Les 7 erreurs que fait régulièrement votre montre GPS

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Au début, lorsqu’on vient d’acheter une montre GPS pour la première fois, on a toute confiance en elle. Quelques sorties plus tard, soit parce qu’on tient un blog de tests de montres GPS, soit parce qu’on termine une course officielle, soit parce qu’on court régulièrement sur le même parcours, on se rend compte qu’elle peut faire des erreurs sur la distance (et du coup aussi sur la vitesse). Le jour où on le réalise, ça fait parfois mal au c** de se dire qu’on a acheté un bijou technologique à 400€ (voire plus) et qu’il ne fonctionne pas bien.

Empiriquement, on dit qu’une montre GPS a une précision autour de 1 à 3%. Ca fait 100 à 300m d’écart à l’arrivée d’un 10km. Mais ça peut faire aussi plus de 1km sur un marathon ! Ca parait pas génial comme ça, mais dites-vous que ça reste un produit grand-public ; ce n’est pas un capteur de fusée.

Ci-dessous, le marathon de Paris mesuré à 42,710km par une montre GPS running, au lieu de 42,195. Soit une erreur d’un peu plus de 1%.

J’ai déjà écrit un article sur les différences entre la distance officielle d’une course et la distance mesurée par une montre GPS. Je vous encourage à aller le lire si ce n’est pas déjà fait, vous y apprendrez notemment la méthode très particulière utilisée pour s’assurer qu’une course fait bien la ‘bonne’ distance.

J’ai creusé dans mon historique de traces GPS pour vous parler des erreurs que fait parfois votre montre GPS lorsque vous enregistrez une activité. Ce sont toutes ces petites erreurs, qui s’accumulent ou au contraire se compensent, qui expliquent la différence finale entre la réalité et ce qui s’affiche à l’écran.

Erreur 0 : erreur intrinsèque du GPS

Là, ce n’est pas de la faute de votre montre, c’est pour ça que je la numérote ‘0’. Toutes les montres GPS sont sujettes à cette erreur. Car le système de positionnement par satellite n’est pas infaillible (que ce soit le GPS, GLONASS ou Galileo). Faut dire qu’on lui demande de faire une prouesse. Imaginez : on demande à des satellites évoluant à 20 200km d’altitude à la vitesse de 14 000km/h (oui oui, 14 000km/h) de mesurer notre position au mètre près.

Actuellement, les performances du GPS permettent d’obtenir une précision de 3,35m 95% du temps (d’après une campagne de mesures effectuée en 2014). C’est à dire qu’à chaque mesure de votre position, l’erreur est généralement comprise entre 0 et 3,35m. Pas mal. Mais comme votre montre prend en général une mesure toutes les secondes, ça fait potentiellement une erreur entre 0 et 3,35m chaque seconde. Pire ! Dans 5% des mesures, l’erreur est supérieure à 3,35m.

D’où viennent ces erreurs ?

• Temps de propagation du signal : la densité d’électrons libres dans l’ionosphère, la température, la pression, l’humidité dans la troposphère modifient la vitesse du signal GPS et donc le temps de propagation jusqu’à la montre.
• Dérive de l’horloge du GPS : l’horloge de chaque satellite peut de dérégler légèrement au fil du temps, ce qui crée une différence avec l’horloge de référence et entre les horloges des différents satellites.
• Erreur d’éphéméride : erreur dans le calcul de la position exacte du satellite sur son orbite.
• Propagation multiple du signal : les objets de l’environnement peuvent réfléchir le signal GPS, ce qui a pour effet d’allonger son temps de propagation du satellite à la montre.

Pour bien visualiser ces erreurs, regardez l’enregistrement d’une montre GPS que j’ai laissée immobile pendant 17 minutes sur le rebord d’une fenêtre de mon appartement. Elle a enregistrée un parcours de 170m !

Erreur 1 : fréquence de mesure

Pour réaliser la trace que vous visualiserez sur votre ordinateur, votre montre GPS ne mesure pas votre position en continu (pour une raison d’autonomie de la batterie). En fait, elle mesure votre position à intervalles réguliers, puis elle relie les positions entre elles avec des traits pour créer une trace complète.

