Outil de découpage SIG : découper des couches vecteur selon une limite

Ce que fait l'outil de découpage

Découper (Clip) est l'un des outils les plus utilisés en SIG. Vous lui donnez deux couches. La première est la couche en entrée : les données à découper, par exemple des routes, des rivières, des arrêts de bus ou des parcelles. La seconde est la couche de découpage : un ou plusieurs polygones qui décrivent votre zone d'intérêt, par exemple la limite d'une commune ou l'emprise d'un projet. L'outil fonctionne comme un emporte-pièce. Il garde seulement les parties de l'entrée qui tombent dans les polygones de découpage et supprime tout ce qui est à l'extérieur.

La sortie a le même type de géométrie que l'entrée. Les routes découpées restent des lignes, les arrêts de bus découpés restent des points et les parcelles découpées restent des polygones. Une route qui traverse la limite est coupée exactement à l'endroit du passage, et seule la partie intérieure est gardée. La table attributaire de l'entrée est copiée sans changement : une route garde son nom, son type et tous ses autres champs. La couche de découpage ne donne que sa forme. Ses propres attributs ne sont pas ajoutés. C'est la même règle que suit l'outil Découper dans ArcGIS Pro, dans ArcMap et dans QGIS.

J'ai créé cet outil pour les nombreux petits découpages qui ne justifient pas d'ouvrir un SIG de bureau. Vous pouvez déposer sur la carte un Shapefile zippé, du GeoJSON, du KML, du KMZ, du GPX ou du WKT, ou dessiner vos propres formes et rectangles de découpage. Choisissez la couche en entrée et la couche de découpage, cliquez sur Clip et téléchargez le résultat. Tout le calcul se fait dans votre navigateur avec des bibliothèques de géométrie open source, vos fichiers ne quittent donc jamais votre ordinateur. La carte démarre sans fond de carte pour rester rapide et garder l'attention sur vos données. Vous pouvez activer un fond routier ou satellite à tout moment.

Formats de fichier pris en charge

Vous pouvez charger plusieurs fichiers à la fois et mélanger les formats. Chaque fichier devient une couche dans le panneau Layers. Une couche peut contenir en même temps des points, des lignes et des polygones, et chacun est découpé avec la bonne méthode.

Chaque fichier peut peser jusqu'à 50 Mo. Pour de très gros jeux de données nationaux, un SIG de bureau reste le meilleur choix. Voir la comparaison plus bas sur cette page.

Détails techniques

Voici exactement ce que l'outil fait de vos données. Si vous connaissez l'outil Découper d'ArcGIS Pro ou de QGIS, presque tout vous paraîtra familier.

Types de géométrie en entrée

Point, MultiPoint, LineString, MultiLineString, Polygon et MultiPolygon. Une même couche peut tous les mélanger.

Types de géométrie de découpage

Polygon et MultiPolygon, avec ou sans trous. Une couche sans polygone ne peut pas être choisie comme couche de découpage.

Plusieurs polygones de découpage

Tous les polygones de la couche de découpage sont fusionnés en un seul masque avant le découpage. Là où les polygones de découpage se chevauchent, l'entrée n'est coupée qu'une fois : vous n'obtenez pas d'entités en double.

Attributs

Chaque attribut de l'entité en entrée est copié sans changement. Les attributs de la couche de découpage ne sont pas ajoutés (utilisez l'Outil d’Intersection de Polygones si vous en avez besoin). En option, l'outil ajoute clip_status (inside ou clipped), clip_area_m2, clip_length_m ou clip_points.

Système de coordonnées

Longitude et latitude WGS84 (EPSG:4326), comme GeoJSON. Un Shapefile zippé avec un fichier .prj est converti en WGS84 au chargement.

Modèle géométrique

La découpe se fait sur un plan en degrés, le même modèle que Turf.js et la plupart des bibliothèques SIG web. Les surfaces et longueurs du panneau de résultats sont mesurées sur la sphère (géodésiques), en mètres carrés et en mètres.

Règle de la limite

Un point situé exactement sur la limite de découpage est gardé. Un tronçon de ligne qui suit la limite est aussi gardé. ArcGIS et QGIS suivent la même règle.

