Mesures par Scanner Laser

Le Lidar est une technique de télédétection qui permet d’obtenir des données topographiques de haute résolution avec une grande précision sur des surfaces importantes.

Il se base sur la technologie laser et peut être aéroporté ou terrestre (terrestrial laser scanner, TLS).

Les zones d’étude couvertes sont d’échelles variables, pluri-centimétriques à kilométrique selon les utilisations. En effet les techniques Lidar sont utilisées pour des applications variées comme la distribution de la granulométrie des rivières, la gestion de forêts, les risques d’éboulements liés aux falaises, avec une précision verticale de 15 cm. Les mesures sur des surfaces inférieures au km2 utilisent la version terrestre du Lidar, qui permet des acquisitions en milieu urbain.

La quantification de l’évolution des côtes nécessite une précision horizontale et verticale importante afin de calculer des bilans sédimentaires justes. Le Lidar aéroporté permet ce suivi à une précision de 15 à 20 cm selon la verticale. Le TLS permet une précision théorique de l’ordre du millimètre (6 mm à une distance de 50 m sur une surface verticale). C’est pourquoi son utilisation pour le suivi morphologique des plages se développe.

Le TLS, version terrestre du Lidar, émet et reçoit des pulses réfléchis de laser infrarouge émis sur une longueur d’onde précise. Ces pulses sont réfléchis par une surface ou un objet (sol, falaise, roche, végétation, constructions…) et le signal de retour est réceptionné grâce à un module composé de miroirs rotatifs, et transmis via une lentille à une photodiode qui génère un signal électrique. La longueur d’onde d’émission du Lidar topographique est λ=1550 nm, dans le proche infrarouge, à la différence des Lidar bathymétriques qui émettent dans le vert (λ=532 nm). La distance TLS-objet est calculée grâce au temps d’aller-retour du signal. L’avantage de cette technique est la forte vitesse d’acquisition (> 10 000 points par seconde). Dans le plan vertical l’inclinaison des miroirs rotatifs permet une ouverture sur 80°, dans le plan horizontal la rotation de la tête du scanner permet une acquisition sur 360° ; ces deux paramètres sont ajustables. La résolution angulaire, correspondant à l’écart entre deux directions d’impulsions laser successives, est également réglable à une précision de 0,001°. Cette résolution angulaire contrôle la résolution au sol. L’acquisition est gérée par un logiciel et est en grande partie automatique. L’utilisateur peut gérer quelques paramètres comme les directions vers lesquelles l’appareil émet les faisceaux laser, les angles horizontaux et verticaux. Les données sont acquises dans un repère polaire local ayant pour origine le centre du TLS ; chaque point a donc trois coordonnées correspondant à la distance ρ, l’angle horizontal ϑ et l’angle vertical ϕ (les angles horizontaux et verticaux ont une résolution angulaire de 0,001°). Des points de contrôle au sol (ground control points, GCP) permettent le passage à un système de coordonnées absolu. Ce sont des cibles réfléchissantes placées sur la zone d’étude, repérées dans le système de coordonnées de l’acquisition et dont les coordonnées ont été mesurées par DGPS avec une précision centimétrique. Une seconde acquisition TLS plus fine sur les cibles repérées permet d’affiner ce géoréférencement. Le TLS permet donc une acquisition rapide (environ une dizaine de minutes pour une précision verticale et horizontale de 0,007°) avec la possibilité de visualiser les données en 3D pendant l’acquisition. En revanche, l’eau ne réfléchissant pas la lumière laser de longueur d’onde 1520 nm, l’acquisition est impossible par temps de pluie ou sur des surfaces humides, ce qui implique, pour une plage, de prévoir l’acquisition à marée basse pour travailler sur une surface la plus sèche possible. Les jeux de données obtenus nécessitent un traitement en aval qui permet d’éliminer les artefacts afin de calculer les MNT finaux.