristiques d'affichage comme les côtes avec précision à petites échelles.
  • Distance – Les projections fiables maintiennent des distances réelles par rapport à un ou deux points, utiles pour analyser la proximité d'un événement climatique ou mesurer les impacts le long d'un transect.
  • Direction – Les projections azimutales préservent les directions à partir d'un point central, utile pour l'étude des schémas de circulation atmosphérique ou des trajectoires de tempête par rapport à un emplacement précis.

Aucune projection ne peut préserver les quatre propriétés sur une grande surface. Les compromis doivent être soigneusement pris en compte en fonction de l'utilisation prévue de la visualisation.

Projections clés utilisées dans la recherche sur le climat

Les scientifiques et les cartographes du climat utilisent une série de projections pour répondre à des besoins analytiques particuliers. Voici quelques-unes des projections les plus courantes utilisées dans les études climatiques, ainsi que leurs applications et limitations typiques.

Projection Mercator – Forces et limites

Développé en 1569 pour la navigation maritime, la projection Mercator est conforme, préservant les angles et les formes localement. Elle est devenue la défaut dans de nombreuses applications de cartographie web, y compris les premières versions de Google Maps. Cependant, sa grave distorsion de zone – surtout aux latitudes élevées – fait apparaître le Groenland plus grand que l'Amérique du Sud, alors que l'Amérique du Sud est en fait près de neuf fois plus grande. Pour les études climatiques qui impliquent des régions polaires (glace de mer arctique, bilan massique de la banquise), la projection Mercator exagère considérablement l'échelle perçue du changement.

Projection Robinson – Un compromis pour les vues mondiales

La projection Robinson, créée en 1963, est un compromis pseudocylindrique qui équilibre les distorsions de la surface, de la forme, de la distance et de la direction. Elle n'est ni égale ni conforme, mais son attrait visuel et ses distorsions modérées la rendent populaire pour les cartes mondiales à usage général dans les manuels et les médias. Dans la communication climatique, la projection Robinson est souvent utilisée pour les cartes thématiques qui montrent des schémas généraux, tels que les anomalies de température planétaires ou les tendances de l'acidification des océans.

Projections sur une même zone – Eckert IV, Mollweide et autres

Les projections à zone égale conservent la taille relative des régions, ce qui les rend indispensables pour des comparaisons quantitatives. La projection mollweide (1805) utilise une distorsion sinusoïdale pour maintenir la surface tout en montrant le globe dans une ellipse. Elle est couramment utilisée par les climatologues pour visualiser des ensembles de données mondiales comme la température de la surface terrestre, les indices de végétation et les cartes des flux de carbone. La projection Eckert IV offre une forme différente, avec moins de distorsion aux pôles et plus à l'équateur, et est également fréquemment utilisée dans les publications de recherche climatique.

Lambert Conformal Conic pour les études régionales

Pour de telles activités régionales, la projection de Lambert Conformal Conic (LCC) est largement utilisée. Elle est conforme (elle se réserve bien) et donne une distorsion minimale le long de deux parallèles standard.La projection de LCC est la norme pour de nombreux services météorologiques nationaux et pour la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)[ pour afficher des cartes de température et de précipitations sur les États-Unis contigus.Elle permet une analyse détaillée des trajectoires de tempête, des vagues de chaleur et des tendances climatiques régionales sans la distorsion de la forme qui se produirait avec une projection mondiale.

Projections azimuthales pour les régions polaires

Les projections azimutales, telles que les Equidistants azimutaux et Lambert Azimuthal Equal-Area (LAEA)[, centrent sur un pôle et fournissent des distances ou des zones précises autour de ce point. La LAEA est particulièrement utile pour cartographier la concentration de la glace de mer arctique, la distribution du pergélisol et la dynamique des plaques de glace de l'Antarctique, car elle préserve les relations de la région polaire. Ces projections réduisent la distorsion près du centre tout en permettant à l'hémisphère entier d'être exposé.

Impact du choix de projection sur la visualisation du climat

Le choix de la projection peut modifier fondamentalement le message transmis par une carte climatique. Ci-dessous sont des exemples spécifiques montrant comment différentes projections affectent l'interprétation de types de données climatiques communs.

Visualisation des anomalies de température

Lorsqu'on trace une projection de la température globale, la carte représente avec précision la proportion de chaque région de surface où les températures sont supérieures ou inférieures à la moyenne. Toutefois, en utilisant une projection Mercator, on surestime le réchauffement de la haute latitude, car le Groenland, le Canada et la Sibérie semblent beaucoup plus grands qu'eux. Cela peut donner l'impression visuelle que l'amplification polaire (le réchauffement plus rapide dans les hautes latitudes) est encore plus dominante que les données ne le montrent.

Cartographie de l'élévation du niveau de la mer

Les projections de hausse du niveau de la mer sont souvent illustrées par des cartes mondiales du risque d'inondation côtière. Une projection de superficie égale permet de s'assurer que la superficie relative menacée dans différentes régions est correctement éparpillée. Par exemple, les régions delta de faible altitude de l'Asie du Sud et du Sud-Est, qui abritent des millions de personnes, ne devraient pas être minimisées visuellement par rapport à des masses de terres plus petites mais plus vastes dans des latitudes élevées.

