Calcul de la Perpendiculaire à une Droite

Exercice: Perpendiculaire à une Droite (Topographie)

Calcul de la Perpendiculaire à une Droite (Calcul Planimétrique)

Contexte : Le Calcul PlanimétriqueEnsemble des calculs topographiques permettant de déterminer les positions de points en coordonnées (X, Y) dans un système plan, sans tenir compte de l'altitude (Z)..

En topographie, il est fréquent de devoir "rattacher" un point à un alignement existant. Un cas classique est le calcul du pied de la perpendiculaire : étant donné une droite définie par deux points A et B, et un point P quelconque, on cherche à déterminer les coordonnées du point H, qui est la projection orthogonale de P sur la droite (AB).

Remarque Pédagogique : Cet exercice vous apprendra à décomposer un problème géométrique complexe (projection d'un point) en une série d'étapes de calcul topographique de base : calcul de gisement, de distance, d'angle, et de coordonnées par rayonnement.


Objectifs Pédagogiques

  • Calculer un gisement et une distance entre deux points connus en coordonnées.
  • Maîtriser la notion de quadrant pour le calcul de gisement.
  • Calculer un angle entre deux droites à partir de leurs gisements.
  • Utiliser les formules de trigonométrie (cosinus) pour projeter une distance.
  • Calculer les coordonnées d'un nouveau point par rayonnement (gisement + distance).

Données de l'étude

On cherche à déterminer les coordonnées du point H, pied de la perpendiculaire abaissée du point P sur la droite (AB). Les coordonnées des points (en mètres) dans un système local sont les suivantes :

Coordonnées des Points (en mètres)
Point X (Est) Y (Nord)
A 100.00 200.00
B 300.00 250.00
P 150.00 280.00
Schéma de la situation
Y (Nord) X (Est) A (100, 200) B (300, 250) P (150, 280) H (? , ?) D_AP α A (100, 200) B (300, 250) P (150, 280) H (? , ?) α

Questions à traiter

  1. Calculer le gisement de la droite (AB), noté \(G_{\text{AB}}\).
  2. Calculer le gisement de la droite (AP), noté \(G_{\text{AP}}\), et la distance \(D_{\text{AP}}\).
  3. Calculer l'angle \(\alpha\) au sommet A (angle \(P\hat{A}B\)) à partir des gisements \(G_{\text{AB}}\) et \(G_{\text{AP}}\).
  4. Calculer la distance \(D_{\text{AH}}\) (distance du point A au pied H de la perpendiculaire).
  5. Calculer les coordonnées (X, Y) du point H.

Les bases du Calcul Topographique

Pour résoudre cet exercice, nous avons besoin de deux briques de base du calcul topographique (calculs en Gisement-Distance).

1. Calcul de Gisement et Distance (Problème inverse)
Étant donné deux points A(\(X_{\text{A}}, Y_{\text{A}}\)) et B(\(X_{\text{B}}, Y_{\text{B}}\)) :

  • Variation en X (Est) : \(\Delta X = X_{\text{B}} - X_{\text{A}}\)
  • Variation en Y (Nord) : \(\Delta Y = Y_{\text{B}} - Y_{\text{A}}\)
  • Distance : \(D_{\text{AB}} = \sqrt{\Delta X^2 + \Delta Y^2}\)
  • Gisement : \(G_{\text{AB}} = \arctan\left(\frac{\Delta X}{\Delta Y}\right)\) \(\text{ (+ correction de quadrant)}\)
    • Q1 (\(\Delta X > 0, \Delta Y > 0\)) : \(G = G_{\text{0}}\)
    • Q2 (\(\Delta X > 0, \Delta Y < 0\)) : \(G = 200 + G_{\text{0}}\) (où \(G_{\text{0}}\) est négatif)
    • Q3 (\(\Delta X < 0, \Delta Y < 0\)) : \(G = 200 + G_{\text{0}}\) (où \(G_{\text{0}}\) est positif)
    • Q4 (\(\Delta X < 0, \Delta Y > 0\)) : \(G = 400 + G_{\text{0}}\) (où \(G_{\text{0}}\) est négatif)

