Thomas Bitterli ()

RESUME
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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 Introduction
 Remarques générales sur les erreurs de mesure
 Le choix des points topo
 Influence des objets en fer
 Utilisation des instruments
 Transmission des données
 Soin des instruments
 Erreurs instrumentales et défauts de la vue
 Bouclages, visées retour et retopographie
 En résumé et remerciements
 Littérature citée

Le but de cet article est de montrer les nombreux pièges qui guettent une équipe topo, et surtout de donner des indications pour les éviter. Autant que possible j'éviterai d'exposer ici les bases scientifiques, que l'on trouvera dans l'article de HOF (1988). Pour des informations plus détaillées sur les méthodes de relevé, on se référera à GROSSENBACHER (1991). Et quant à la question du dessin d'habillage, au moins aussi importante que celle du cheminement, elle ne sera pas traitée ici. Une dernière remarque préliminaire: le papier est indulgent, et les programmes d'ordinateur le sont (parfois) aussi. Mais même le meilleur programme ne corrige jamais les erreurs; au contraire, il les répercute sur l'ensemble d'une topo. Les possibilités de l'informatique ne dispensent donc pas de l'obéissance aux règles de la topographie. Ajoutons encore qu'une topo erronée est pire qu'aucune, car la recherche des erreurs est plus laborieuse qu'une retopographie complète. 

Les erreurs aléatoires ont les conséquences les moins graves, à l'exeption des erreurs grossières sur de longues visées. En effet, elles se compensent mutuellement jusqu'à un certain point dans de longs cheminements. En faisant chez soi sans délai et méticuleusement la mise au net du dessin, il semblerait qu'on puisse repérer au moins les erreurs les plus grossières (plus de 30^g). Pourtant, l'expérience monter que c'est rarement le cas.

Les erreurs systématiques faussent chaque visée dans la même mesure et donc s'additionnent. Même une faible déviation systématique, de quelques dixièmes de degré, peut produire une erreur de plusieurs dizaines de mètres sur une distance suffisante (voir l'écart de 80m en dénivellation lors de la jonction F1 - Sieben Hengste !). Mais, contrairement aux erreurs aléatoires, les erreurs systématiques peuvent être corrigées si on connaît la valeur.

Entre deux, il y a une grande gamme d'erreurs plus ou moins aléatoires, qui prennent un caractère systématique selon la direction générale des galeries et les habitudes du topographe. L'erreur étant variable, il est alors impossible de la compenser au moyen d'une simple valeur de correction. Dans le but de donner des recommandations pratiques, nous utiliserons ici une critère de classification différent, d'après les cas cités, les erreurs peuvent être aussi bien systématiques qu'aléatoires

La méthode la plus utilisée en Suisse consiste à marquer avec du vernis à ongle directement le point d'ou on fait la visée; elle a fait ses preuves depuis des dizaines d'années en matière de reproductibilité et de précision. Elle exige cependant l'observation de quelques règles importantes:

Des visées trop longues (>20 m) sont à éviter, ne serait-ce que pour la fidélité du dessin. En pareil cas, comme de petites erreurs (systématiques ou non) affectent déjà la précision d'ensemble de manière disproportionnée, on devrait être spécialement attentif aux principales causes d'erreur: pas de visibilité barrée par une arête proéminente, point à viser marqué par une source de lumière (il n'est pas suffisant de l'éclairer), position confortable pour la visée, contrôle des mesures, éventuellement aussi par visée retour. les stations qui ne permettent pas une visée confortable sont l'une des plus grandes causes d'erreur. Souvent on peut l'éviter en choisissant une station intermédiaire.

Il est parfois impossible de placer l'instrument exactement sur le point topo. Dans ce cas, la visée doit être décalée mais faite de manière parfaitement parallèle à la visée théorique. Des erreurs grossières peuvent se produire si la décalage n'est pas marquée au point visé, mais compensé à l'estime par le spéléomètre.

Une méthode souvent utilisée, surtout lors des topos de surface, - visée sur les yeux du coéquipier et non sur de véritables points topo - s'est avérée très imprécise, en particulier parce qu'il s'agit souvent de longues visées. D'ailleurs le marquage au vernis à ongles ne fonctionne pas à l'extérieur (sensibilité à la lumière), et doit être fait à la peinture (par exemple en utilisant des tubes de peinture avec applicateur à bille).

Fig. 1: Boussole SUUNTO

Dans cette situation peu satisfaisante, il ne reste rien d'autre à faire que de remplacer systématiquement les pièces en fer par du laiton dans l'environnement de la boussole. Et c'est justement les éclairages de casque Petzl, si populaires, qui ont comme protection du bec une barrette en acier qui vient se placer à peine 2cm au-dessus de la boussole! Des erreurs en azimut de 10 grades ou plus ont garanties (mais ne sont mentionnées dans aucune garantie). Par contre, la construction bien étudiée de cette lampe permet de remplacer sans trop de peine presque toutes les pièces en fer. Comme les vis en laiton de dimensions correspondantes ne se trouvent pratiquement que dans le commerce de gros (spécifications, voir fig. 2), Spelemant à Pully offre comme service supplémentaire aux clients la vente au détail de ces pièces de rechange. La SSS-Berne possède un stock qui est à disposition aussi.