Vous comprenez bien que plus elle mesure de points et plus la trace sera fidèle à votre parcours réel. A l’inverse, plus les points sont espacés et plus les virages seront coupés.

Ci-dessous, 2 traces enregistrées le même jour, avec la même montre GPS, sur le même parcours. En bleu en mode 1 seconde, en rose en mode 60 secondes.

Les montres GPS proposent différents modes de fonctionnement, selon les marques et les modèles :

• Mode 1s : 1 prise de mesure toutes les secondes, c’est le mode le plus précis actuellement. Mais toutes les montres GPS ne disposent pas de ce mode 1s.
• Mode 1s éco (uniquement Suunto) : la position est prise toutes les secondes, mais la puce GPS est éteinte entre 2 relevés de position.
• Mode 2s ou 5s : 1 prise de mesure toutes les 2 ou 5 secondes, mode introduit initialement par Suunto et repris par Polar sur la V800. Selon les marques, il s’agit du mode nominal ou alors d’un mode pour améliorer l’autonomie par rapport au mode 1s.
• Mode 60s : 1 prise de mesure toutes les 60 secondes, pour économiser la batterie au maximum.
• Mode intelligent (uniquement Garmin) : la prise de mesure se fait toutes les secondes, mais les données seront enregistrées à intervalle irrégulier, toutes les secondes en virage et toutes les 7-8 secondes en ligne droite. Ca permet de ne pas trop dégrader la précision mais de ne pas saturer la mémoire.

Vous comprenez bien que ce n’est pas strito sensu une erreur de votre montre GPS, mais plutôt un réglage.

Erreur 2 : décrochage

Pour vous positionner avec exactitude, une montre GPS a besoin du signal d’au moins 3 satellites. Après, c’est une histoire de triangulation. Et si vous voulez connaitre votre altitude, alors il faudra le signal d’un quatrième satellite.

Dans un environnement difficile (sous les arbres ou en forêt), ce n’est pas toujours facile de recevoir le signal suffisamment fort de ces 3 satellites indispensables. C’est un peu comme pour la 3G de votre téléphone portable. Du coup, il arrive qu’il y ait des décrochages. C’est-à-dire que votre montre GPS ne reçoit pas d’information sur votre position pendant un certain laps de temps. Lorsqu’elle retrouvera le signal, le logiciel de votre montre va tout simplement tracer un trait en ligne droite entre le dernier point avant le décrochage et le premier point après.

Dans le but de limiter ce phénomène, Garmin tout d’abord, puis toutes les autres marques, ont équipé leurs montres de puces avec une double compatibilité GPS et GLONASS (le système de positionnement Russe). L’effet recherché est de doubler le nombre de satellites dont la montre pourra recevoir le signal et ainsi limiter les décrochages.

Maintenant, les montres GPS récentes sont aussi compatibles avec Galiléo.

Erreur 3 : précipiter le départ

Pour les montres GPS, le départ est un moment critique. Avant de démarrer une activité, il faut attendre que la montre reçoive le signal de 3 satellites pour trouver la première position. On appelle ça le ‘GPS fix’. Les fabricants ont bien compris que les sportifs n’aimaient pas attendre (dans le froid ou sous la pluie) le GPS fix de leur montre.

Les montres ont souvent tendance à annoncer un peu vite qu’elles reçoivent le signal GPS à 100%. Elles passent au ‘vert’ dès qu’elles reçoivent le signal de 3 satellites. Mais souvent, ça ne veut pas dire que le signal est fort et constant. Du coup, au moment de partir, le signal peut être un peu erratique et les erreurs importantes, alors que vous avez commencé votre séance (ou votre course). Ca se remarque quand l’allure affichée à l’écran varie un peu aléatoirement.

Regardez ci-dessous, la trace au retour est plus fidèle à mon itinéraire réel, tandis qu’à l’aller elle a tracé un trait tout droit sur presque 100m.

Premier conseil : déjà, pour réduire le temps de GPS fix, il faut rester immobile. Je répète : il ne faut surtout pas partir avant que votre montre affiche ‘100%’. Le GPS fix est beaucoup plus long quand on se déplace. Ca peut prendre jusqu’à 1km si vous partez alors que votre montre n’a pas encore trouvé tous les satellites.

