Comment tracer une ligne avec une flèche au milieu ?

Pour personnaliser les lignes, on peut utiliser le package tikz.

Note

On considère dans cet article que les bases de l’utilisation de ce package sont connues. Si ce n’est pas le cas, on pourra se reporter à sa documentation, ou à l’excellent TikZ pour l’impatient.

1.  La bibliothèque decorations.markings

Afin de comprendre comment ajouter une flèche à une ligne, commençons par introduire cette bibliothèque permettant de placer n’importe quelle « marque » sur un chemin défini par la commande \draw.

Pour pouvoir bénéficier de cette bibliothèque, il faut la charger dans le préambule avec la commande suivante :

\usetikzlibrary{decorations.markings}

Voici un premier exemple.

\documentclass[french]{article}
\usepackage[T1]{fontenc}
\usepackage{babel}
\usepackage[a4paper]{geometry}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{decorations.markings}
\usepackage{babel}

\begin{document}

\begin{tikzpicture}
  \draw[decorate, decoration={
    markings, mark= at position .3 with{
      \draw (-2pt,-2pt) -- (2pt,2pt);
      \draw (2pt,-2pt) -- (-2pt,2pt);
    }}
  ] (0,0) -- (4,0);
\end{tikzpicture}

\end{document}

L’exemple précédent permet de comprendre le principe, mais n’est pas très intéressant : on ne voit qu’une seule marque et la ligne n’est pas tracée.

Dans le suivant, on trace plusieurs marques le long du chemin, ce qui est déjà mieux.

\documentclass[french]{article}
\usepackage[T1]{fontenc}
\usepackage{babel}
\usepackage[a4paper]{geometry}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{decorations.markings}
\usepackage{tikz}


\begin{document}

\begin{tikzpicture}
  \draw[decorate, decoration={
    markings, mark= between positions 0 and 1 step .1 with{
      \draw (-2pt,-2pt) -- (2pt,2pt);
      \draw (2pt,-2pt) -- (-2pt,2pt);
    }}
  ] (0,0) -- (4,0);
\end{tikzpicture}

\end{document}

Note

Ici, les positions et distances des marques sont indiquées en pourcentage de la longueur du chemin, mais on peut utiliser des distances absolues en mm, cm, pt etc.

2.  Ajouter la ligne

Maintenant que le principe de la « décoration » a été présenté, on souhaite faire apparaitre la ligne.

Pour cela, on utilise une postaction dont le fonctionnement est décrit à la page 189 de la documentation de TikZ.

Voici un exemple :

\documentclass[french]{article}
\usepackage[T1]{fontenc}
\usepackage{babel}
\usepackage[a4paper]{geometry}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{decorations.markings}
\usepackage{babel}

\begin{document}

\begin{tikzpicture}
  \draw[postaction={decorate, decoration={
    markings, mark= between positions 0 and 1.0  step 0.1 with{
      \draw (-2pt,-2pt) -- (2pt,2pt);
      \draw (2pt,-2pt) -- (-2pt,2pt);
    }}}
  ] (0,0) -- (4,0);
\end{tikzpicture}

\end{document}

Cet exemple illustre l’idée générale : la décoration de la ligne se faisant en « postaction », la ligne classique sera d’abord tracée, et ensuite les marques sont ajoutées.

Astuce

Pour plus d’informations sur les possibilités offertes par TikZ, on pourra se reporter à la page 649 de sa documentation.

3.  Placer une flèche au milieu

Pour placer une flèche, on reprend les principes présentés dans les parties précédentes et on utilise la commande \arrow pour la marque.

\documentclass[french]{article}
\usepackage[T1]{fontenc}
\usepackage{babel}
\usepackage[a4paper]{geometry}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{decorations.markings}
\usepackage{babel}

\begin{document}

\begin{tikzpicture}
  \draw[postaction={decorate, decoration={
    markings, mark= at position 0.5  with{
      \arrow[red]{>}
    }}}
  ] (0,0) -- (4,0);
\end{tikzpicture}

\end{document}

À faire

Il faudrait trouver le moyen d’augmenter le zoom par défaut.

