PERSPECTIVE
TÉLÉDÉTECTION lidar
mesures lidar. Les auteurs sont membres du Club Lidar de la SFO créé en 2021. Ce club, favorise le dialogue au sein de la communauté nationale sur les lidars, notamment lors de son école biannuelle( 2023, 2025). Leur diversité conduit nécessairement à un survol de ces thématiques et le tableau 1 présente les contributions des auteurs. Le tableau 2 propose des liens vers les principaux réseaux et applications lidar. Pour illustrer le niveau de maturité de cette technologie, une seconde section présente les freins au transfert industriel mais également plusieurs réussites de transfert à un niveau commercial. Le document se termine par une conclusion et propose des perspectives à l’ échelle internationale.
Composants et architecture lidar
a. Des composants optiques nouveaux au service de lidars plus performants
La recherche sur les composants optiques pour les lidars se concentre notamment sur les axes suivants:
• Les sources laser. La recherche sur les sources laser( fibrées, cristallines, ou hybrides) est un domaine foisonnant, et les systèmes lidars bénéficient de leurs progrès selon de multiples dimensions, en particulier dans la zone dite à sécurité oculaire: augmentation de la puissance pour une portée accrue, de l’ accordabilité spectrale pour la détection de gaz, de la finesse spectrale( lidars à détection cohérente), de la modularité et des capacités de modulation en amplitude comme en fréquence pour des mesures multifonctions, de la compacité pour les lidars embarqués... L’ emploi de sources laser hybrides, mélangeant des étages d’ amplification fibrés et d’ autres en espace libre, vise à associer les atouts des sources fibrées( cavité intégrée, architecture facile à aligner et peu sensible aux vibrations) et ceux des amplificateurs cristallins( haute puissance de sortie). Une telle combinaison permet d’ éviter l’ écueil des cavités laser en espace libre, elles aussi très puissantes mais beaucoup plus sensibles aux perturbations extérieures.
• Les détecteurs optiques. L’ objectif principal est ici d’ accroitre la sensibilité dans l’ IR(> 1,7 µ m) où il n’ existe pas de détecteur amplifié( photomultiplicateurs, photodiodes à avalanches). Pour les lidars, ces études trouvent principalement leur application dans les systèmes à détection directe. Des convertisseurs non-linéaires de fréquence rendent aujourd’ hui possible l’ emploi de détecteurs bas-bruit, fonctionnant dans le visible / proche-IR, dans des bandes spectrales dans l’ IR moyen. Ces aspects de détection peuvent être associés à d’ autres fonctions de technologie photonique intégrée. Ces développements visent à réduire la taille des dispositifs mais également à accroitre leur stabilité thermique, dans un environnement soumis à des vibrations intenses.
• Les systèmes de balayage / Imagerie rapide. L’ observation 3D est réalisable par « scanning imaging » ou « flash imaging », ces techniques utilisant respectivement des détecteurs monopixel ou matriciel. Pour l’ imagerie par balayage, les exigences de cadence de certains systèmes embarqués sont difficilement atteignables avec des dispositifs mécaniques. La recherche de scanners non mécaniques trouve alors naturellement son application. b. Les systèmes lidar et les nouvelles méthodes associées
Les systèmes lidars reposent sur deux types de détection: l’ une basée sur l’ intensité lumineuse( détection directe), l’ autre fondée sur la mesure d’ un battement( détection cohérente).
• Concernant la détection directe, de nouveaux algorithmes d’ inversion voient le jour pour permettre une meilleure classification des aérosols minéraux( poussières), urbains, biologiques( pollens), de combustion( suies) et de leur origine. On peut citer la télédétection lidar élastique / inélastique, avec des applications sur le climat et la qualité de l’ air( ACTRIS), incluant des aspects de fluorescence, et même d’ incandescence et de partitionnement optique de mélanges à deux et à trois composantes( sulfates, minéral, sels marins).
• Concernant la détection cohérente, jadis appliquée exclusivement dans l’ IR, des solutions fibrées dans le visible sont utilisées de nos jours. Ces architectures cohérentes permettent
CONTRIBUTEUR CIMEL
iLM
THÉMATIQUES DE RECHERCHE
Fabricant d’ instruments de télédétection dont des lidars pour la détection des aérosols et des gaz
Aérosols, polarimétrie, expériences de laboratoire à 180 °, développement méthodologique
LATMOS Stratosphère, ozone, température, aérosols, vent, surveillance atmosphérique, DIAL
LMD
Lidar atmosphère, Raman, DIAL et Doppler, sources laser et détection NIR pour lidar
LOA
Développement et exploitation des lidars: propriétés et dynamique des aérosols et des nuages
ONERA Mesure de vent et de concentration de gaz( CO 2, CH 4, H 2) par lidars à détection cohérente et / ou à détection directe. Mesures de distance, de vibration, de rugosité. Conception et réalisation de sources laser fibrées forte énergie pour lidar( UV, 1 µ m, 1.5 µ m, 2 µ m)
PYTHEAS
Lidar aérosols, Troposphère, surveillance atmosphérique, propriétés optiques, ACTRIS
THALES
Télémétrie, vélocimétrie et anémométrie, Conception de circuits photoniques intégrés( PIC), Sources laser pour lidar
Tableau 1. Contributions des auteurs à la Télédétection lidar.
Tableau 2. Sigles et liens proposés vers les principaux réseaux et applications lidar.
RÉSEAU ACTRIS
Aeolus EARLINET
EarthCare
IGN- LiDAR HD MERLIN
NDACC
MOTS CLEFS ET LIEN
The Aerosol, Clouds and Trace Gases Research Infrastructure- https:// www. actris. fr /
https:// earth. esa. int / eogateway / missions / aeolus
European Aerosol Research Lidar Network https:// earlinet. eu /
Earth Cloud, Aerosol and Radiation Explorer https:// earth. esa. int / eogateway / missions / earthcare
https:// geoservices. ign. fr / lidarhd
Methane Remote Sensing Lidar Mission https:// cnes. fr / projets / merlin
Network for the Detection of Atmospheric Composition Change- https:// ndacc. larc. nasa. gov /
20 www. photoniques. com I Photoniques 136