Altitude (Z)

Les valeurs Z existantes restent sur leurs sommets. Un nouveau sommet créé à l'endroit d'une coupe reçoit une valeur Z interpolée entre ses deux voisins.

Sortie multipartie

Si une entité est coupée en plusieurs morceaux, les morceaux restent ensemble dans une seule entité multipartie (MultiLineString, MultiPolygon ou MultiPoint), comme dans ArcGIS Pro. Cochez « Split multipart results » pour obtenir une entité par morceau.

Géométrie invalide

Si une entité en entrée a une géométrie cassée (par exemple un polygone qui se recoupe), cette entité est ignorée et comptée, et le reste de la couche est quand même découpé.

Limites

50 Mo par fichier. Vous pouvez importer plusieurs fichiers à la fois. La vitesse dépend de votre appareil. Des dizaines de milliers d'entités se découpent en général en une seconde environ.

Confidentialité

Tout tourne dans votre navigateur. Aucun fichier ni aucune géométrie n'est envoyé à un serveur.

Comment utiliser l'outil de découpage, étape par étape

Voici tout le déroulement avec les données d'exemple intégrées. Avec vos propres fichiers, cela fonctionne de la même façon.

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Étape 1: Ouvrir l'outil

La carte s'ouvre vide et sans fond de carte, rien d'inutile n'est donc chargé. La barre d'outils propose les outils de dessin Point, Line, Polygon et Clip Rectangle, un bouton Upload et un bouton Sample Data.

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Étape 2: Ajouter une couche en entrée et une couche de découpage

Glissez vos fichiers sur la carte ou cliquez sur Upload. Ici, j'ai cliqué sur Sample Data : cela ajoute une couche de ville avec des parcelles, des routes et des points, et un polygone de zone d'étude avec un lac découpé à l'intérieur.

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Étape 3: Choisir les couches et les options

Dans le panneau Clip, choisissez la couche en entrée (les données à couper) et la couche de découpage (la limite polygonale). Seules les couches avec des polygones apparaissent dans la liste de découpage. Choisissez si vous voulez les champs supplémentaires clip_status, surface et longueur, et si les résultats multiparties doivent être séparés.

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Étape 4: Cliquer sur Clip Layer

Le résultat apparaît comme une nouvelle couche en couleur pleine, et la couche en entrée est masquée. L'encadré de résultats indique combien d'entités sont entrées et sorties, combien étaient entièrement à l'intérieur, coupées à la limite ou supprimées, ainsi que la surface, la longueur et le nombre de points gardés.

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Étape 5: Vérifier le résultat avec un fond de carte et les attributs

Cochez « Show basemap » pour voir le résultat sur un fond routier ou satellite. Cliquez sur une entité découpée pour afficher ses attributs. Tous les champs d'origine sont là, plus les champs de découpage optionnels.

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Étape 6: Télécharger la couche découpée

Dans le panneau Export, choisissez la couche et téléchargez-la en GeoJSON, KML ou CSV avec une colonne WKT. La petite flèche à côté de chaque couche du panneau Layers est un téléchargement GeoJSON rapide.

Comment découper un polygone (et des lignes et des points)

L'idée est la même dans tous les logiciels SIG : une couche est coupée, une autre couche coupe. Voici comment découper une couche de polygones dans cet outil, dans ArcGIS Pro, dans ArcMap et dans QGIS, et comment le faire par script avec arcpy.

Le même découpage en code

Si vous découpez le même type de données chaque semaine, un script vous fait gagner du temps. Tous ces exemples coupent une couche de routes selon un polygone de zone d'étude.

import arcpy

arcpy.env.workspace = r"C:\data\city.gdb"

# ArcGIS Pro: Analysis toolbox > Extract > Clip
arcpy.analysis.Clip("roads", "study_area", "roads_clip")

# Older ArcMap syntax (same tool, old name)
arcpy.Clip_analysis("roads", "study_area", "roads_clip")

# QGIS Python console: Vector > Geoprocessing Tools > Clip
processing.run("native:clip", {
    "INPUT": "C:/data/roads.shp",
    "OVERLAY": "C:/data/study_area.shp",
    "OUTPUT": "C:/data/roads_clip.gpkg",
})

