WGS 84 et Web Mercator sont les deux systèmes de coordonnées de référence que la plupart des utilisateurs de SIG rencontrent en premier, et ils sont souvent traités comme interchangeables car tous deux reposent sur le même datum. Pourtant, ils ne sont pas interchangeables : l'un décrit des positions sur le globe en degrés, l'autre aplatit ces positions sur une carte carrée en mètres. Cet article explique ce qu'est chacun d'eux, où apparaissent les différences en pratique, et lequel utiliser pour le stockage, l'affichage et la mesure.

WGS84 vs Web Mercator : Quelle est la différence ?

WGS 84 (EPSG:4326) est un système de coordonnées géographiques : latitude et longitude sur un ellipsoïde, soit les mêmes valeurs que celles produites par un récepteur GNSS. Web Mercator (EPSG:3857) est un système de coordonnées projetées : les mêmes positions converties en mètres sur un carré plat qui peut être divisé en tuiles cartographiques. WGS 84 répond à la question de savoir où se trouve un élément sur la Terre, Web Mercator répond à la question de savoir où le dessiner sur un écran.

WGS84 vs Web Mercator

Qu'est-ce que WGS 84 ?

WGS 84 est le système de référence géodésique mondial utilisé par le GPS. Il définit un ellipsoïde qui approche la forme de la Terre ainsi qu'un cadre de référence qui fixe l'origine et l'orientation des axes de coordonnées. Les positions sont exprimées en latitude et longitude sous forme de degrés, avec éventuellement une hauteur ellipsoïdale.

Le cadre de référence est maintenu et périodiquement affiné : la réalisation actuelle, WGS 84 (G2296), est entrée en vigueur en 2024 et s'accorde avec l'ITRF2020 à quelques centimètres près. Pour le SIG de tous les jours, cela est invisible, mais cela compte pour l'arpentage et tout travail où les positions sont comparées d'une année sur l'autre, car les mouvements tectoniques déplacent les points de plusieurs centimètres par an.

OSM en projection WGS 84

Qu'est-ce que Web Mercator ?

Web Mercator est une variante de la projection Mercator créée pour les cartes en ligne. Sa particularité réside dans un raccourci : la latitude et la longitude mesurées sur l'ellipsoïde WGS 84 sont injectées dans les formules plus simples de la projection Mercator sphérique. Le résultat n'est pas une projection rigoureuse, c'est pourquoi le registre EPSG a initialement refusé de lui attribuer un code avant de la nommer finalement Pseudo-Mercator.

Avant que l'EPSG:3857 ne soit définitivement adopté, ce même système circulait sous plusieurs identifiants, notamment l'officieux 900913, l'obsolète EPSG:3785 et les codes d'Esri 102100 et 102113. Ceux-ci apparaissent encore dans d'anciens projets et fichiers de configuration, et bien qu'ils décrivent en réalité la même chose, seul le code 3857 devrait être utilisé dans les nouveaux travaux.

OSM en projection Web Mercator

Pourquoi Web Mercator s'est imposé sur le Web

Cette projection possède une propriété qui l'a rendue idéale pour les cartes glissantes (slippy maps) : le monde devient un carré qui peut être divisé par deux de manière récursive, de sorte que chaque niveau de zoom correspond à une grille parfaite de tuiles et que les coordonnées des tuiles relèvent d'une arithmétique simple plutôt que d'un calcul géodésique complexe. Couper la carte à environ 85,06° de latitude nord et sud est précisément ce qui rend l'étendue carrée.

La conformité joue également un rôle. Comme les angles sont préservés localement, la forme des bâtiments, les intersections de routes et les lignes de côte semblent correctes à l'échelle de la rue, et le nord est toujours orienté vers le haut. Pour une carte de navigation consultée à l'échelle de la ville, c'est exactement le bon compromis.

Distorsion : Échelle et Surface

Le prix à payer est une échelle qui varie selon la latitude. Le facteur d'échelle linéaire est égal à un divisé par le cosinus de la latitude, ce qui signifie qu'à 45° tout est étiré d'environ 1,41, à 60° de 2, et à 70° de près de 2,9. La surface est déformée par le carré de ce facteur, ce qui explique pourquoi le Groenland semble comparable en taille à l'Afrique alors qu'il est environ quatorze fois plus petit.

