Altitude

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L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. L'altitude est aussi une grandeur qui exprime un écart entre un point donné et un niveau moyen ; sur Terre ce niveau est le plus souvent le niveau de la mer (ou « niveau zéro »). Les sommets sont associés à une altitude, calculée par divers moyens indirects (géodésie, triangulation). L'altitude est également une donnée exogène utile pour le calcul numérique dans divers
Altitude

L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. L'altitude est aussi une grandeur qui exprime un écart entre un point donné et un niveau moyen ; sur Terre ce niveau est le plus souvent le niveau de la mer (ou « niveau zéro »). Les sommets sont associés à une altitude, calculée par divers moyens indirects (géodésie, triangulation). L'altitude est également une donnée exogène utile pour le calcul numérique dans divers domaines : météorologie, physique, biologie.

Effets de l'altitude

Certains champs physiques varient en fonction de l'altitude : diminution de la pression atmosphérique variation de la température, des rayonnements solaires et de l'hygrométrie notamment. On note aussi des réactions particulières des organismes face à ces nouvelles conditions, particulièrement chez les végétaux, mais aussi chez les animaux. Plutôt que d'effets de l'altitude, il conviendrait de parler de variations liées à l'élévation, car l'altitude est une donnée brute qui n'a aucune conséquence par elle-même. Il faut distinguer deux types d'effets :
- les changements brutaux et ponctuels dû à l'élévation rapide ;
- les adaptations de moyen et long termes des organismes en altitude. Les premiers effets sont spectaculaires et bien connus des alpinistes ; les seconds sont moins percutant et affectent aussi bien les hommes que l'écosystème dans lesquels ils vivent ou voyagent.

Variations de champs physiques

Température

La variation de la température selon l'altitude dépend de l'endroit où l'on se situe dans l'atmosphère : troposphère, stratosphère, mésosphère ou encore la thermosphère.

Pression atmosphérique

Elle diminue avec l'altitude de manière exponentielle. Au niveau de la mer elle vaut 1 atmosphère (soit 760 mmHg soit 1013, 25 mb) alors qu'à 1 000 m elle ne vaut plus que 674 mmHg, à 4 800 m 416 mmHg et à 8 848 m 236 mmHg.

Adaptation du corps à l'altitude

Réponse à court terme (quelques jours)

Chez l’homme les effets de l’altitude sont principalement dus à la diminution de la pression partielle en oxygène dans l’air inspiré, et à la baisse de température. En effet, au repos, ces éléments causent à court terme une hyperventilation, augmentation de la ventilation, une tachycardie, augmentation de la fréquence cardiaque, ainsi qu'une diurèse (élimination d'une partie du volume plasmatique (plasma sanguin) destiné à augmenter la proportion de globule rouge dans le sang).

Réponses à long terme (plusieurs semaines)

À plus long terme (à partir de 3 semaines environ), on observe une augmentation importante du nombre de globules rouges (hématocrite) permettant un transport de l’oxygène accru dans le sang. Ceci est la conséquence d'un pic d'EPO dans les premiers jours d'exposition à l'hypoxie d'altitude. La Vo2 max (consommation maximale d'oxygène) baisse en fonction de l’altitude, ainsi, à 0 mètre (au niveau de la mer), l’homme est à 100% de ces possibilités, alors qu’à 4 810 mètres (sommet du Mt blanc) il ne peut en disposer que de 70% et seulement 20% à 8 848 mètres (sommet de l'Everest). L'effet « augmentation de la quantité de globules rouges » est particulièrement recherché par certains sportifs, c'est la raison majeure de l'organisation de stage en altitude, parfois à plus de 3 000 mètres ; toutefois cette polyglobulie peut entraîner, en certains cas un excès de globules rouges, la formation de caillots sanguins peut alors obstruer les veines et causer une thrombose veineuse profonde (phlébite) qui peut entraîner la mort. La concentration en globules rouges (hématocrite) du sang des personnes vivant à haute altitude (Bolivie, Pérou, Tibet) est naturellement plus élevée.

Peut-on vivre à 4 000 mètres d'altitude ?

Un exemple : les habitants de Potosi en Bolivie andine sont perchés à 4 040 m. Ils sont tout à fait habitués à ces conditions : leur sang est plus riche en globules rouges qui acheminent l'oxygène jusqu'aux organes. Par contre, pour les visiteurs, c'est un peu plus compliqué. L'air et l'oxygène se raréfiant, leur capacité physique se réduit de 30 à 40 % en dépit de l'accélération cardio-respiratoire. Il faut environ deux semaines d'adaptation. Entretemps, le visiteur peut souffrir du "mal aigu des montagnes" : maux de tête, nausées, œdèmes, ...

Calcul de l'altitude

Le calcul d'une altitude revient toujours à mesurer un écart entre un niveau de départ et le point dont on souhaite trouver l'élévation par rapport à ce niveau (dénivelé). Ce calcul est le plus souvent indirect, c'est-à-dire qu'il est effectué sans mesures sur le terrain. Les géomètres qui mesurent des distances mènent à l'inverse des calculs directs, mais ces méthodes sont difficiles à mettre en œuvre pour des écarts de plusieurs centaines de mètres ou de plusieurs kilomètres, qui plus est dans le sens vertical et avec un relief chaotique.