Deuxième conseil : si vous partez d’un endroit où le ciel n’est pas dégagé, attendez un peu après que votre montre affiche ‘100%’, la précision GPS dans le premier kilomètre en sera améliorée. Pour une course, n’hésitez pas à lancer l’acquisition des satellites plusieurs minutes avant le départ.

Découvrez comment accélérer le GPS fix.

Erreur 4 : une montre GPS préfère les lignes droites aux virages

On demande à l’algorithme de tracer un itinéraire le plus fidèle possible à la réalité à partir de points GPS qui ne sont pas vraiment précis. Alors il fait ça un peu à sa sauce. Il a tendance à lisser un peu la trace. Du coup, il sera plus précis en lignes droites car il arrivera à éliminer certaines erreurs en lissant la trace sur plusieurs points. Mais plus vous virez et tournez, plus les corrections vont couper les virages.

Le meilleur moyen de rendre une montre GPS folle, c’est de faire une séance d’entrainement sur piste. Tour après tour, on voit que les traces sont plus proches les unes des autres dans les lignes droites que dans les virages.

Ou alors de faire un tour de rond-point. la trace est propre à l’entrée, propre en sortie, mais pas franchement symétrique sur le rond-point.

Erreur 5 : tunnels, arbres

Le signal GPS est un signal de faible puissance. Il ne peut pas traverser quoi que ce soit. C’est-à-dire que pour recevoir le signal, votre montre doit ‘voir’ le satellite GPS dans le ciel. Si vous êtes sous un tunnel ou que votre montre est dans l’eau, elle ne recevra pas de signal et il y aura un décrochage.

Depuis quelques années, les fabricants ont introduit une parade pour tenter de remédier à ce problème : les montres GPS sont équipées d’un accéléromètre interne, qu’elles utilisent lorsqu’elles ne reçoivent plus de signal GPS. C’est surtout utile quand on passe sous un tunnel. Mais ce n’est pas parfait.

C’est aussi valable, dans une moindre mesure, si vous êtes sous des arbres. Le simple fait de passer sous une couche épaisse de feuillage réduit la qualité du signal GPS. On a moins ce problème l’hiver, quand les arbres n’ont pas de feuilles.

Regardez ci-dessous, la trace GPS est propre dans les champs, plus erratique en forêt.

Erreur 6 : immeubles

Après les tunnels et les arbres, l’autre talon d’Achille des montres GPS, ce sont les immeubles. Les immeubles ne bloquent pas le signal des satellites comme les tunnels ou les arbres, mais ils agissent comme des miroirs, créant des trajets multiples du signal GPS.

Du coup, la montre GPS reçoit un signal GPS directement du satellite, puis le même signal GPS qui a rebondi sur un immeuble. Donc 2 fois le même signal, mais avec des durées de trajet différentes. La montre choisit le plus puissant des 2, d’où l’erreur qui se crée. Et la trace devient n’importe quoi. Une simple séance running se transforme en parkour.

Malheureusement, il n’y a pas grand chose à faire et toutes les montres GPS sont à peu près aussi mauvaises les unes que les autres dans ce cas. C’est la seule situation où je recommande d’activer GPS+GLONASS ou GPS+Galileo.

Erreur 7 : même les nuages

Décidément, le sort s’acharne. Même la météo est un facteur qui peut diminuer la précision des montres GPS. La température et l’humidité de l’atmosphère influent sur le temps de trajet du signal GPS, et donc sur la position calculée par la puce GPS.

Même si l’on passe plusieurs fois au même endroit, avec la même montre, portée sur le même poignet, à la même vitesse, les traces ne se superposent pas.

Ci-dessous, les traces de 3 boucles à VTT. La météo a tourné à la pluie pour la trace bleue.

Attention, toutes les erreurs n’ont pas la même gravité

Parfois, quand on regarde une trace GPS, on y voit d’énormes écarts et on râle après la précision de notre montre GPS. Mais toutes les erreurs n’ont pas la même influence sur le calcul de la distance.