Le piézo par contre pose un problème plus compliqué. On peut bien remplacer les ressorts par des élastiques, mais le marteau risque de venir se placer juste au-dessus du compas, suivant comment le montage a été fait. Les erreurs qui en découlent, jusqu'à 5 grades, prennent un caractère systématique si la direction de la galerie est constante. Elles sont toutefois trop variables et aléatoires pour pouvoir être compensées après coup par ne valeur de correction. Comme le piézo est installé le plus souvent à droite du bec, viser avec l'oeil gauche apporte déjà une amélioration substantielle. En outre, il faut veiller lors du montage à installer le piézo aussi haut que possible, pour éloigner au maximum le marteau de la boussole. Personnellement, j'ajouterais que l'on peut aussi installer le piézo de manière à pouvoir le démonter avant la séance topo; peut-être qu'un esprit ingénieux trouvera une solution simple à réaliser.

En cas de doute sur l'influence magnétique de son casque, il faudrait l'ôter et le tenir à distance avant chaque visée. Une manoeuvre pour laquelle chaque station topo n'offre pas forcément toutes les commodités.

Les autres pièces en acier, certaines plutôt massives, sont normalement suffisamment lion de la boussole pour qu'on puisse en principe exclure un effet important. Pourtant, on l'oublie facilement, ces objets aussi peuvent s'en approcher dangereusement: par exemple en poussant le générateur à acétylène devant soi dans une étroiture (surtout si on le porte à une cordelette passée autour du cou), en effectuant une visée à la corde qui risque d'amener la poignée à deux doigts de la boussole, ou en topographiant avec un sac plein de quincaillerie sur le dos (attention au générateur à acétylène lors des topos de surface!). Il y a encore d'autres causes de perturbation magnétiques; ne mentionnons que la lampe électrique d'appoint pour la lecture de la boussole et certaines montures de lunettes. Enfin, lors des topos de surface, les spéléologues tombent régulièrement près de piquets en fer et de fils de fer barbelés.

Un bon conseil est de faire les lectures en maintenant un oeil fermé. D'une part l'oeil se fatigue moins vite, et d'autre part les défauts de la vue du topographe, qui sont assez fréquents, prennent moins d'importance (surtout lorsque la fatigue se fait sentir et que la concentration faiblit).

Il est important que l'Instrument soit tenu droit, et il faut s'y exercer en situation inconfortable. Il suffit que le boîtier de la boussole ne soit pas bien horizontal, donc parallèle au disque mobile, pour que celui-ci se bloque. L'erreur peut atteindre facilement 30^g et plus. En absence de niveau à bulle, il faut vérifier avant chaque lecture que le disque tourne librement. la mesure de l'azimut est d'autant plus délicate que la visée est inclinée. Une lecture trop rapide peut aussi conduire à des erreurs, puisque la stabilisation du disque n'est pas instantanée.

Le clisimètre ne se bloque normalement pas lorsqu'il est de travers. Il faut malgré tout le tenir aussi vertical que possible, sinon il produit une erreur systématique qui peut atteindre un bon degré (pour les explications théoriques, voir HOF, 1988). S'agissant d'une surestimation systématique de la pente, cela conduit à une exagération de la profondeur de la caverne. Le meilleur exemple en est donné par la liaison du F1 avec le réseau des Sieben Hengste: l'erreur de 80m en dénivellation correspond à une erreur moyenne sur la pente de moins de 1%!

La lecture des instruments (lecture des chiffres et décompte des subdivisions) est une source permanente d'erreurs même à la lumière du jour, donc d'autant plus avec un éclairage médiocre et en position inconfortable. On dispose de plusieurs moyens pour améliorer la lisibilité en mauvaise lumière: usage d'instruments ayant des marques fluorescentes au tritium ou un éclairage incorporé, lampe de poche d'appoint (mais attention à un risque sérieux de déviation de la boussole par les piles !) ou encore utilisation de la paume de la main comme réflecteur improvisé. Enfin, les débutants surtout commettent régulièrement des erreurs en lisant la mauvaise échelle.

Fig. 3. Lecture des instruments

(boussole)
 
 

(clisimètre)
 

• transmettre les valeurs distinctement et à haute voix;
• que le dessinateur note sans délai les valeurs et les répète;
• que le spéléomètre contrôle et quittance les valeurs répétées.