Impossibilité de définir correctement l'altitude

Contrairement au bon sens, il est très difficile de définir le concept d'altitude. Tout d'abord il faudrait définir ce qu'est le niveau de base. Il était d'usage de considérer comme niveau de base le niveau moyen des mers, qui est une surface difficile à mettre en équation; c'est une surface qui bouge en fonction d'éléments astronomiques comme la Lune ou les planètes (phénomène de marée), qui n'est pas une surface équipotentielle (à cause entre autres des courants et de la variation de salinité), donc n'est pas assimilable au géoïde terrestre, et qui de toute façon n'existe pas à la verticale d'un lieu terrestre donné. La méthode ancienne, qui consiste à cheminer entre le niveau moyen de la mer et un lieu donné en mesurant à chaque fois la différence de niveau dh, est mathématiquement problématique, parce que le résultat dépend du chemin suivi, en d'autres termes ∫ dh n'est pas une intégrale parfaite. En revanche, l'énergie à dépenser pour aller d'un point à un autre, qui est ∫ g dh , g étant la gravité en chaque point, ne dépend pas du chemin suivi. L'altitude est alors calculée en mesurant régulièrement g, et en divisant la valeur obtenue par un g0 moyen, le choix de ce g0 conditionnant bien sûr le résultat. L'arrivée du GPS a permis une autre définition de l'altitude : la distance du point au centre de gravité de l'ensemble des satellites, qui est à peu près le centre de gravité de la terre. Le GPS donne alors un triplet XYZ dans un repère orthonormé, et il faut projeter ce point dans un système cartographique pour obtenir l'altitude, le résultat dépendant bien sûr de la projection choisie.

Méthodes pratiques

- Le calcul de la hauteur de la grande pyramide de Gizeh par Ératosthène est déjà une sorte de calcul d'altitude, entre le sommet du monument et le sol. La méthode utilisée, une application du fameux Théorème de Thalès, a été reprise pour le calcul de l'altitude de sommets dégagés. La marge d'erreur associée est assez importante.
- Une méthode utilisée sur le terrain et qui ne nécessite pas d'outil fait intervenir la visée par approximation. En région montagneuse, on peut estimer qu'un sapin adulte est haut de trente mètre en moyenne. Par superposition, on peut estimer une altitude ou un écart avec une marge d'erreur moyenne, souvent acceptable.
- En utilisant une carte géographique et une boussole graduée, la méthode de la triangulation permet de connaître l'altitude d'un point proche.
- L'altimètre est un instrument qui mesure l'altitude en se basant sur la relation entre l'élévation et la pression atmosphérique. Cette relation n'est pas linéaire, et subit des variations non négligeables dues à l'évolution des masses d'air pendant la prise d'altitude par le marcheur qui utilise l'altimètre. C'est donc un moyen de mesure moins fiable qu'il n'y paraît : il faut veiller à étalonner aussi souvent que possible l'altimètre aux points dont l'altitude est connue. Les altimètres sont utilisés dans les ballon-sondes.

Méthodes modernes

Les mesures d'altitude par les instruments modernes sont d'une précision bien supérieure à ce qu'il est possible de faire à l'œil ou au compas. Les satellites sont mis à profit pour calculer et mettre à jour les « hauteurs » des points de la planète, sommets ou non. À la différence des méthodes terrestres qui utilisent un référentiel dynamique tenant compte des variations locales du champ de pesanteur (le géoïde) et donnent par là-même de véritables « altitudes », les satellites fournissent une hauteur à partir d'un ellipsoïde de référence (IAG GRS80). Les écarts entre géoïde et ellipsoïde sont variables selon le lieu et peuvent atteindre la centaine de mètres. Des modèles de géoïde peuvent cependant être intégrés dans un programme de calcul qui permet alors de retrouver les altitudes à partir des mesures satellitaires. La précision dépend alors en grande partie de la finesse du modèle.

Altitudes dans le Système international

Dans le Système international, les altitudes sont exprimées par rapport au niveau moyen de la mer en mètres, le niveau zéro étant fixé par un laboratoire.

En France

Pour la France (altitude des cartes IGN), il est situé à Marseille, et a été déterminé grâce à 12 années d'enregistrement de marégraphie entre 1885 et 1897.

En Suisse

Pour la Suisse, le repère de la Pierre du Niton (dans la rade de Genève) est utilisé pour toutes les altitudes et a été déterminée à 373, 6 m au-dessus du niveau moyen de la mer (mesures du marégraphe de Marseille).

En Allemagne (RFA)

Pour l'Allemagne la cote de référence est définie depuis 1879 par la moyenne de l’échelle fluviale d’Amsterdam et porte le nom de Normal-Null NN.

En Allemagne de l'Est (RDA) depuis 1958 jusqu'à la réunification

Pour l'Allemagne de l'Est sa désignation était HN (Höhennormal) et sa cote de référence était établie à l’échelle fluviale de Kronstädt qui était plus basse de 14 cm. Cependant à Berlin-Est ainsi que sur le réseau ferré de la RDA et pour les eaux navigables intérieures les cotes de référence de la RFA furent toujours appliquées.

En Autriche

Pour l'Autriche le point de référence est défini depuis 1875 au niveau moyen de la mer Adriatique à Trieste en Italie, environ 27 cm en dessous du Normalnull d'Amsterdam.

En Slovénie

Pour Slovénie le point référence est aussi en Trieste, mais il est défini en 1900.

Au Canada

Le Canada utilise la hauteur du niveau moyen des océans bordant le pays comme plan de référence altimétrique, de sorte que l'altitude est simplement une hauteur au-dessus de ce niveau moyen de la mer.

Sur Mars

Sur Mars, en l'absence d'océan, l'origine des altitudes a été fixée de façon arbitraire : c'est l'altitude ayant une pression atmosphérique moyenne de 615 pascals. Cette pression a été choisie parce qu'elle correspond à la pression du point triple de l'eau (273, 16 K et 615 Pa), et que le niveau ainsi défini est proche du niveau moyen de la surface martienne.

Voir aussi

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