Pour tracer une carte, il est nécessaire de disposer de repères fixes dans le paysage, dont on relève la position afin de la reporter sur le papier. C’est là l’objet de la géodésie, science qui étudie la forme et les dimensions de la planète Terre. En 1880, la savant géodésien allemand Helmert (1843-1917) la définissait ainsi : « science qui mesure et représente la surface terrestre ».

La géodésie est à la croisée de trois disciplines, l’astronomie, la géophysique et l’océanographie. On y inclut la détermination du champ de pesanteur de la Terre et celle du fond océanique.

La surface topographique est décrite à l’aide de points de mesure repérés par des coordonnées (latitudes et longitudes précises). Au XIX^e siècle, ces références étaient prises par des géomètres venus directement relever ces coordonnées sur place. De nos jours, la photographie aérienne et même l’imagerie satellitaires sont venues faciliter la tâche de collecte des données.

Les altitudes sont comptées à partir d’une surface de référence, celle des océans (mers et océans représentant 70% de la surface totale du globe terrestre), équipotentielle du champ de pesanteur. Mais les calculs sont complexes, car il est nécessaire de tenir compte de divers phénomènes perturbateurs (courants marins, variations de salinité, marées, houle causée par les vents, variations de la pression atmosphérique).

L’axe de rotation moyen de la Terre est également observé (mouvement du pôle), car il détermine les variations de vitesse de rotation de la Terre sur elle-même et autour du soleil.

Dans la deuxième moitié du XX^e siècle, divers systèmes internationaux de références ont été mis en place, notamment, en 1988, le système IERS (International Earth Rotation Service), établi par l’Union Astronomique Internationale et l’Union Géodésique et Géophysique Internationale pour aboutir à l’ITRF (l’International Terrestrian Rotation Fond), qui fournit la synthèse des mesures géométriques nécessaires à l’élaboration des cartes terrestres et maritimes pour un jour et une heure précises. En effet, en raison de la rotation de la Terre, ces coordonnées changent tous les jours. La dernière mise à jour (la plus récente) officielle date du 1^er janvier 2008, à 00h TU (Temps Universel).