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RÉSUMÉ
Cet article présente les applications aux surfaces des mesures par télédétection par laser (LIDAR): altimétrie laser et LIDAR topographique (sol et bâti), LIDAR canopée (végétation et forêts) et LIDAR bathymétrique (milieux aquatiques). Il expose les méthodologies et la physique de la mesure pour chacune des applications : cibles dures, cibles foliaires, milieux aquatiques.
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Pierre H. FLAMANT : Doctorat d'État en Physique, Université Pierre & Marie Curie - Directeur de Recherche au CNRS
INTRODUCTION
Le lidar est une méthode de télédétection laser qui est utilisée en recherche et dans l'industrie pour caractériser les surfaces et l'atmosphère. L'abréviation « lidar » signifie : « LIght Detection And Ranging » sur le modèle de : radar, sodar ou sonar. Ce terme peut s‘appliquer indifféremment à un grand nombre d'instruments, de techniques et d'applications. Dans les faits, le lidar recouvre deux grands domaines d'activités et des communautés distinctes quant à leurs manières de traiter les problèmes. La communauté « atmosphère » est plutôt formée de groupes de recherche, chacun développant ses instruments et ses algorithmes de traitement du signal et d'analyse des données [E4310, E4311], tandis que la communauté « surface » se structure en utilisateurs institutionnels ou privés qui font appel à des sociétés de service équipées de lidars industriels et de logiciels standardisés.
Le présent article traite des lidars géophysiques, ou géolidars, pour les surfaces terrestres et l'exploration planétaire. Il présente la physique de la mesure, les méthodes, l'instrumentation et les applications. En tout premier lieu, le lidar utilise le temps de vol de la lumière pour connaître la distance aux cibles diffusantes. La mesure de distance à elle seule est d'une très grande importance pour les levées topographiques, la bathymétrie des milieux aquatiques et la géodésie. De plus, la mesure de l'intensité diffusée, de la dépolarisation de la lumière reçue et du spectre diffusé sert à caractériser les cibles.
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Lidar bathymétrique
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3. Lidar canopée
3.1 Cibles
La végétation et la canopée sont des milieux plus ou moins denses de feuilles, de branches et de troncs. Ils sont formés d'une multitude de cibles dures qui réfléchissent et absorbent la lumière laser incidente. Les puissances réfléchie, transmise et absorbée varient suivant la nature, la forme, l'orientation, la distribution spatiale et la densité des éléments végétaux.
La 12 présente des exemples de cibles foliaires constituées par un ensemble de feuilles de distribution spatiale et d'orientation aléatoires. Seules les feuilles sont représentées. Les cibles foliaires sont matérialisées par le volume d'interaction délimité par l'empreinte du faisceau laser et la longueur
. On parle de lidar grande, moyenne ou petite empreinte suivant les tailles respectives des cibles individuelles et du faisceau laser. Pour une grande empreinte avec un grand nombre de cibles, la réflexion est de type volumique. Au contraire, pour une petite empreinte et peu de cibles, le milieu est réflecteur (bloquant le faisceau) ou transparent. Le choix de l'empreinte dépend des applications.
Les cibles végétales réfléchissent et absorbent la puissance laser incidente. Le coefficient de diffusion angulaire volumique β v(R, ζ ) à une distance R du lidar et dans une direction ζ est le produit du coefficient d'atténuation volumique (c'est-à-dire le pourcentage de flux laser intercepté par les feuilles, ou rapport entre la surface bloquante des feuilles sv(R) et la surface de l'empreinte laser S< par unité de longueur le long du faisceau, exprimé en m-1) et la BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function) des feuilles à la longueur d'onde laser ρ vf v(ζ ) en sr-1 :
(en m-1.sr-1)
Il faut noter que sv(R) ≤ S< et que la surface bloquante sv (R) diminue avec la pénétration dans la végétation par occultation des...
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Lidar canopée
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BALTSAVIAS (E.) - Airborne laser scanning : existing systems and firms and other resources - I. SPRS J of Photogrammetry & remote Sensing, 54, 164 – 198 (1999).
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(2) - WESTBERRY (T.), DALL'OLMO (G.), BOSS(E.), BEHRENFELD (M.), MOUTIN (T.) - Coherence of particulate beam attenuation and backscattering coefficients in diverse open ocean environments - . Optics Express, 18, 15419 – 15425 (2010).
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(3) - EVANS (J.), HUDAK (A.), FAUX (R.), Smith (A.) - Discrete return lidar in natural resources : recommendations for project planning, data processing, and deliverables - . Remote Sens., 1, 776 – 794 (2009).
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(4) - GARVIN (J.), BUFTON (J.), BLAIR (J.), HARDING (D.), LUTHCKE (S.), FRAWLEY (J.), ROWLANDS (D.) - Observations of the Earth's topography from the Shuttle Laser Altimeter (SLA) : Laser-pulse echo-recovery measurements of terrestrial surfaces - . Phys. Chem. Earth, 23, 1053 – 1068 (1998).
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(5) - GUENTHER (G.), CUNNINGHAM (A.), LAROCQUE (P.), REID (D.) - Meeting the accuracy challenge in airborne lidar bathymetry - . Proceedings of EARSel-SIG-Workshop...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Lidars atmosphériques et météorologiques. Principes fondamentaux
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Lidars atmosphériques et météorologiques. Méthodes et applications
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Lidars sous-marins
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Conception de systèmes optroniques
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