    (Note : Les angles sont en grades ou gons, où 400 gon = 360°)

2. Calcul de Coordonnées par Rayonnement (Problème direct)
Étant donné un point A(\(X_{\text{A}}, Y_{\text{A}}\)), un gisement \(G_{\text{AB}}\) et une distance \(D_{\text{AB}}\), on trouve B :

  • \(X_{\text{B}} = X_{\text{A}} + D_{\text{AB}} \cdot \sin(G_{\text{AB}})\)
  • \(Y_{\text{B}} = Y_{\text{A}} + D_{\text{AB}} \cdot \cos(G_{\text{AB}})\)

Correction : Calcul de la Perpendiculaire à une Droite

Question 1 : Calculer le gisement de la droite (AB), noté \(G_{\text{AB}}\).

Principe

La première étape est de déterminer l'orientation de notre ligne de base (AB). Le gisement est l'angle que fait cette droite avec l'axe du Nord (Y).

Mini-Cours

Nous utilisons le "problème inverse" : trouver le gisement et la distance à partir des coordonnées de deux points. La formule de base est \(G_{\text{0}} = \arctan(\Delta X / \Delta Y)\), à laquelle on ajoute une correction selon le quadrant (signes de \(\Delta X\) et \(\Delta Y\)).

Remarque Pédagogique

L'erreur la plus fréquente est l'oubli de la correction de quadrant. Prenez toujours l'habitude de vérifier les signes de \(\Delta X\) et \(\Delta Y\) pour situer mentalement la direction.

Normes

(Méthode) La convention topographique standard en France utilise le "gon" (ou grade), où un tour complet fait 400 gon, et l'angle est compté dans le sens horaire à partir du Nord (Y).

Formule(s)

Les formules nécessaires sont :

Variations

\[ \Delta X = X_{\text{B}} - X_{\text{A}} \] \[ \Delta Y = Y_{\text{B}} - Y_{\text{A}} \]

Gisement de base (en gons)

\[ G_{\text{0}} = \arctan\left(\frac{\Delta X}{\Delta Y}\right) \]
Hypothèses

Les calculs sont effectués dans un système de projection plan, où l'axe Y pointe vers le Nord et l'axe X vers l'Est.

  • Les angles sont exprimés en gons (grades).
Donnée(s)

Ce sont les coordonnées de nos points de base.

ParamètreSymboleValeurUnité
Coordonnées Point A(\(X_{\text{A}}\), \(Y_{\text{A}}\))(100.00, 200.00)m
Coordonnées Point B(\(X_{\text{B}}\), \(Y_{\text{B}}\))(300.00, 250.00)m
Astuces

Ici, \(\Delta X\) et \(\Delta Y\) sont tous deux positifs. On est dans le Quadrant 1 (Nord-Est). C'est le cas le plus simple : le gisement final \(G\) est directement égal au résultat de l'arctangente \(G_{\text{0}}\).

Schéma (Avant les calculs)

On visualise la droite (AB) allant vers le Nord-Est.

Direction de la droite (AB)
Y (Nord) X (Est) (AB) ΔX = +200 ΔY = +50 G
Calcul(s)

On applique les formules étape par étape.

Étape 1 : Calcul des variations

\[ \begin{aligned} \Delta X_{\text{AB}} &= X_{\text{B}} - X_{\text{A}} \\ &= 300.00 - 100.00 \\ &= +200.00 \text{ m} \end{aligned} \]
\[ \begin{aligned} \Delta Y_{\text{AB}} &= Y_{\text{B}} - Y_{\text{A}} \\ &= 250.00 - 200.00 \\ &= +50.00 \text{ m} \end{aligned} \]

Étape 2 : Vérification du quadrant

\[ (\Delta X > 0 \text{ et } \Delta Y > 0) \rightarrow \text{Quadrant 1 (Nord-Est)} \]

Étape 3 : Calcul du gisement (en gons)

\[ \begin{aligned} G_{\text{AB}} &= \arctan\left(\frac{\Delta X_{\text{AB}}}{\Delta Y_{\text{AB}}}\right) \\ &= \arctan\left(\frac{200.00}{50.00}\right) \\ &= \arctan(4.0) \\ \Rightarrow G_{\text{AB}} &= 87.1353 \text{ gon} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

Le gisement \(G_{\text{AB}}\), notre direction de base, est maintenant connu et reporté sur le schéma.