Une source d'erreur dangereuse est la conversion des visées retour. Les instruments gradués en 400 divisions offrent à cet égard une sécurité sensiblement plus grande. Par principe, on doit avoir convenu et noté, avant de commencer les mesures, qui effectue les conversions (risque de double conversion) et l'échelle utilisée, en degrés ou en grades (pour les clisimètres, il y a même encore une échelle en pour cents !). Nous conseillons de toujours transmettre les données brutes, et de marquer spécialement sur la feuille topo quelles sont les valeurs converties (cela peut être important pour d'éventuelles corrections ultérieures). Pour éviter les erreurs d'interprétation, il est également préférable de ne pas arrondir inutilement les distances à 5 ou même 10 cm près.

Il y risque d'erreur aussi au moment de noter les données. Trop souvent on donne la priorité au dessin, et pour avoir négligé de noter tout de suite un valeur isolée, il faut la retrouver dans sa mémoire quelques visées plus tard. Parfois les chiffres sont à ce point illisibles qu'il faut s'aider d'une pièce de monnaie et jouer à pile ou face pour les relire à la maison. Trop souvent aussi le dessinateur néglige le premier commandement: garder les mains propres!

Ces instruments ne sont pas du tout étanches et ne doivent jamais être mis directement dans l’eau. En outre, une immersion fait pénétrer de fines particules de saleté. Pour nettoyer les instruments, il ne faut par principe utiliser qu’un chiffon humide. Il semblerait évident de maintenir des instruments de ce prix aussi propres que possible, donc les porter sous la combi, ôter les deux gants pour faire la visée et garder les mains propres. Le port d’une combinaison néoprène impose des précautions particulières; à cause de l’humidité, la condensation formée à l’intérieur de l’instruments a déjà plus d'une fois rendu toute visée impossible.

On peut améliorer l'étanchéité des instruments soit en remplaçant le joint caoutchouc par un joint plus épais, soit en bourrant une pâte d’étanchéité dans l’interstice autour de la capsule; cette dernière solution a toutefois le désavantage de gêner la lecture en diminuant l’entrée de lumière. Il est possible d’ouvrir l’instrument pour nettoyage, mais l’opération est très délicate et nécessite un étalonnage ultérieur.

Les chocs peuvent déformer l’ace ou le mettre de biais. On risque alors une erreur systématique, ou bien des frottements qui empêchent le disque d’osciller librement (le disque croche). Contrairement à l’opinion généralement répandue, il n’y a pas besoin de chocs importants pour produire de tels dégâts; les chocs répétés entre des instruments portés autour du cou suffisent amplement. Le plus souvent, les dégâts surviennent à des instruments qui n’ont pas été rangés dans leur étui ou sous la combi entre deux visées; attention aux topos de surface! On peut fixer les deux instruments l’un sur l’autre; parmi d’autres avantages, cette mesure a celui de réduire fortement le risque de chocs. Le problème dans ces dégâts accidentels ne tient pas tant aux indications erronées données par l’instrument qu’à la détection du défaut. Seuls remèdes: traitement soigneux des instruments, contrôles et étalonnages réguliers.

Les bulles d’air peuvent gêner considérablement la libre oscillation du disque. Si elles ne viennent pas que des variations de la pression atmosphérique (changements d’altitude), elles trahissent le vieillissement de l’instrument. Il est possible de refaire le remplissage avec du pétrole pur, mais c’est très délicat et ne prolonge en général la durée de vie de l’instrument que de quelques mois.

Si le décamètre ne pose pas de problème d’entretien, il faut quand même veiller à ce que les chiffres restent bien lisibles. Cela concerne surtout le point zéro: un rivet élimine toute hésitation. Il est vivement déconseillé de raccourcir la bande; les erreurs de conversion qui en résultent sont bien plus fréquentes qu’on ne le pense, même pour un raccourcissement de 10m juste. On trouve d’ailleurs du ruban de rechange dans le commerce de détail, sensiblement meilleur marché que l’instrument complet.

2. la déviation de l'instrument par rapport au nord magnétique (ou par rapport à l'horizontale pour un clisimètre), et

3. la déviation par rapport au nord magnétique (ou par rapport à l'horizontale) due à un défaut de la vue.

Fig. 5: / Fig. 6: 

Le théodolite ne fait pas partie de l’équipement de base du spéléologue et l’étalonnage réciproque de plusieurs sets d’instruments est un long travail. Il n’y a donc actuellement qu’un faible pourcentage d’instruments et de paires d’yeux qui soient régulièrement testés. L’étalonnage par visée sur des repères naturels est long à réaliser et demande un nombre conséquent de visées pour être suffisamment précis.

