THÈSE - Recherche - IGN

2.2 Les systèmes LiDAR aéroportés
Bien que le laser 9 ait été inventé dans les années soixante, son application aux mesures
topographiques date de la fin des années 1970 (Ackermann, 1999). De tels systèmes sont
aujourd’hui connus sous les acronymes anglais LiDAR (Light Detection And Ranging) ou
LaDAR (Laser Detection And Ranging). Le LiDAR s'est imposé au fil des ans comme un
puissant outil de cartographie des surfaces terrestres. La précision des mesures et la capacité
des ondes à pénétrer la couverture végétale offrent la possibilité d'extraire des informations
structurelles du paysage de bonne qualité. Les données enregistrées renseignent
simultanément sur la hauteur du couvert végétal et la topographie du terrain. Le LiDAR est
aujourd'hui utilisé pour étudier la structure 3D des zones urbaines (routes, chemins,
bâtiments ; Maas & Vosselman,1999 ; Ma, 2005), forestières (estimation de la biomasse,
hauteur de la canopée ; Nillson, 1996 ; Haugerud & Harding, 2001) ou littorales (White &
Wang, 2003). Plusieurs études ont également montré les performances du système LiDAR à
analyser les propriétés spectrales des surfaces. En effet, les données d’intensité, qui
correspondent à l'amplitude du signal rétrodiffusé, fournissent une information radiométrique
sur les matériaux qui peut être utilisée pour classer les terrains volcaniques (Mazzarini et al.,
2007 ; Spinetti et al., 2009).
2.2.1 Principe et fonctionnement du LiDAR
Le LiDAR fonctionne sur le même principe que le radar, mais à des longueurs d'onde
plus courtes (ultraviolet, visible, proche et moyen infrarouge ; Wehr & Lohr, 1999). Il est
composé d'un télémètre à laser pulsé 10 permettant de déterminer précisément la distance entre
le capteur et la surface cible. Le capteur émet des impulsions en direction du sol qui sont
réfléchies ou absorbées selon la nature de la cible. Du fait de la diffusion du faisceau incident
sur les objets situés dans le cône de diffraction, la diffraction du rayon lumineux 11 (de 0,3 à 3
mrad) permet de recueillir plusieurs pics d'énergie pour une même impulsion laser : ce sont
les échos LiDAR.
9 De l’anglais Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.
10 Le laser Nd-YAG (grenat d’yttrium aluminium dopé au néodyme) est le plus répandu : il émet de la lumière
cohérente à la longueur d’onde typique de 1,064 m.
11 Pour les ouvertures circulaires, la dispersion angulaire du faisceau laser dépend de la longueur d’onde et du
diamètre d’ouverture du laser selon la formule .
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