Bibliographie & annexes
Présentation
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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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Conclusion
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4. Lidar bathymétrique
4.1 Cibles
Les milieux aquatiques contiennent : 1) des particules et des matières organiques en suspension, 2) des matières organiques et minérales dissoutes, 3) des micro-organismes (phylo- et zooplancton), des êtres vivants (poissons, etc.) et des plantes accrochées aux surfaces ou dérivantes. Si on fait les analogies suivantes : eau air, particules dans l'eau particules dans l'air, et matières organiques et minérales dissoutes dans l'eau gaz traces de l'atmosphère, le sondage lidar des milieux aquatiques est comparable dans son principe au sondage atmosphérique, mais avec une réduction en portée d'un facteur x 103 à 104 qui tient à l'atténuation dans le milieu.
La 15 présente des exemples de coefficient d'atténuation (en m-1) en fonction de la longueur d'onde pour une eau claire et des eaux turbides. Les milieux aquatiques présentent une fenêtre de moindre atténuation dans le bleu-vert entre 410 et 550 nm. Cette fenêtre glisse vers le rouge pour des eaux de plus en plus turbides. Le coefficient d'atténuation moléculaire prend en compte la diffusion et l'absorption par les molécules d'eau. En eau turbide, le coefficient d'atténuation prend en compte les diffusions et les absorptions par l'eau, les particules en suspension, les matières minérales et organiques dissoutes. La longueur d'onde pour le sondage laser à 532 nm, et celles de la diffusion Raman vibrationnelle de l'eau à 645 nm et du maximum de fluorescence de la chlorophylle-a à 685 nm sont indiquées.
L'extinction par diffusion peut s'écrire : γ = γo + γs + γ p, pour l'eau pure (o), les substances dissoutes (s) et les particules (p). Il en est de même pour l'absorption par ces mêmes composants : α = α o +α s +α p (voir [E4325]). Le coefficient moléculaire γ o est dû aux fluctuations de densité de l'eau ; il est isotrope (c'est l'équivalent de la diffusion Rayleigh pour les molécules d'air). Le coefficient d'absorption est associé à...
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Lidar bathymétrique
BIBLIOGRAPHIE
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(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).
-
(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
-
Lidars atmosphériques et météorologiques. Méthodes et applications
-
Lidars sous-marins
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Conception de systèmes optroniques
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