Cette distorsion n'est pas un défaut pour l'affichage : c'est le mécanisme même qui permet de conserver localement des formes correctes. Le problème commence lorsqu'une mesure ou une analyse est effectuée sur les coordonnées projetées comme si un mètre sur la carte équivalait à un mètre sur le terrain.

Le raccourci de l'ellipsoïde

Au-delà de la distorsion de projection, Web Mercator comporte une seconde erreur, moins évidente. L'application de formules sphériques à des latitudes ellipsoïdales déplace les positions le long de l'axe nord-sud : par rapport à la projection Mercator ellipsoïdale rigoureuse (EPSG:3395), le registre EPSG signale une erreur d'échelle d'environ 0,7 % et des différences d'ordonnée (northing) allant jusqu'à 43 km sur la carte, ce qui correspond à environ 21 km sur le terrain.

Comme cette même distorsion s'applique à la fois aux cartes de base et aux données superposées, les couches s'alignent correctement à l'écran et rien ne semble anormal. L'erreur apparaît lorsque les coordonnées sont exportées et utilisées comme des positions réelles, c'est pourquoi la NGA a publié une mise en garde signalant que Web Mercator peut produire des erreurs de localisation allant jusqu'à 40 km et ne devrait pas être utilisé pour la navigation ou d'autres tâches critiques.

Mesurer des distances et des surfaces

Aucun de ces deux systèmes n'est un bon choix pour une mesure directe. Les degrés ne sont pas une unité de longueur : un degré de latitude correspond à environ 111 km partout, tandis qu'un degré de longitude passe de 111 km à l'équateur à zéro aux pôles. Ainsi, une zone tampon (buffer) définie en degrés prend la forme d'une ellipse de taille variable, et non d'un cercle. Web Mercator fournit des mètres, mais des mètres dont la valeur réelle change avec la latitude.

La bonne méthode consiste à choisir une projection adaptée à la mesure : une zone UTM ou un carroyage national pour les distances locales et les zones tampons, et une projection équivalente (égale aire) comme une projection d'Albers ou une projection azimutale équivalente de Lambert pour les statistiques de surface. Les logiciels SIG modernes peuvent également calculer des longueurs et des surfaces géodésiques directement sur l'ellipsoïde (ce que QGIS et ArcGIS Pro font lorsque le paramètre d'ellipsoïde est configuré), ce qui reste l'option la plus sûre pour les données couvrant de vastes régions.

Ordre des axes et autres pièges pratiques

L'EPSG définit l'ordre des axes de l'EPSG:4326 avec la latitude en premier, puis la longitude, tandis que GeoJSON, la plupart des API web et de nombreuses bibliothèques utilisent d'abord la longitude. Lorsque ces deux conventions se rencontrent, les points apparaissent dans le mauvais hémisphère ou se retrouvent dans l'océan au sud du Ghana, là où les coordonnées inversées se croisent autour de zéro. Vérifier l'ordre des axes est la première chose à faire lorsque des données s'affichent à un endroit inattendu.

Un second piège est l'absence ou la mauvaise déclaration du système de coordonnées (CRS). Des coordonnées en mètres interprétées comme des degrés se regroupent en un minuscule amas près de l'origine, et des degrés interprétés comme des mètres placent l'ensemble du jeu de données à quelques centaines de mètres de l'équateur. Les deux cas sont immédiatement visibles sur une carte, mais seulement si un fond de plan est chargé pour référence.

Dans quel système stocker les données

Pour le stockage et l'échange, le système WGS 84 est le choix par défaut le plus logique : c'est ce que produit le GNSS, ce qu'attendent les API web, ce que requiert le format GeoJSON et ce que tous les outils savent reprojeter. Web Mercator est un format d'affichage ; stocker des données dans ce système revient donc à figer un choix de projection au sein même des données et à arrondir les coordonnées au mètre près sur une grille déformée.

