Lidar
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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 (La télédétection par laser ou LIDAR, acronyme de l'expression en langue anglaise « Light Detection and Ranging », désigne une technologie de...) expérimental utilisé pour exciter les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement...) de sodium (Le sodium est un élément chimique, de symbole Na et de numéro atomique 11. C'est un métal mou et argenté, qui appartient aux métaux alcalins. On ne le trouve pas à l'état de...) dans la haute atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :)

La télédétection par laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme...) ou LIDAR, acronyme de l'expression en langue anglaise « Light Detection and Ranging », désigne une technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) de télédétection ou de mesure optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) basée sur l'analyse des propriétés d'une lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à...) laser renvoyée vers son émetteur.

La méthode la plus répandue pour déterminer la distance à un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette...) est basée sur le laser à impulsions. À la différence du radar (Le radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la distance et/ou la vitesse d'objets tels que les avions, bateaux, ou encore la pluie. Un émetteur envoie des ondes radio, qui sont...) 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 (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet...) est donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction,...) par la mesure du délai (Un délai est d'après le Wiktionnaire, « un temps accordé pour faire une chose, ou à l’expiration duquel on sera tenu de faire une certaine chose.  ».) entre l'impulsion et la détection du signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. ...) réfléchi. Le LIDAR a des applications en archéologie, géographie (La géographie (du grec ancien γεωγραφία - geographia, composé de "η γη" (hê gê) la Terre et "γραφειν"...), géologie (La géologie, du grec ancien γη- (gê-, « terre ») et λογος (logos, « parole », « raison »), est...), géomorphologie, sismologie, télédétection et physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) de l'atmosphère (dont étude de la pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le contexte, selon le milieu considéré et selon ce que l'on peut entendre par malsain [1].) 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 (Un scanneur, ou numériseur à balayage est l'équivalent du terme anglais scanner, qui vient du verbe anglais to scan, signifiant « balayer » dans le sens de « parcourir une certaine...) 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 (L'animation consiste à donner l'illusion du mouvement à l'aide d'une suite d'images. Ces images peuvent être dessinées, peintes, photographiées, numériques, etc.) 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 (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde intermédiaire entre celle de la lumière...) (UV) et infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes.) (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 (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) lumineuse, d'un télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité...) qui récoltera l'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de...) rétrodiffusée par les particules rencontrées, et d'une chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) 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 (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information), voire de...) par les composants rencontrés :

  • Une diffusion élastique : elle se produit sans échange d’énergie entre les photons incidents et la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui...) rencontrée. Le photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées...) est alors diffusé sans changement de fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot fréquence sans...). C’est le cas de la diffusion Rayleigh (La diffusion Rayleigh est un mode de diffusion des ondes (par exemple électromagnétiques ou sonores) dont la longueur d'onde est très supérieure à la taille des particules diffusantes. On parle de diffusion élastique, car...) (lorsque la taille du diffuseur est largement inférieure à la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de...) 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 νr. Les photons sont alors diffusés selon 2 fréquences : ν0 + νr (décalage vers les hautes fréquences - correspond aux raies appelée « raies anti-Stokes ») et ν0 − νr (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.
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