Lidar - Définition

Introduction

Ce lidar balaye son champ de vision avec son faisceau laser et mesure pour chaque point balayé la distance entre le lidar et le point, permettant la reconstruction d'un modèle tridimensionnel de la scène. Il peut ainsi être utilisé pour des relevés de bâtiments, de formations rocheuses, etc.

FASOR, LIDAR expérimental utilisé pour exciter les atomes de sodium dans la haute atmosphère

La télédétection par laser ou LIDAR, acronyme de l'expression en langue anglaise « Light Detection and Ranging », désigne une technologie de télédétection ou de mesure optique basée sur l'analyse des propriétés d'une lumière laser renvoyée vers son émetteur.

La méthode la plus répandue pour déterminer la distance à un objet est basée sur le laser à impulsions. À la différence du radar basé sur un principe similaire, le lidar utilise de la lumière au lieu d'ondes radio. La distance à un objet ou à une surface est donnée par la mesure du délai entre l'impulsion et la détection du signal réfléchi. Le LIDAR a des applications en archéologie, géographie, géologie, géomorphologie, sismologie, télédétection et physique de l'atmosphère (dont étude de la pollution de l'air).

Autres termes

« ALSM » (Airborne Laser Swath Mapping) et « laser altimétrique » sont parfois utilisés comme synonyme de LIDAR.

L'acronyme « LADAR » (LAser Detection And Ranging) est plutôt utilisé dans le domaine militaire, mais il est également utilisé dans la littérature angosaxone et désigne un Lidar Terrestre, plus communément appelé en France un laser scanner ou scanner 3d.

Le terme « Radar laser » est également utilisé, mais improprement, car le LIDAR utilise la lumière laser (visible et infrarouge) et non les ondes radio utilisées par les radars conventionnels.

Principe

Animation du 2D balayage LIDAR

Son fonctionnement est le même que celui du radar, la différence étant le domaine spectral dans lequel il travaille et le type de faisceau utilisé : alors que le radar fonctionne dans le domaine des ondes radio, le lidar couvre en particulier le domaine du visible, et également les domaines ultraviolet (UV) et infrarouge (IR), d'autre part, le lidar utilise un faisceau laser, tandis que le radar utilise un faisceau électromagnétique classique, non polarisé.

Un lidar se compose d'un système laser chargé d'émettre l'onde lumineuse, d'un télescope qui récoltera l'onde rétrodiffusée par les particules rencontrées, et d'une chaîne de traitement qui quantifiera le signal reçu.

Principe de la mesure Lidar

Le laser émet une onde lumineuse. Elle interagit avec les différents composants qu’elle rencontre. Une partie de cette onde est rétrodiffusée et collectée par le télescope. À partir de cette composante rétrodiffusée, on peut alors déduire des informations quant au diffuseur (sa concentration par exemple) et sa distance par rapport au système de mesure.

Lors de la propagation de l’onde émise par le lidar, on peut envisager deux types de diffusion par les composants rencontrés :

• Une diffusion élastique : elle se produit sans échange d’énergie entre les photons incidents et la molécule rencontrée. Le photon est alors diffusé sans changement de fréquence. C’est le cas de la diffusion Rayleigh (lorsque la taille du diffuseur est largement inférieure à la longueur d’onde utilisée) ou de celle de Mie (lorsque la taille du diffuseur est du même ordre de grandeur que la longueur d’onde utilisée).
• Une diffusion inélastique, beaucoup plus faible, appelée aussi diffusion Raman. Celle-ci est à l’origine d’un décalage de la fréquence de l’onde incidente ν_r. Les photons sont alors diffusés selon 2 fréquences : ν₀ + ν_r (décalage vers les hautes fréquences - correspond aux raies appelée « raies anti-Stokes ») et ν₀ − ν_r (décalage vers les basses fréquences - correspond aux raies appelées « raies Stokes »). Ce décalage de fréquence est caractéristique de la molécule rencontrée et permet donc de la discriminer.