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Auteur(s)
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Jean CORNILLAULT : Ancien Directeur technique à la Compagnie industrielle des lasers (CILAS)
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Lire l’articleINTRODUCTION
La télédétection par laser, notamment pour la mesure à distance des propriétés de l’atmosphère, est un domaine de recherche actif depuis plus de vingt ans et qui connaît un développement significatif en fonction des besoins croissants de contrôle et mesure pour l’environnement.
Cet article a pour but de présenter ce domaine d’activité en décrivant, de manière générale et sans doute incomplète, quelques techniques et applications des lidars.
La première partie est consacrée à l’exposé des principes et des modes de fonctionnement essentiels des lidars. La deuxième partie décrit un exemple d’instrument : Mirela – destiné à la télédétection de produits toxiques. La troisième partie aborde le thème important du contrôle des pollutions atmosphériques.
Quelques perspectives d’avenir des lidars sont discutées, notamment en fonction des progrès récents réalisés en matière de sources laser.
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- Version courante de déc. 2022 par Nicolas CÉZARD
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1. Caractéristiques du lidar
1.1 Principe du lidar
Le principe utilisé est voisin de celui du radar, d’où le nom de lidar (Ligh Detection And Ranging ) qui s’applique à la fois à l’instrument et à la méthode de télédétection correspondante.
Il s’agit d’une technique optique active de mesure à distance, par opposition aux techniques passives de télédétection d’une source de rayonnement naturel.
Grâce à l’exploitation des propriétés de cohérence spatiale et temporelle spécifiques des sources laser, le lidar se différencie aussi des autres instruments de mesure à distance utilisant une source de lumière conventionnelle.
Un lidar comporte toujours un émetteur et un récepteur (figure 1).
La source est un laser, généralement impulsionnel, émettant dans un domaine de transparence de l’atmosphère soit, typiquement, entre 0,3 et 10 µm.
La propagation de l’impulsion laser dans l’atmosphère est suivie de la réception d’une fraction du rayonnement réémis :
-
soit par un obstacle ou une cible (lidar topographique) ;
-
soit par rétrodiffusion sur les constituants de l’atmosphère : molécules, aérosols, poussières (lidar atmosphérique).
Le lidar exploite les conséquences de l’interaction entre le rayonnement laser et les constituants de l’atmosphère. Les différents processus d’interaction tels que diffusions, absorptions, voire fluorescence, vont conditionner les caractéristiques spectrales et d’intensité du rayonnement mesuré par le dispositif de réception (télescope et détecteur appropriés).
Le lidar fournit ainsi des informations sur la composition et la concentration des différents constituants de l’atmosphère en fonction des processus d’interaction sélectionnés.
Les trois principaux phénomènes de diffusion mis en jeu dans un lidar sont présentés dans le tableau 1, qui fournit l’ordre de grandeur des sections efficaces correspondantes.
L’autre phénomène essentiel d’influence de l’atmosphère est l’absorption du rayonnement laser le long du trajet aller-retour (2R) du faisceau. Cette absorption peut être décrite sous forme d’un coefficient d’extinction tenant compte des effets de diffusion ainsi que de...
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