Schéma avec Gisement (AB) calculé
Y (Nord) X (Est) A (100, 200) B (300, 250) P (150, 280) H (? , ?) α N G_AB = 87.14 gon
Réflexions

Le gisement de 87.1353 gon est très proche de 100 gon (l'Est), ce qui est logique car le \(\Delta X\) (200m) est beaucoup plus grand que le \(\Delta Y\) (50m). La droite est "plus horizontale que verticale".

Points de vigilance

Assurez-vous que votre calculatrice est bien en mode "Grades" ou "Gons" (souvent "GRAD" à l'écran) et non en Degrés (DEG) ou Radians (RAD). En degrés, la réponse aurait été 75.96°, ce qui est incorrect ici.

Points à retenir

La méthode de calcul de gisement (Variations \(\rightarrow\) Quadrant \(\rightarrow\) Arctan \(\rightarrow\) Correction) est fondamentale.

  • Quadrant 1 (NE) : \(G = G_{\text{0}}\)
Le saviez-vous ?

Le "gon" ou "grade" a été introduit en France après la Révolution, en même temps que le système métrique, pour décimaliser les angles (100 gon dans un angle droit, 400 gon dans un cercle).

FAQ

Il est normal d'avoir des questions. Voici une liste des interrogations les plus fréquentes pour cette étape, avec des réponses claires pour lever tous les doutes.

Résultat Final
Le gisement de la droite (AB) est \(G_{\text{AB}} = 87.1353 \text{ gon}\).
A vous de jouer

Calculez le gisement inverse, \(G_{\text{BA}}\). (Indice : \(G_{\text{BA}} = G_{\text{AB}} \pm 200\)).

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 1 :

  • Concept Clé : Calcul de gisement (Problème inverse).
  • Formule : \(G = \arctan(\Delta X / \Delta Y) + \text{Quadrant}\).
  • Point de Vigilance : Mettre la calculatrice en GONS.

Question 2 : Calculer le gisement de la droite (AP), \(G_{\text{AP}}\), et la distance \(D_{\text{AP}}\).

Principe

Nous appliquons exactement la même méthode que pour la Question 1. L'objectif est de trouver les caractéristiques (orientation et longueur) de la droite (AP). Dans le triangle APH rectangle en H, cette droite (AP) sera l'hypoténuse.

Mini-Cours

Nous utilisons à nouveau le "problème inverse" : trouver le gisement et la distance à partir des coordonnées de deux points (A et P). On calcule \(\Delta X_{\text{AP}}\) et \(\Delta Y_{\text{AP}}\) pour trouver le quadrant, puis on calcule la distance \(D_{\text{AP}} = \sqrt{\Delta X^2 + \Delta Y^2}\) et le gisement \(G_{\text{AP}} = \arctan(\Delta X / \Delta Y) + \text{Correction}\).

Remarque Pédagogique

Ce calcul définit le deuxième côté de l'angle \(\alpha\) que nous chercherons à la question 3. Chaque étape s'appuie sur la précédente. La précision est donc essentielle.

Normes

La convention des gisements en gons (grades) et le calcul trigonométrique standard s'appliquent.

Formule(s)

Variations

\[ \Delta X_{\text{AP}} = X_{\text{P}} - X_{\text{A}} \] \[ \Delta Y_{\text{AP}} = Y_{\text{P}} - Y_{\text{A}} \]

Distance

\[ D_{\text{AP}} = \sqrt{\Delta X_{\text{AP}}^2 + \Delta Y_{\text{AP}}^2} \]

Gisement

\[ G_{\text{AP}} = \arctan\left(\frac{\Delta X_{\text{AP}}}{\Delta Y_{\text{AP}}}\right) \text{ (+ Quadrant)} \]
Hypothèses

Calcul en planimétrie 2D, angles en gons.