En se basant sur les test réalisés dans le cadre de l’HRH, on a défini les gradations de précision suivantes:

(tests de boussoles)

(tests des clisimètres) 

• Variations jusqu’à 0.3^g excellent (instruments 1 et 7 de la fig. 5, instrument 1 de la fig. 6);
• Variations jusqu’à 0.5^g bon.
• Variations jusqu’à 1^g moyen à médiocre (instrument 2 de la fig. 5).
• Variations supérieures à 1^g inutilisable (instrument 8 de la fig. 5, instrument 9 de la fig. 6).

La comparaison entre les instruments permet déjà de se faire une idée de leurs déviations effectives (absolues). La proportion des instruments qui ont une reproductibilité bonne à excellente, mais qui présentent une déviation systématique de 1 à 2^g (en plus ou en moins), est d’environ 10 à 20% (voir instrument 5 de la fig. 5 et instrument 1 de la fig. 6). Pour la détermination des constantes instrumentales, il faut mettre de côté un instrument de référence qui offre une excellente reproductibilité et dont on connaisse la déviation systématique. On peut ainsi attribuer des valeurs absolues de pente ou d’azimut aux repères de référence arbitrairement choisis. En cas d’étalonnages effectués sur plusieurs années, il ne faut pas oublier de tenir compte de la variation de la déclinaison magnétique. La même méthode peut aussi être utilisée pour corriger l’effet d’éventuels défauts de la vue, en faisant effectuer des visées avec le même instrument (si possible étalonné) à plusieurs personnes. On détermine ainsi une deuxième valeur de correction, qui est spécifique à l’oeil du topographe.

Pour que la détermination de la constante instrumentale ait un sens, il faut bien sûr que l’instrument reçoive un marquage durable (à moins d’utiliser le numéro de série gravé). A chaque séance topo, il faut noter l’identification des instruments (Même encore non étalonnés) et le nom du spéléomètre (à cause d’un éventuel défaut de la vue). Malheureusement, il y a beaucoup trop d’anciens relevés dont les erreurs ne peuvent plus être corrigées, les feuilles topo ne portant aucune indication des instruments utilisés. Il arrive d’ailleurs trop souvent que des instruments retirés du service finissent à la poubelle sans qu’aucune mesure de contrôle n’ait été faite.

• Déviation systématique de la boussole. Elle produit simplement une rotation d’un ensemble de visés, et n’a ainsi qu’une faible influence sur l’erreur de bouclage. 
• Grosse erreur isolée. Comme l’erreur de bouclage est la somme des erreurs de toutes les visées, il est hautement improbable de parvenir à localiser l’unique grosse erreur. Il ne faut pas fermer la boucle en tel cas, car l’erreur va alors être repartie entre toutes les visées, ce qui ne va pas stabiliser le réseau, mais au contraire le déformer. 
• Erreur sur le point de raccordement. 
  
  

Le principal désavantage de la méthode de contrôle par bouclage est qu’il faut attendre d’être à domicile pour connaître l’importance de l’erreur. Or le seul moyen de corriger une unique grosse erreur est souvent de refaire la topo do toute boucle. Il est donc préférable d’effectuer un contrôle par visée retour. Chaque visée peut ainsi être vérifiée sur-le-champ et, en cas de différence significative, on peut refaire la mesure. Cette manière de procéder ne ralentit guère le relevé si l’on a deux sets d’instruments à disposition, puisque le dessin, indépendamment des visées, prend de toute façon le plus de temps.

En définitive, une retopographie est toujours une capitulation devant la difficulté d’interpréter les mesures et les dessins existants. Il est vrai que ce travail est frustrant, mais demande la plupart du temps moins d’effort que l’interprétation de données manquantes, incomplètes et erronées. Pour prévenir une troisième (si ce n’est une quatrième) retopographie, il faut donner une priorité absolue à la qualité du relevé et du dessin. Concrètement, cela implique:

• Pas de retopographie sans refaire en même temps le dessin d’habillage (à moins que le dessin existant ne satisfasse les exigences actuelles). 
• Chercher aussi souvent que possible à se raccorder avec d’anciennes topos. En effet, le nouveau relevé aussi peut comporter des erreurs, et en plus c’est nécessaire pour intégrer les dessins existants et pour raccorder les galeries secondaires.
• Et surtout: préférer l’exactitude à la rapidité. 

HOF, A. (1988): Instruments de topographie
   souterraine et fiabilité. Vermessungsgeräte
   und ihre Zuverlässigkeit. - Stalactite 38 (1/2):
   47-59. 

WEISSENSTEINER, V. & TRÜSSEL, Cl.
   (1991): Ein nützliches Visiersystem für den
   Kompass. Un dispositif de visée très pratique
   pour les boussoles. - Stalactite 41 (1): 32-34.

Cet article fut publié aus Stalactite, l'organe de la Société suisse de spéléologie:

BITTERLI, T. (1995): Fehlervermeidung bei
   der Höhlenvermessung. Prévention des
   erreurs en topographie souterraine -
  Stalactite 45 (1):  2-17.