Sur le tracé ci-dessus, la trace en orange est bien décalée par rapport à la trace bleue. Et elle ne suit pas du tout le chemin. Arg. Mais au final, la différence a été de 100m sur une sortie en forêt de 18km. A y regarder de plus près, la trace orange est certes décalée par rapport au chemin, mais reproduit bien les mouvements du chemin. En fait, il suffirait de décaler la trace légèrement vers le haut et elle serait presque parfaite. Dans ce cas, la distance mesurée n’est pas si mauvaise.

En fait, ce qui crée les plus grosses erreurs, ce sont les virages coupés (distance sous-estimée) et les louvoiements en ligne droite (distance surestimée).

Différences entre vélo et course à pied

Quoi ? Vélo ou course à pied et la précision est différente ? Ca devient compliqué.

Si vous regardez les tests que j’ai réalisés pour le blog, vous verrez que les traces GPS à vélo sont toujours meilleures que celles en course à pied. C’est une question de relativé. Non, pas celle d’Eintein. L’importance de l’erreur relativement au déplacement.

Quand on court à 10km/h, on parcourt 2,8m par seconde. Or, la précision intrinsèque du GPS est de 3,35m. Donc l’erreur potentielle à chaque mesure dépasse la distance entre 2 points. D’où une trace GPS qui peut être erratique.

A vélo, si on va à 25km/h, pour parcourt 7m/s. Du coup, l’erreur de 3,35m à chaque point va moins perturber la trace.

Différences de précision GPS entre les montres

Toutes les montres GPS ne sont pas aussi sensibles à toutes ces erreurs. C’est ce qui explique qu’elles n’ont pas toutes la même précision GPS. Dans votre montre, 3 éléments ont une influence sur la précision de la trace GPS :

• L’antenne (hardware), qui va recevoir le signal GPS
• La puce GPS (hardware), qui va traiter le signal brut
• L’algorithme (software), qui va analyser le signal GPS reçu pour le transformer en une trace GPS

Tous les fabricants ne font pas les mêmes choix, soit pour des raisons économiques (une puce moins performante coûtera moins cher), soit pour des raisons esthétiques (l’antenne des premières Ambit3 intégrée dans une bulle à la base du bracelet qui lui permettait de faire face au ciel quand on porte la montre au poignet a été intégrée dans la lunette de l’Ambit3 Vertical pour faire disparaitre cette bosse disgracieuse), soit parce qu’ils ont fait un compromis (fournir moins d’énergie à la puce GPS pour améliorer l’autonomie).

Et même la position de votre montre GPS a son influence, car l’orientation de l’antenne va changer. Ci-dessous, j’ai réalisé 3 enregistrements, le même jours, avec la même montre GPS. La seule chose qui a changé, c’est la position de la montre :

• portée normalement (écran vers l’extérieur)
• écran tourné vers le ciel
• écran tourné vers l’intérieur (en retournant la montre pour la placer sur l’intéreur du poignet)

Le résultat est bien visible : la trace GPS bleue (écran tourné vers le ciel) est bien meilleure que les 2 autres.

Conclusion

Maintenant vous savez tout. Une montre GPS n’est pas infaillible et a une précision toute relative. Les cyclistes le savent bien. Un compteur à 20€, qui calcule la distance en comptant le nombre de tours qu’effectue la roue avant, est plus précis qu’une montre GPS.

L’important c’est de le savoir. Savoir qu’il ne faut pas s’attendre à un miracle en courant en ville un jour de pluie. Et même une montre GPS réputée précise peut avoir des mauvais jours.

Le problème, c’est qu’il y a tellement de paramètres qui entrent en compte, qu’il est quasiment impossible de mesurer la précision d’une montre GPS pour la comparer à une autre. On ne peut que multiplier les sorties et comparer les traces, ce que je fais au fil des tests réalisés sur ce blog.

Avec toutes les sorties que je fais lors du test d’une montre GPS, je pourrais très facilement ne sélectionner que les bonnes traces ou au contraire uniquement les mauvaises traces GPS. Je pourrais même publier 2 articles avec des conclusions différentes quant à la précision GPS (et précision cardio aussi d’ailleurs).

Bon, ce n’est pas mon but et j’essaie d’avoir une analyse la plus juste possible. Mais c’est pour ça que je prends environ 1 mois pour tester une montre GPS : pour le faire dans différentes conditions, sur différents terrains, différents parcours, etc.