  • Le système de coordonnées est rectangulaire direct (Y-Nord, X-Est).
Donnée(s)

Coordonnées des points A et P.

ParamètreSymboleValeurUnité
Coordonnées Point A(\(X_{\text{A}}\), \(Y_{\text{A}}\))(100.00, 200.00)m
Coordonnées Point P(\(X_{\text{P}}\), \(Y_{\text{P}}\))(150.00, 280.00)m
Astuces

Ici, \(\Delta X_{\text{AP}} = +50\) et \(\Delta Y_{\text{AP}} = +80\). On est encore dans le Quadrant 1 (Nord-Est). Le calcul du gisement est direct, sans correction (ou +0).

Schéma (Avant les calculs)

Visualisation de la droite (AP) et de son gisement par rapport à A.

Direction de la droite (AP)
Y (Nord) X (Est) (AP) ΔX = +50 ΔY = +80 G
Calcul(s)

Étape 1 : Calcul des variations

\[ \begin{aligned} \Delta X_{\text{AP}} &= 150.00 - 100.00 \\ &= +50.00 \text{ m} \end{aligned} \]
\[ \begin{aligned}\Delta Y_{\text{AP}} &= 280.00 - 200.00 \\ &= +80.00 \text{ m} \end{aligned} \]

Étape 2 : Calcul de la distance

\[ \begin{aligned} D_{\text{AP}} &= \sqrt{50.00^2 + 80.00^2} \\ &= \sqrt{2500 + 6400} = \sqrt{8900} \\ \Rightarrow D_{\text{AP}} &= 94.3398 \text{ m} \end{aligned} \]

Étape 3 : Calcul du gisement (Q1)

\[ \begin{aligned} G_{\text{AP}} &= \arctan\left(\frac{50.00}{80.00}\right) \\ &= \arctan(0.625) \\ \Rightarrow G_{\text{AP}} &= 36.0275 \text{ gon} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

Nous avons maintenant défini l'hypoténuse \(D_{\text{AP}}\) et son orientation \(G_{\text{AP}}\).

Schéma avec Gisement (AP) et Distance (AP) calculés
Y (Nord) X (Est) A (100, 200) B (300, 250) P (150, 280) H (? , ?) α D_AP = 94.34m G_AP = 36.03 gon N
Réflexions

Le gisement \(G_{\text{AP}}\) (36 gon) est plus petit que \(G_{\text{AB}}\) (87 gon). Cela signifie que la droite (AP) est "plus verticale" que (AB), ce qui est cohérent avec le schéma et les \(\Delta\).

Points de vigilance

Ne pas inverser \(\Delta X\) et \(\Delta Y\) dans la formule de l'arctangente. La formule \(G = \arctan(\Delta X / \Delta Y)\) est la convention topographique pour un angle depuis le Nord (Y).

Points à retenir
  • Le "problème inverse" (Coords \(\rightarrow\) Gisement/Distance) est une compétence fondamentale.
  • La distance est toujours positive.
Le saviez-vous ?

En topographie, on mesure rarement les distances X et Y directement. On mesure des distances polaires (longueurs inclinées) et des angles (horizontaux et verticaux), puis on utilise ces calculs pour les convertir en coordonnées cartésiennes (X,Y,Z).

FAQ

Questions fréquentes sur cette étape.

Résultat Final
Le gisement \(G_{\text{AP}} = 36.0275 \text{ gon}\) et la distance \(D_{\text{AP}} = 94.3398 \text{ m}\).
A vous de jouer

Pour vérifier, calculez la distance \(D_{\text{BP}}\) (entre B et P).

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 2 :

  • Concept Clé : Calcul de Gisement et Distance (Problème inverse).
  • Formules : \(D = \sqrt{\Delta X^2 + \Delta Y^2}\), \(G = \arctan(\Delta X / \Delta Y)\).

Question 3 : Calculer l'angle \(\alpha\) au sommet A (angle \(P\hat{A}B\)).

Principe

Un angle orienté en un sommet (ici A) est simplement la différence entre le gisement de la direction finale (droite) et le gisement de la direction initiale (gauche). L'orientation est horaire.

