LiDAR : des chercheurs chinois ont imaginé une technologie qui redéfinit la cartographie 3D

Observer chaque parcelle de notre territoire grâce à la télédétection par laser (ou lidar) représente divers intérêts. Cela permet, notamment, d’identifier les effets et les conséquences du changement climatique sur la fonte des glaces, l’étalement urbain, les pratiques agricoles, la biodiversité ou les forêts.

Dans l’Hexagone, la vigie du territoire, c’est l’Institut national de l’information géographique et forestière (IGN). Un communiqué transmis à la presse le 21 juin 2023 nous avait appris qu’une nouvelle étape avait été franchie en matière de cartographie 3D de la France via le programme d’acquisition LiDAR HD. Le but : acquérir des données sur l’ensemble du territoire métropolitain, des DROM et des collectivités territoriales uniques (hors Guyane) afin d’en proposer la description 3D la plus précise.

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Une information de nature similaire a été portée à notre connaissance dans un communiqué de presse relayé jeudi 25 avril, faisant écho à une étude publiée le même jour dans la revue Optica. On apprend que des chercheurs de l’université de sciences et technologie de Chine ont développé un système lidar aéroporté à photon unique, compact, mais aussi léger et capable d’acquérir des images 3D haute résolution avec un laser de faible puissance.

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Si cette avancée réjouit les spécialistes, c’est parce qu’elle pourrait leur permettre d’avoir recours à ce dispositif dès lors qu’ils doivent s’acquitter de missions en lien avec la surveillance environnementale, la cartographie du terrain en 3D ou l’identification d’objets.

Traquer la déforestation et guider les secouristes après un séisme

Le lidar à photon unique se sert des techniques de la détection de photons uniques – un élément clé dans le développement des technologies quantiques, où le signal résultant d’un calcul quantique pourra se limiter à l’émission d’un seul photon – afin de mesurer le temps nécessaire aux impulsions laser pour se déplacer vers les objets et revenir.

Un tel lidar s’avère particulièrement utile en matière d’applications aéroportées, parce qu’il rend possible une cartographie 3D extrêmement précise du terrain et des objets, même dans des environnements difficiles, comme les zones urbaines ou les secteurs envahis par une végétation dense.

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« Nous avons intégré les développements technologiques récents dans un système qui, en comparaison avec d’autres systèmes lidar aéroportés de pointe, utilise la plus faible puissance laser et la plus petite ouverture optique tout en conservant de bonnes performances en termes de plage de détection et de résolution d’imagerie », explique Feihu Xu, de l’équipe de recherche de l’université de sciences et technologie de Chine, dans le communiqué.

« En résumé, notre travail a le potentiel d’améliorer notre connaissance du monde qui nous entoure et de contribuer à un avenir plus durable et plus compréhensible pour tous », s’est-il réjoui. Ce système pourrait être « déployé sur des drones ou de petits satellites pour surveiller les modifications qui surviennent dans les paysages forestiers, telles que la déforestation« . On peut aussi envisager qu’il soit mobilisé après un séisme, pour générer des cartes de terrain en 3D afin d’évaluer l’étendue des dégâts et guider les secouristes.

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Concrètement, comment fonctionne ce nouveau système ?

Si l’on entre dans le détail, on découvre que ce système lidar aéroporté à photon unique va envoyer des impulsions lumineuses depuis un laser en direction du sol. Ces différentes impulsions vont rebondir sur les objets, avant d’être capturées par des détecteurs très sensibles que l’on appelle des « réseaux de diodes à avalanche à photon unique ».

Ces détecteurs vont garantir une sensibilité accrue aux photons uniques, permettant une détection des impulsions laser réfléchies suffisamment précise pour qu’un laser de puissance faible puisse être utilisé.

Les informations que les scientifiques reçoivent vont, dans un second temps, être passées au crible par des algorithmes d’imagerie informatique. Des images 3D seront ensuite construites, reflétant la réalité du terrain. « Un élément clé du nouveau système réside dans les miroirs de balayage spéciaux, éclaire Feihu Xu. Ils effectuent un balayage fin et continu, capturant des informations [très précises] des cibles au sol. »

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Pour vérifier l’efficacité de son système, l’équipe a conduit des tests, au sol et à bord d’un petit avion. Désormais, ses efforts se concentreront sur l’amélioration des performances du système et sa mise en œuvre pratique. L’objectif, à terme, serait de l’installer sur une plateforme spatiale, à l’instar d’un satellite. Enfin, avant d’envisager de commercialiser ce système, il sera aussi nécessaire d’améliorer sa stabilité, sa durabilité et sa rentabilité.