L'exception concerne le contenu pré-généré. Les caches de tuiles, les cartes de base tuilées et les tuiles vectorielles sont générés en Web Mercator car le schéma de découpage en tuiles est défini dans ce système, et les reprojeter ultérieurement nécessiterait de recalculer toute la pyramide d'images.

Erreurs courantes

L'erreur la plus fréquente consiste à effectuer des mesures en Web Mercator par inadvertance. Une longueur ou une surface calculée sur des coordonnées projetées à la latitude de l'Europe du Nord peut être faussée d'un facteur de deux pour les distances et de quatre pour les surfaces, sans que rien dans le résultat n'indique l'anomalie.

La deuxième erreur est de supposer que la reprojection à la volée sécurise la mesure. Afficher une couche dans un autre CRS ne change pas la façon dont le calcul est effectué : ce qui compte, c'est le CRS ou le paramètre d'ellipsoïde utilisé par l'outil de mesure.

La troisième consiste à traiter l'EPSG:4326 comme une projection lors des analyses. Lancer une jointure spatiale, une zone tampon ou une recherche de plus proche voisin sur des degrés produit des résultats corrects sous les tropiques, mais de plus en plus faux en s'approchant des pôles, car le code géométrique sous-jacent suppose un plan plat.

FAQ

Le système WGS 84 est-il une projection ?

Non. C'est un datum et un système de coordonnées géographiques. Une projection convertit sa latitude et sa longitude en un système de coordonnées planes, et Web Mercator, UTM ou la projection conique conforme de Lambert en sont des exemples d'application.

Pourquoi QGIS et mon serveur de tuiles ne s'accordent-ils pas sur les surfaces ?

Très probablement parce que l'une des valeurs correspond à une surface plane en Web Mercator et l'autre à une surface géodésique sur l'ellipsoïde. Vérifier quel ellipsoïde et quel CRS l'outil de mesure utilise explique généralement cette différence.

Les distances mesurées en Web Mercator peuvent-elles être corrigées ?

Approximativement, en multipliant par le cosinus de la latitude, ce qui fonctionne pour de courtes distances à une latitude connue. Pour toute distance plus longue ou traversant plusieurs latitudes, un CRS projeté adapté ou un calcul géodésique est la seule bonne réponse.

Quelle est la différence entre EPSG:3857 et EPSG:3395 ?

L'EPSG:3395 est la projection Mercator calculée de façon rigoureuse sur l'ellipsoïde WGS 84, tandis que l'EPSG:3857 utilise des formules sphériques. Les deux diffèrent jusqu'à environ 43 km en ordonnée sur la carte, et l'EPSG:3395 n'est pas utilisé pour les tuiles web.

Faut-il reprojeter les données en Web Mercator avant de publier une carte web ?

Pas nécessairement. La plupart des services et clients web effectuent la reprojection à la volée, et les bibliothèques modernes prennent également en charge d'autres schémas de tuilage. Les données devraient être publiées dans le CRS le plus adapté à la tâche, le Web Mercator étant utilisé pour les tuiles rendues.

Points clés à retenir

Le WGS 84 et le Web Mercator interviennent à des étapes différentes d'une même chaîne de traitement. Le WGS 84 enregistre l'emplacement des éléments sur un ellipsoïde, en degrés, dans le cadre de référence fourni par le GNSS. Le Web Mercator transforme ces positions en une grille carrée de tuiles rapide à charger et visuellement correcte à l'écran, au prix d'une échelle qui grandit avec la latitude et d'un déplacement nord-sud hérité de ses formules sphériques.

La règle pratique est de stocker et d'échanger en WGS 84, d'afficher en Web Mercator et de ne mesurer dans aucun des deux. Choisir un CRS projeté adapté à la zone d'intérêt, ou paramétrer le logiciel pour obtenir des valeurs géodésiques, permet d'éviter l'ensemble des erreurs que ces deux systèmes génèrent lorsqu'ils sont employés pour une tâche pour laquelle ils n'ont pas été conçus.