Mini-Cours

La formule est \(\text{Angle} = G_{\text{final}} - G_{\text{initial}}\). Dans notre cas, en regardant le schéma (ou les valeurs de gisement), la droite (AP) est la direction initiale (36 gon) et (AB) est la direction finale (87 gon) en tournant dans le sens horaire. L'angle \(\alpha\) est donc \(G_{\text{AB}} - G_{\text{AP}}\).

Remarque Pédagogique

Cet angle \(\alpha\) est l'un des angles (non droits) de notre triangle rectangle APH. Sa détermination est l'étape clé qui nous permet de passer de l'hypoténuse (AP) aux côtés (AH et PH) grâce à la trigonométrie.

Normes

Les angles sont calculés comme des différences de gisements. Si le résultat est négatif, on ajoute 400 gon pour obtenir l'angle positif.

Formule(s)

Angle interne

\[ \alpha = G_{\text{droite}} - G_{\text{gauche}} = G_{\text{AB}} - G_{\text{AP}} \]
Hypothèses

Les gisements sont calculés depuis le même point de départ (A).

  • L'angle \(\alpha\) est l'angle aigu à l'intérieur du triangle APH.
Donnée(s)

Résultats des questions précédentes.

ParamètreSymboleValeurUnité
Gisement (AB)\(G_{\text{AB}}\)87.1353gon
Gisement (AP)\(G_{\text{AP}}\)36.0275gon
Astuces

En regardant les gisements, 87.1353 est plus grand que 36.0275. (AB) est donc à droite de (AP). L'angle \(\alpha = G_{\text{AB}} - G_{\text{AP}}\). C'est simple et direct.

Schéma (Avant les calculs)

Visualisation de l'angle \(\alpha\) comme la différence entre les deux gisements.

Angle α au sommet A
Y (Nord) A P B G_AP α
Calcul(s)

Étape 1 : Calcul de l'angle

\[ \begin{aligned} \alpha &= G_{\text{AB}} - G_{\text{AP}} \\ &= 87.1353 - 36.0275 \\ \Rightarrow \alpha &= 51.1078 \text{ gon} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

L'angle \(\alpha\) est calculé, complétant les informations de notre triangle APH.

Schéma avec Angle α calculé
Y (Nord) X (Est) A (100, 200) B (300, 250) P (150, 280) H (? , ?) α = 51.11 gon
Réflexions

L'angle \(\alpha\) (51.1078 gon) est l'information cruciale qui relie le point P à la droite (AB). Sans cet angle, nous ne pourrions pas utiliser la trigonométrie pour trouver H.

Points de vigilance

Si le gisement de "gauche" est plus grand (ex: 350 gon) que celui de "droite" (ex: 50 gon), l'angle est \((G_{\text{droite}} + 400) - G_{\text{gauche}}\). Exemple : \((50 + 400) - 350 = 100 \text{ gon}\).

Points à retenir
  • Un angle en un sommet est la différence entre le gisement "final" (horaire) et "initial" (anti-horaire).
Le saviez-vous ?

En topographie de terrain, un "tour d'horizon" consiste à mesurer tous les angles depuis une station vers des points d'intérêt. L'opérateur "vise" un point de référence (souvent le Nord ou un autre point connu), met le "zéro" de son appareil, puis tourne pour viser les autres points. L'appareil affiche directement l'angle, qui est une différence de gisements.

FAQ

Questions fréquentes sur cette étape.

Résultat Final
L'angle \(\alpha\) (\(P\hat{A}B\)) est de 51.1078 gon.
A vous de jouer

Si on a un point X tel que \(G_{\text{AX}} = 380.00 \text{ gon}\), quel est l'angle \(P\hat{A}X\) (angle de P vers X, sens horaire) ?

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 3 :

  • Concept Clé : Angle par différence de gisements.
  • Formule : \(\alpha = G_{\text{droite}} - G_{\text{gauche}}\).

Question 4 : Calculer la distance \(D_{\text{AH}}\) (distance du point A au pied H).

