PERSPECTIVE
TÉLÉDÉTECTION lidar
b. Etude de l’ atmosphère
Le développement de filières( nationales et européennes) de traitement centralisé( ACTRIS / AERIS) permet d’ harmoniser les données optiques aérosols issues de multiples lidars. L’ initiative européenne, menée par l’ Infrastructure de Recherche ACTRIS et les partenaires d’ EARLINET, a transformé un réseau dispersé en une infrastructure intégrée, grâce à l’ harmonisation des protocoles, au contrôle qualité et à l’ intégration des bases de données dans ACTRIS-ARES, garantissant des produits homogènes et accessibles. Des filières de traitement communautaire, des services quasi temps réel pour les campagnes opérationnelles et des produits de niveau supérieur destinés à la validation satellitaire( EarthCare, en partenariat avec le CNES), à la modélisation et aux applications climatiques et de qualité de l’ air ont été développés. L’ apport majeur réside dans la qualité, la standardisation et la mise à disposition de données et produits prêts à l’ emploi, qui rendent possible un usage opérationnel et scientifique à grande échelle des observations lidar en Europe. En France, les lidars aérosols ACTRIS opèrent sur les observatoires ou sites instrumentés nationaux avec, depuis 2020, l’ intégration des mesures lidar de gaz trace atmosphériques effectuées dans le cadre du réseau international NDACC. Les lidars mesurant le profil d’ ozone dans la stratosphère et la troposphère font également partie des mesures intégrées dans ACTRIS. Ces mesures lidar de long-terme sont effectuées en France à l’ Observatoire de Haute-Provence( OHP) et à l’ Observatoire de Physique de l’ Atmosphère de La Réunion. Ces séries de profils d’ ozone s’ étendent sur plusieurs décennies et sont les plus longues séries de ce type à l’ échelle mondiale. Ce réseau de mesures pour la surveillance de l’ ozone stratosphérique a été ensuite élargi à la mesure des gaz trace, des aérosols et des paramètres dynamiques de la troposphère libre à la mésosphère.
Maturité des systèmes lidar et quelques exemples de transfert industriel
La plupart des systèmes lidar ont atteint un niveau de maturité élevé. Cependant, le transfert industriel butte fréquemment sur plusieurs difficultés. La technologie lidar reste fréquemment perçue comme couteuse et complexe. La capacité multi-fonction, pourtant réelle et dont la prise en compte permettrait de relativiser le coût, est parfois perçue comme conduisant à une pénalité incontournable sur les performances de détection. Récemment, les perspectives liées au marché de l’ automobile ont conduit à de nombreuses annonces, pas toujours factuelles. Enfin, l’ impression de complexité peut venir de la diversité de ces systèmes. Cette constatation a conduit à la définition de normes dans le but de faciliter l’ uniformisation des systèmes et de l’ exploitation des données. A titre d’ exemple, la norme NF ISO 28902 portant sur la qualité de l ' air et la météorologie de l ' environnement comprend plusieurs volets associés à l’ utilisation des lidars pour la mesure de la portée visuelle et de vent( par détection cohérente, pulsée ou à émission continue).
Malgré ces freins, plusieurs transferts réussis issus de travaux de recherche ont cependant marqué l’ histoire du lidar.
L’ ONERA développe des lidars vent cohérents depuis les années 90. A cette époque, les sources étaient des lasers CO 2 continus et les montages hétérodynes étaient en espace libre. L’ essor des télécoms des années 2000 a engendré un développement rapide de la technologie fibrée à 1,5 µ m, incluant des sources laser compactes et fiables, des amplificateurs Erbium, des composants fibrés de type circulateurs, séparateurs de polarisation, modulateurs acousto-optiques... Dans les années 2000, l’ ONERA a utilisé ces composants pour concevoir et démontrer les premiers lidars vent tout fibrés et résolus en distance. Ces développements ont été transférés à KEOPSYS( maintenant LUMIBIRD) pour la source laser et LEOSPHERE( maintenant VAISALA) pour l’ architecture lidar et le traitement de signal. LEOSPHERE a développé son premier WindCube d’ après le démonstrateur de laboratoire de l’ ONERA transféré, et est maintenant leader mondial sur le marché des lidars pour l’ éolien.
De même, le laboratoire commun AGORA-Lab, partenariat entre le LOA et CIMEL, illustre un autre transfert réussi de la recherche vers l’ industrie. Il a conduit au développement d’ instruments innovants tels que le CE376, lidar Raman compact et automatisé pour la surveillance atmosphérique locale, et le CE710, prototype avancé de lidar à fluorescence multi-longueur d’ onde( LIFE). Ces systèmes combinent l’ expertise scientifique du LOA et le savoir-faire industriel de CIMEL, garantissant fiabilité et interopérabilité au sein d’ ACTRIS. Cette synergie accélère la mise sur le marché de lidars intégrant mesures Raman, polarisation et fluorescence, ouvrant la voie à une nouvelle génération d’ outils opérationnels pour la surveillance atmosphérique.
D’ autres sociétés comme Gordien Strato développent des systèmes lidars basés notamment sur le savoir-faire acquis au sein de laboratoires comme le LATMOS. Enfin, des grands groupes industriels développent également des systèmes pour leurs marchés respectifs, qu’ il s’ agisse de la défense ou des transports et bénéficient du tissu français de laboratoires académiques au travers de projets collaboratifs.
Figure 1.( a) Diagramme Dépolarisation – Fluorescence montrant les domaines caractéristiques de différents types d’ aérosols( poussière, pollen, fumée, urbain).( b): Distribution spatiotemporelle des types d’ aérosols durant la nuit du 1ᵉʳ au 2 octobre 2023 sur le site ATOLL-Université de Lille( source I. Veselovskii, B. Barchunov, Q. Hu, P. Goloub, T. Podvin, M. Korenskii, G. Dubois, W. Boissiere, and N. Kasianik: Retrieval and analysis of the composition of an aerosol mixture through Mie – Raman – fluorescence lidar observations, Atmos. Meas. Tech., 17, 4137 – 4152, https:// doi. org / 10.5194 / amt-17-4137-2024, 2024 sous licence CC BY 4.0).
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