# GDAL / OGR command line
ogr2ogr -clipsrc study_area.shp roads_clip.gpkg roads.shp

# GeoPandas
import geopandas as gpd
roads = gpd.read_file("roads.shp")
area = gpd.read_file("study_area.shp")
roads_clip = gpd.clip(roads, area)

Mon avis : pour un découpage ponctuel sur un fichier de taille normale, cet outil est le chemin le plus rapide du fichier au résultat. Pour des découpages qui se répètent ou qui font partie d'une chaîne plus grande, écrivez une fois un script arcpy ou PyQGIS et réutilisez-le.

Comment fonctionne l'outil, étape par étape

Voici le chemin de vos données à partir du clic sur Clip Layer. Chaque étape tourne dans votre navigateur.

1. Lire et nettoyer l'entrée. Chaque fichier est converti en entités GeoJSON en WGS84. Une GeometryCollection est séparée en entités distinctes qui partagent les mêmes attributs, pour que le découpeur ne voie que des types de géométrie simples.
2. Fusionner la couche de découpage. Tous les polygones de la couche de découpage sont fusionnés en une seule géométrie, le masque M, par une union de polygones. Les trous restent des trous. Comme les polygones de découpage qui se chevauchent deviennent une seule forme, une route située dans deux polygones qui se chevauchent n'est gardée qu'une fois.
3. Test rapide du rectangle englobant. L'outil compare le rectangle englobant de chaque entité en entrée avec celui de M. Si les deux rectangles ne se touchent pas, l'entité ne peut pas être à l'intérieur : elle est supprimée tout de suite, sans calcul détaillé. Sur de grosses couches, cela évite la plus grande partie du travail.
4. Découper les points. Chaque point passe un test de point dans polygone contre M. Les points à l'intérieur ou sur la limite sont gardés. Pour un MultiPoint, seuls les points intérieurs restent.
5. Découper les lignes. Chaque segment de ligne est testé contre chaque arête de M qui se trouve près de lui. L'outil trouve chaque endroit où le segment croise une arête et le coupe à cet endroit. Il regarde ensuite le milieu de chaque petit morceau : si le milieu est dans M, le morceau est gardé. Les morceaux qui se touchent sont de nouveau reliés en une seule ligne.
6. Découper les polygones. Chaque polygone est intersecté avec M par un algorithme booléen à ligne de balayage (Martinez-Rueda). Cela donne la surface commune exacte, y compris de nouveaux trous là où M a des trous.
7. Copier les attributs et ajouter des champs. Chaque entité en sortie reçoit une copie de tous les attributs de son entité en entrée. Si vous l'avez demandé, l'outil ajoute clip_status et la surface, la longueur ou le nombre de points gardés. Si vous avez coché l'option multipartie, les résultats multiparties sont séparés en parties simples à ce moment.
8. Résumer et dessiner. L'outil compte les entités entièrement à l'intérieur, coupées à la limite, supprimées ou ignorées, additionne la surface et la longueur gardées et ajoute le résultat comme nouvelle couche sur la carte. La couche en entrée est masquée pour que vous voyiez clairement le résultat.

Les étapes sont séparées ainsi parce que chaque type de géométrie demande des calculs différents. Les points n'ont besoin que d'un test intérieur ou extérieur. Les lignes ont besoin des points de croisement. Les polygones ont besoin d'une superposition booléenne complète. Utiliser pour chaque type la méthode correcte la moins coûteuse garde l'outil rapide.

La théorie et les mathématiques du découpage

Découper paraît simple sur une carte, mais repose sur quelques résultats classiques de la géométrie algorithmique. Les voici, dans l'ordre où l'outil les utilise.

Clip(A, M) = { a ∩ M  :  a ∈ A  et  a ∩ M ≠ ∅ }

M = M₁ ∪ M₂ ∪ … ∪ Mₖ     (tous les polygones de découpage, fusionnés d'abord)

Point P = (x, y). Arête de (xi, yi) à (xj, yj).