Principe

Nous travaillons maintenant dans le triangle APH, qui est rectangle en H (puisque PH est la perpendiculaire à AB). Nous connaissons l'hypoténuse \(D_{\text{AP}}\) (calculée en Q2) et l'angle \(\alpha\) au sommet A (calculé en Q3). Nous cherchons la longueur du côté adjacent à cet angle, \(D_{\text{AH}}\).

Mini-Cours

C'est une application directe de la trigonométrie de base (SOH CAH TOA, ou COSINUS = ADJACENT / HYPOTÉNUSE). En réarrangeant la formule, on trouve : \(\text{Adjacent} = \text{Hypoténuse} \cdot \cos(\text{angle})\).

Remarque Pédagogique

Cette distance \(D_{\text{AH}}\) est la "projection" de la distance \(D_{\text{AP}}\) sur la droite (AB). C'est la distance que nous devrons "parcourir" depuis A, le long de (AB), pour trouver le point H.

Normes

Application des formules de trigonométrie dans un triangle rectangle. Les calculs d'angle doivent être en gons.

Formule(s)

Trigonométrie (Triangle Rectangle)

\[ \cos(\alpha) = \frac{\text{Côté Adjacent}}{\text{Hypoténuse}} = \frac{D_{\text{AH}}}{D_{\text{AP}}} \]

Formule déduite

\[ D_{\text{AH}} = D_{\text{AP}} \cdot \cos(\alpha) \]
Hypothèses

Le triangle APH est un triangle rectangle en H.

  • L'angle \(\alpha\) est l'angle en A.
Donnée(s)

Résultats des questions précédentes.

ParamètreSymboleValeurUnité
Distance (AP)\(D_{\text{AP}}\)94.3398m
Angle Alpha\(\alpha\)51.1078gon
Astuces

N'oubliez pas : SOH CAH TOA. On cherche l'Adjacent (A), on a l'Hypoténuse (H) -> CAH (Cosinus = A/H). Le cosinus "réduit" l'hypoténuse pour trouver le côté adjacent.

Schéma (Avant les calculs)

Zoom sur le triangle rectangle APH.

Triangle rectangle APH
A H P D_AP (hyp) D_AH (adj) D_PH (opp) α
Calcul(s)

Étape 1 : Calcul de la distance projetée

\[ \begin{aligned} D_{\text{AH}} &= 94.3398 \cdot \cos(51.1078 \text{ gon}) \\ &= 94.3398 \cdot 0.627960 \\ \Rightarrow D_{\text{AH}} &= 59.2562 \text{ m} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

La distance projetée \(D_{\text{AH}}\) le long de l'axe (AB) est déterminée.

Schéma avec Distance (AH) calculée
Y (Nord) X (Est) A (100, 200) B (300, 250) P (150, 280) H (? , ?) α D_AH = 59.26m
Réflexions

La distance (59.2562 m) est plus courte que l'hypoténuse (94.3398 m), ce qui est toujours le cas. Le calcul est cohérent.

Points de vigilance

Encore une fois, vérifiez le mode de votre calculatrice (Gons/Grades) avant de calculer le cosinus. Une erreur ici faussera tout le reste du calcul.

Points à retenir
  • Formule clé : \(\text{Adjacent} = \text{Hypoténuse} \cdot \cos(\text{angle})\).
  • Formule clé : \(\text{Opposé} = \text{Hypoténuse} \cdot \sin(\text{angle})\).
Le saviez-vous ?

Cette méthode de projection est fondamentale en algèbre linéaire. On "projette" un vecteur (AP) sur un autre vecteur (AB) en utilisant le produit scalaire, qui est intimement lié au cosinus de l'angle entre eux.

FAQ

Questions fréquentes sur cette étape.

Résultat Final
La distance projetée \(D_{\text{AH}}\) est de 59.2562 m.
A vous de jouer

Maintenant, calculez la distance de la perpendiculaire elle-même, \(D_{\text{PH}}\) (le côté opposé).

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 4 :

  • Concept Clé : Trigonométrie (CAH).
  • Formule : \(D_{\text{AH}} = D_{\text{AP}} \cdot \cos(\alpha)\).