Affichage des tendances de précipitations

Les cartes des changements de précipitations montrent souvent des augmentations ou des diminutions prévues des précipitations selon différents scénarios d'émission. Là encore, la distorsion de la superficie peut induire les téléspectateurs en erreur en pensant que les changements sur les grandes latitudes sont plus importants que sur les petites régions équatoriales. De plus, les projections conformes comme Mercator conservent la forme au détriment de la superficie, ce qui peut rendre les pistes de tempête plus uniformes qu'elles ne le sont réellement.

Perceptions et exemples trompeurs

L'un des exemples les plus célèbres de mauvaise interprétation par projection provient de cartes médiatiques de l'étendue de la glace de mer arctique. Les médias utilisent parfois des cartes Web de provenance Mercator, qui font apparaître la couverture de glace beaucoup plus grande et plus linéaire qu'elle ne le ferait sur une projection de zone égale. Inversement, certaines cartes de déforestation mondiale ou de changement d'affectation des terres ont utilisé la projection Gall-Peters pour mettre intentionnellement l'accent sur la taille des forêts tropicales par rapport à celles des forêts tempérées.

Défis et meilleures pratiques

Malgré des décennies de recherche, l'utilisation efficace des projections cartographiques dans la visualisation du climat demeure difficile. Les scientifiques et les communicateurs doivent équilibrer la précision avec la clarté visuelle, surtout lorsque l'auditoire ne connaît pas les concepts cartographiques.

Sélection de la bonne projection pour les données

La première étape consiste à définir l'objectif analytique. Si l'objectif est de comparer l'étendue aréale d'un phénomène (p. ex., zone de terres touchées par la sécheresse), une projection à aire égale est obligatoire. Si l'objectif est de tracer les systèmes météorologiques ou les courants océaniques, une projection conforme comme Mercator ou Lambert Conformal Conic peut être meilleure. Pour la communication générale avec le public, une projection de compromis comme Robinson ou Winkel Tripel (qui équilibre également les distorsions) peut produire une carte d'aspect naturel tout en minimisant les extrêmes de distorsion.

Les cartes Web interactives présentent des défis supplémentaires. Les bibliothèques de cartographie Web modernes (p. ex., Leaflet, Mapbox) par défaut à la projection Web Mercator pour des raisons techniques (en attente, performance).Pour les données climatiques mondiales, cela peut être problématique. Heureusement, de nombreuses bibliothèques supportent maintenant des projections alternatives via des plug-ins, permettant aux développeurs de construire des cartes interactives à aire égale. La bibliothèque D3.js offre par exemple une large gamme de projections que les journalistes et les chercheurs en données climatiques peuvent utiliser pour créer des visualisations personnalisées.

Combiner plusieurs projections

Pour les analyses complexes couvrant les échelles mondiale et régionale, il peut être nécessaire d'utiliser de multiples projections. Une étude sur la perte de glace de mer dans l'Arctique et ses effets sur les températures moyennes des latitudes, par exemple, pourrait utiliser une projection stéréographique polaire pour l'Arctique et un Conofficiel Lambert pour les latitudes moyennes, avec une attention particulière à la façon dont les deux cartes sont alignées et interprétées.

Logiciels et outils

Les logiciels SIG modernes et les bibliothèques de programmation simplifient l'utilisation des projections.

  • QGIS – Offre un ensemble complet de projections et de reprojection à la volée.
  • Python (Cartopy, Matplotlib) – Cartopy fournit une vaste base de données de projections et est largement utilisé en science du climat pour tracer.
  • R (ggplot2, sf) – Le paquet sf supporte les transformations de système de référence coordonnées.
  • JavaScript (D3.js, Leaflet) – Activer des cartes Web interactives avec des projections personnalisées.

Lorsque vous utilisez ces outils, vérifiez toujours que le système de coordonnées projetés est correctement défini et que les données sous-jacentes utilisent un système de coordonnées latitude-longitude avant la transformation. Les métadonnées et la provenance sont cruciales pour la reproductibilité.

Orientations futures – Projections dynamiques et interactives

L'utilisation de projections dynamiques qui peuvent être ajustées par l'utilisateur est une tendance qui peut permettre aux téléspectateurs de tourner et de zoomer, ce qui permet essentiellement de choisir la projection pour la partie qu'ils regardent. Bien que cela limite la distorsion en se concentrant sur une zone plus petite, les vues mondiales nécessitent toujours une projection. Une autre tendance est l'adoption de projections à zone égale dans les principaux portails de données. Le site Web NASA Climate[ et le Portail des connaissances climatiques de la Banque mondiale utilisent de plus en plus les projections à zone égale pour leurs visualisations phares.

Conclusion

Les projections cartographiques ne sont pas des outils neutres; elles façonnent activement la perception du changement climatique. Une projection qui exagère les régions à haute latitude peut surestimer l'impact visuel du réchauffement polaire, alors que celle qui déforme la zone peut masquer la vulnérabilité des nations équatoriales. Les spécialistes du climat, les éducateurs et les communicateurs doivent comprendre les mathématiques derrière les projections et les compromis qu'elles impliquent.