Astuce

• Les options éventuelles que l’on peut passer à \arrow sont également présentées à la page 649 de sa documentation.

• Il existe aussi la commande \arrowreversed qui peut être pratique dans certains cas.

4.  Personnaliser les flèches

4.1.  Personnalisation par défaut

TikZ offre par défaut une certaine marge de personnalisation des flèches : on peut choisir le sens, l’épaisseur de la ligne ou encore quelques types de flèches.

Voici un exemple :

\documentclass[french]{article}
\usepackage[T1]{fontenc}
\usepackage{babel}
\usepackage[a4paper]{geometry}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{decorations.markings}
\usepackage{babel}

\begin{document}

\begin{tikzpicture}
  \draw[postaction={decorate, decoration={
    markings, mark= at position 0.5  with{
      \arrow[red, line width=3pt, >=stealth]{>}
    }}}
  ] (0,0) -- (4,0);

  \draw[postaction={decorate, decoration={
    markings, mark= at position 0.5  with{
      \arrow[blue, line width=1pt, >=latex ]{<<}
    }}}
  ] (0,-1) -- (4,-1);
\end{tikzpicture}

\end{document}

4.2.  La bibliothèque arrows.meta

Cette bibliothèque qu’il faudra charger avec usetikzlibrary{arrows.meta} permet de régler l’aspect des flèches de manière beaucoup plus fine.

Les nombreuses possibilités qu’elle offre sont décrites à partir de la page 190 de la documentation.

On donne un exemple ci-dessous.

\documentclass[french]{article}
\usepackage[T1]{fontenc}
\usepackage{babel}
\usepackage[a4paper]{geometry}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{decorations.markings, arrows.meta}
\usepackage{babel}

\begin{document}

\begin{tikzpicture}
  \draw[postaction={decorate, decoration={
    markings, mark= at position 0.5  with{
      \arrow{Triangle[open, width=20pt, length=10pt]}
    }}}
  ] (0,0) -- (4,0);
\end{tikzpicture}

\end{document}

Prudence

On remarque dans l’exemple précédent que les options de personnalisation ne sont pas au même endroit que précédemment : les options par défaut sont passées à la commande \arrow tandis que celles offertes par arrows.meta sont passées au type de flèche choisi, ici Triangle.

5.  Définir des styles

Si on utilise de manière fréquente le même type de ligne ou de flèche, TikZ offre la possibilité de définir des styles.

Par exemple en optique géométrique, les styles des différents rayons lumineux peuvent être définis comme dans l’exemple ci-dessous.

\documentclass[french]{article}
\usepackage[T1]{fontenc}
\usepackage{babel}
\usepackage[a4paper]{geometry}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{decorations.markings, arrows.meta}
\usepackage{babel}

\begin{document}

\begin{tikzpicture}
% Définition des styles
\tikzset{simple/.style={postaction={decorate,decoration={
          markings, mark= at position .8with{\arrow{Straight Barb[] }}}}}}

  \tikzset{simpleInv/.style={postaction={decorate,decoration={
          markings,mark=at position .8 with{\arrowreversed{Straight Barb[]}}}}}}

  \tikzset{double/.style={postaction={decorate,decoration={
          markings,mark=at position .8 with{\arrow{Straight Barb[] Straight Barb[]}}}}}}

	% Utilisation des styles
	\draw[simple, red] (0,0) -- (4,0);
	\draw[simpleInv, red] (0,-1) -- (4,-1);
	\draw[double, blue] (0,-2) -- (4,-2);
\end{tikzpicture}

\end{document}

Obsolète

On trouve encore de nombreuses ressources utilisant la syntaxe tikzstyle(⟨nom du style⟩) [⟨options⟩], qui fonctionne encore mais n’est plus dans la documentation officielle. Il est donc conseillé de ne plus l’utiliser.