Question 5 : Calculer les coordonnées (X, Y) du point H.

Principe

Nous utilisons maintenant le "problème direct" (ou "rayonnement"). Nous partons d'un point de départ connu (A), nous avons une direction (le gisement \(G_{\text{AH}}\) qui est le même que \(G_{\text{AB}}\)) et une distance à parcourir (\(D_{\text{AH}}\)).

Mini-Cours

Les formules de rayonnement permettent de trouver les coordonnées d'un nouveau point (H) à partir d'un ancien point (A). On calcule le \(\Delta X\) et le \(\Delta Y\) à partir du gisement et de la distance, puis on les ajoute aux coordonnées de départ. \(X_{\text{H}} = X_{\text{A}} + \Delta X_{\text{AH}}\) et \(Y_{\text{H}} = Y_{\text{A}} + \Delta Y_{\text{AH}}\).

Remarque Pédagogique

C'est l'aboutissement de notre exercice. Nous avons "marché" depuis A, dans la direction de B, sur une distance \(D_{\text{AH}}\) que nous avons calculée. Nous atterrissons au point H, le pied de notre perpendiculaire.

Normes

Application du "problème direct" en topographie.

Formule(s)

Calcul de Coordonnées (Rayonnement)

\[ X_{\text{H}} = X_{\text{A}} + D_{\text{AH}} \cdot \sin(G_{\text{AH}}) \] \[ Y_{\text{H}} = Y_{\text{A}} + D_{\text{AH}} \cdot \cos(G_{\text{AH}}) \]
Hypothèses

Le point H est sur la droite (AB), donc le gisement \(G_{\text{AH}}\) est identique au gisement \(G_{\text{AB}}\).

  • Les angles (gisement) doivent être en gons pour les fonctions sin/cos.
Donnée(s)

Toutes les données calculées précédemment.

ParamètreSymboleValeurUnité
Point de départA(100.00, 200.00)m
Distance\(D_{\text{AH}}\)59.2562m
Gisement\(G_{\text{AH}} = G_{\text{AB}}\)87.1353gon
Astuces

N'inversez pas Sinus et Cosinus ! En topographie (compté depuis le Nord Y), le \(\Delta X\) (Est) est avec le Sinus et le \(\Delta Y\) (Nord) est avec le Cosinus. C'est l'inverse de la convention mathématique habituelle (cercle trigonométrique) qui compte depuis l'Est (X).

Schéma (Avant les calculs)

Visualisation du rayonnement depuis A vers H.

Rayonnement du point H depuis A
N A D_AH * sin(G) D_AH * cos(G) H G_AH
Calcul(s)

Étape 1 : Calcul de \(X_{\text{H}}\)

\[ \begin{aligned} X_{\text{H}} &= X_{\text{A}} + (D_{\text{AH}} \cdot \sin(G_{\text{AH}})) \\ &= 100.00 + (59.2562 \cdot \sin(87.1353 \text{ gon})) \\ &= 100.00 + (59.2562 \cdot 0.992278) \\ &= 100.00 + 58.7963 \\ \Rightarrow X_{\text{H}} &= 158.7963 \text{ m} \end{aligned} \]

Étape 2 : Calcul de \(Y_{\text{H}}\)

\[ \begin{aligned} Y_{\text{H}} &= Y_{\text{A}} + (D_{\text{AH}} \cdot \cos(G_{\text{AH}})) \\ &= 200.00 + (59.2562 \cdot \cos(87.1353 \text{ gon})) \\ &= 200.00 + (59.2562 \cdot 0.248070) \\ &= 200.00 + 14.7001 \\ \Rightarrow Y_{\text{H}} &= 214.7001 \text{ m} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

Toutes les inconnues sont levées. Le point H est positionné avec ses coordonnées finales.

Schéma final avec les coordonnées de H
Y (Nord) X (Est) A (100, 200) B (300, 250) P (150, 280) H (158.80, 214.70) α
Réflexions

Les coordonnées finales (X=158.80, Y=214.70) sont cohérentes. Elles se situent bien "entre" A (100, 200) et B (300, 250), et plus près de A, comme le laissait supposer le schéma et la distance \(D_{\text{AH}}\) calculée.