L'arête est traversée quand :
  (yi > y) ≠ (yj > y)
  et  x < xi + (y − yi) · (xj − xi) / (yj − yi)

P est à l'intérieur  ⇔  le nombre d'arêtes traversées est impair

Segment : P(t) = p + t · r,   r = q − p,   0 ≤ t ≤ 1
Arête :   E(u) = a + u · s,   s = b − a,   0 ≤ u ≤ 1

cross(v, w) = v.x · w.y − v.y · w.x
w = a − p

t = cross(w, s) / cross(r, s)
u = cross(w, r) / cross(r, s)

Vrai croisement  ⇔  0 < t < 1  et  0 ≤ u ≤ 1
cross(r, s) = 0  ⇔  segment et arête parallèles

Route :  p = (−5, 5)   q = (15, 5)   r = (20, 0)

Morceau (t)    Milieu x   Test          Gardé
0.00 – 0.25    −2.5       extérieur     non
0.25 – 0.45     2.0       intérieur     oui → (0, 5) – (4, 5)
0.45 – 0.55     5.0       dans le trou  non
0.55 – 0.75     8.0       intérieur     oui → (6, 5) – (10, 5)
0.75 – 1.00    12.5       extérieur     non

Résultat : MultiLineString [ (0,5)–(4,5) , (6,5)–(10,5) ]

Surface d'un anneau (λ = longitude, φ = latitude, en radians) :
A = (R² / 2) · | Σ (λ(i+1) − λ(i−1)) · sin φi |

Longueur d'un segment (haversine) :
h = sin²(Δφ / 2) + cos φ1 · cos φ2 · sin²(Δλ / 2)
d = 2R · asin(√h)

R = 6 371 008.8 m

Le meilleur outil de découpage SIG : cet outil, ArcGIS Pro et QGIS comparés

On me demande souvent quel est le meilleur outil de découpage en SIG. La réponse honnête : cela dépend du travail. Voici une comparaison côte à côte.

Ma recommandation : si vous avez déjà ArcGIS Pro et que vos données sont dans une géodatabase, utilisez Clip ou Pairwise Clip sur place. Les résultats s'intègrent au reste de votre projet, et arcpy vous permet de refaire le travail. Si vous voulez un SIG de bureau complet et gratuit, QGIS a un excellent outil Couper et lit presque tous les formats.

Cet outil l'emporte quand le plus important est d'aller vite du fichier au résultat : un collègue vous envoie un KML ou un Shapefile zippé, vous avez seulement besoin de la partie dans une limite de site, et vous ne voulez rien installer ni ouvrir. Il est aussi pratique sur un ordinateur où vous ne pouvez pas installer de logiciel, et c'est une façon claire d'apprendre ce que fait Clip, puisque vous voyez chaque étape sur la carte.

10 cas d'usage concrets

Clip sert dans presque tous les domaines qui travaillent avec des cartes. Voici les travaux que je vois le plus souvent.

1. Routes dans une limite communale. Une urbaniste des transports a le réseau routier national, mais n'a besoin que des routes d'une ville. Découper le réseau selon la limite communale donne la longueur exacte de routes dans la ville, prête pour un rapport ou un modèle de trafic.
2. Étude d'impact environnemental. Les bureaux d'études découpent les cartes d'habitats, les espaces protégés et les zones humides selon l'emprise d'un projet ou sa zone tampon. Le résultat montre quels habitats le projet touche et combien d'hectares de chacun seraient concernés.
3. Exploitation agricole et parcelles. Un agriculteur ou un agronome découpe une carte régionale des sols selon les limites de ses parcelles. Chaque parcelle a alors ses propres polygones de sol avec leurs attributs d'origine, la base de plans de fertilisation ou de semis à dose variable.
4. Réseaux par secteur d'exploitation. Les entreprises d'eau, d'électricité et de télécoms découpent canalisations, câbles ou fibre selon un secteur de maintenance ou une zone de desserte. Chaque équipe reçoit seulement sa partie du réseau, et la longueur découpée aide à planifier et à budgéter.
5. Parcelles et zonage d'un projet d'aménagement. Urbanistes et analystes immobiliers découpent les couches cadastrales et de zonage selon le périmètre d'un projet d'aménagement. Les attributs, comme le propriétaire, l'usage du sol et le code de zonage, restent sur chaque parcelle découpée.
6. Gestion de crise en zone inondable. Les services de secours découpent bâtiments, écoles, hôpitaux et routes selon une zone inondable ou d'évacuation. La sortie est la liste des enjeux exposés avec leurs attributs, qui peut aller directement dans un plan d'intervention.
7. Traces GPS dans un parc. Gardes et randonneurs découpent des traces GPX selon la limite d'un parc national ou d'une réserve naturelle. Ils voient ainsi combien de kilomètres d'un itinéraire passent vraiment dans le parc, avec l'altitude gardée sur chaque point.
8. Forêt et coupes. Les forestiers découpent les polygones de peuplements selon une unité de coupe ou une unité administrative. Les peuplements découpés gardent essence, âge et volume, et la surface découpée entre directement dans le calcul de la coupe.
9. Fichiers plus légers pour les cartes web. Les développeurs web partent souvent d'un gros GeoJSON ou Shapefile national. Le découper selon la région affichée par la carte peut réduire fortement la taille du fichier, et la carte web se charge beaucoup plus vite.
10. Recherche et enseignement. Les chercheurs découpent points d'enquête, stations ou trajectoires selon leur zone d'étude avant les statistiques. Les enseignants utilisent l'outil en cours de SIG, car les étudiants voient comment Clip fonctionne sans installer de logiciel.

Questions fréquentes

Vingt questions souvent posées sur le découpage en SIG, avec des réponses directes.

Bibliothèques utilisées et crédits

Cet outil repose sur des logiciels open source. Un grand merci aux personnes qui écrivent et maintiennent ces projets.

• Leaflet 1.9 · BSD-2-Clause · Volodymyr Agafonkin and contributors
  Dessine la carte interactive, les couches, les outils de dessin et les fenêtres d'information.
• Turf.js 7 (@turf/intersect, @turf/union, @turf/area, @turf/boolean-point-in-polygon) · MIT · Turf authors
  Intersection de polygones pour découper les polygones, union pour fusionner la couche de découpage, surface géodésique et test de point dans polygone.
• polyclip-ts · MIT · Luiz Felipe Machado Barboza, based on polygon-clipping by Mike Fogel
  Le moteur booléen de polygones derrière intersect et union de Turf. Il utilise l'algorithme à ligne de balayage de Martinez-Rueda avec une arithmétique en précision arbitraire.
• point-in-polygon-hao · MIT · Rowan Winsemius
  Le test rapide de point dans polygone qui décide quels points et tronçons de ligne sont dans la zone de découpage.
• shpjs · MIT · Calvin Metcalf
  Lit les Shapefiles Esri zippés (.shp, .shx, .dbf, .prj, .cpg) dans le navigateur.
• proj4js · MIT · proj4js contributors
  Convertit les Shapefiles projetés en WGS84 grâce à leur fichier .prj (utilisé par shpjs).
• @tmcw/togeojson · BSD-2-Clause · Tom MacWright
  Convertit les fichiers KML et GPX en GeoJSON.
• JSZip · MIT or GPL-3.0 · Stuart Knightley
  Ouvre les archives KMZ pour lire le fichier KML qu'elles contiennent.
• @terraformer/wkt · MIT · Terraformer contributors
  Lit l'entrée WKT et écrit la colonne de géométrie WKT dans l'export CSV.
• OpenStreetMap, Protomaps (hosted by KONAKTIVE), CARTO, Esri World Imagery · ODbL / provider terms · OpenStreetMap contributors, Protomaps, KONAKTIVE, CARTO, Esri
  Tuiles et images du fond de carte, affichées seulement quand vous activez le fond de carte.

L'étape de découpage des lignes (couper les segments aux croisements avec la limite et tester chaque morceau) a été écrite pour cet outil. Le moteur de découpage est vérifié par des tests automatiques qui couvrent les lignes traversant des trous, les lignes le long de la limite, les points sur le bord, les polygones au-dessus de trous, les polygones de découpage qui se chevauchent et l'interpolation du Z.

Outils de géotraitement associés