Points de vigilance

La plus grande source d'erreur en rayonnement est l'inversion de SIN et COS. Toujours \(\Delta X \rightarrow \text{SINUS}\) et \(\Delta Y \rightarrow \text{COSINUS}\) (pour les gisements topographiques).

Points à retenir
  • Le "problème direct" (Rayonnement) permet de créer des points.
  • \(X_{\text{final}} = X_{\text{start}} + D \cdot \sin(G)\)
  • \(Y_{\text{final}} = Y_{\text{start}} + D \cdot \cos(G)\)
Le saviez-vous ?

Les stations totales modernes (les appareils sur trépied) font exactement ce calcul en temps réel. L'opérateur vise un point A (dit "station"), vise un point de référence B (pour "s'orienter"), puis vise le point P. L'appareil mesure l'angle \(\alpha\) et la distance \(D_{\text{AP}}\) et calcule instantanément les coordonnées de H.

FAQ

Questions fréquentes sur cette étape.

Résultat Final
Les coordonnées du point H sont (X = 158.80 m ; Y = 214.70 m).
A vous de jouer

Si on prolonge la droite (AB) d'une distance de 100m depuis A (donc \(D_{\text{AH}}=100\)), quelle serait l'abscisse \(X\) du point ?

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 5 :

  • Concept Clé : Calcul de coordonnées (Problème direct).
  • Formules : \(X_{\text{H}} = X_{\text{A}} + D_{\text{AH}} \sin(G_{\text{AH}})\), \(Y_{\text{H}} = Y_{\text{A}} + D_{\text{AH}} \cos(G_{\text{AH}})\).
  • Vigilance : \(\Delta X\) avec SIN, \(\Delta Y\) avec COS.

Outil Interactif : Projection en direct

Utilisez les sliders pour changer les coordonnées du point P et voir en temps réel où se situe son projeté H sur la droite (AB). La droite (AB) est fixe.

Paramètres d'Entrée (Point P)
150 m
280 m
Résultats Clés (Point H)
Coord. X de H (m) -
Coord. Y de H (m) -

Quiz Final : Testez vos connaissances

1. En topographie, le gisement d'une droite est l'angle...

2. Si \(\Delta X > 0\) et \(\Delta Y < 0\), dans quel quadrant se situe-t-on ?

3. Dans un triangle APH rectangle en H, on connaît l'hypoténuse \(D_{\text{AP}}\) et l'angle \(\alpha\) en A. Comment trouver le côté adjacent \(D_{\text{AH}}\) ?

4. La formule \(X_{\text{B}} = X_{\text{A}} + D_{\text{AB}} \cdot \cos(G_{\text{AB}})\) est...

5. Le gisement inverse \(G_{\text{BA}}\) est égal à \(G_{\text{AB}} \pm 200\) gon. Si \(G_{\text{AB}} = 87.1353 \text{ gon}\), que vaut \(G_{\text{BA}}\) ?


Glossaire

Gisement (G)
Angle horizontal mesuré dans le sens horaire (topographie) à partir de la direction de référence (généralement le Nord, axe Y) vers une direction donnée. Exprimé en gons (grades) ou degrés.
Gon (ou Grade)
Unité d'angle du système centésimal. Un cercle complet fait 400 gon, un angle droit fait 100 gon. 1 gon = 0.9°.
Planimétrie
Partie de la topographie qui étudie et représente les objets sur un plan horizontal (coordonnées X, Y), sans tenir compte des altitudes (Z).
Rayonnement (Calcul par)
Méthode de calcul des coordonnées d'un point (B) à partir d'un point connu (A), d'un gisement (\(G_{\text{AB}}\)) et d'une distance (\(D_{\text{AB}}\)). C'est le "problème direct".
Projection Orthogonale
Action de "projeter" un point (P) perpendiculairement sur une droite (AB). Le point résultant (H) est le pied de la perpendiculaire.
Exercice: Perpendiculaire à une Droite (Topographie)

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