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Le levé Lidar

Le LiDAR terrestre en quelques mots

La technologie LiDAR (Light Detection And Ranging) née dans les années 1960, utilise des impulsions dans le spectre visible ou infrarouge des ondes électromagnétiques issues d’un laser. Elle trouve des applications dans de très nombreux domaines. Entre autres, cette technologie permet de réaliser des levés numériques rapides et précis en 3D de géostructures et des enjeux associés : cavités, aménagements souterrains, tunnels, fronts rocheux, ouvrages de génie civil.

Il existe, aujourd’hui, trois types de scanner laser terrestre :
Le scanner à « temps de vol » ou à impulsion. Ce type d’instrument déterminent la distance scanner-objet par mesure du temps entre l’impulsion émise et l’impulsion reçue.
Le scanner laser à « mesure de différence de phase ». Dans ce cas la distance scanner-objet est déterminée en comparant les phases des ondes émises par le scanner vers l’objet et les phases des ondes de retour à l’aide d’un phasemètre numérique.
Le scanner laser « dit hybride ». Ce dernier utilise la technologie «Wave form Digitizer » (WFD) qui mélange les deux précédentes.

lidar Optical Signal
Représentation du fonctionnement de deux familles de scanner laser (Hiremagalur et al., 2007), pour le scanner à différence de phase en haut et pour le scanner à temps de vol (time of flight) en bas


Quel déploiement ?

Le scanner est un dispositif de mesure mobile, autonome en énergie et dans une certaine limite compatible avec les technologies de télégestion et transfert de données vers un site distant.

Le déploiement sur le terrain est assez facile et rapide, même si le poids de l’appareil peut atteindre pour certains équipements une vingtaine de kilogrammes.

Avant l’acquisition des données sur le terrain, il est important de trouver des positions dégagées (dites stations) avec un angle de visée le plus frontal possible par rapport à l’objet à numériser puis de paramétrer l’appareil de manière ad-hoc. Dans l’éventualité de levés 3D successifs pour faire un suivi périodique, la position des stations de la première campagne de mesure doit être marquée au moyen de repères et relevée avec un récepteur GNSS centimétrique. L’objectif est de garantir les mêmes caractéristiques et les mêmes angles de vues entre chaque relevé en se repositionnant strictement aux mêmes endroits dans le but de comparer les mêmes nuages de points 3D.

La durée du cycle de mesure dépend de l’appareil (sa portée) et la distance avec la cible.

L’installation sur site et la numérisation des données se fait rapidement : la mise en place prend au plus une demi-heure. La durée de la prise de mesure pour une station est variable selon l’appareil utilisé, le contexte de mise en œuvre et le paramétrage (résolution angulaire, fréquence, prise de photo, etc.).

Cependant, pour numériser avec une bonne précision un objet, couvrir l’ensemble de la scène et s’affranchir d’éventuels effets de masque, plusieurs stations sont généralement nécessaires.

Selon le scanner utilisé, son paramétrage et la distance de l’objet à numériser, la précision peut varier du millimètre au centimètre.

Quels résultats pour les risques du sol et du sous-sol ?

Le premier résultat d’une campagne LiDAR est un nuage de points en 3D (voire un assemblage de nuages de points lorsqu’il y a plusieurs stations), à partir duquel un modèle numérique de terrain (MNT) précis et détaillé peut être généré.

Ce MNT permet de reconstituer la morphologie précise du site étudié. Il peut être le point de départ d’autres analyses, pour par exemple, mettre en évidence des mouvements de masse par comparaison de MNT successifs, caractériser les déplacements, estimer les volumes déplacés, ou réaliser d’autres types d’analyses spatiales.

Ces applications reposent sur des opérations de post-traitement qui peuvent rapidement s’avérer lourdes et complexes. En effet, il n’est pas rare de travailler avec des nuages de plusieurs dizaines de millions de points pouvant correspondre à des dizaines de giga-octets de données. À cela s’ajoute la prise en main du traitement de données qui demande une bonne maitrise des logiciels et une capacité d’expertise sur les résultats obtenus.

Gamme et complémentarité des outils disponibles à l’Ineris

L’Ineris dispose de deux scanners terrestres qui peuvent être utilisés en complément les uns des autres, mais ont également une utilisation qui leur est propre :
Un scanner de longue portée à « temps de vol » (allant jusqu’à 4km dans de bonnes conditions météorologiques) sur trépied permettant ainsi d’être relativement loin de la zone d’observation (par exemple : surveillance d’un versant de montagne en se positionnant sur le versant opposé) tout en gardant une précision centimétrique, voire millimétrique. Son poids empêche de l’emmener dans des endroits trop exigus/escarpés, un scanner de courte portée, plus léger sera préféré.
Un scanner de courte portée à « mesure de différence de phase ». (maximum 300m) sur trépied, utilisé principalement en souterrain. Son poids léger et son paramétrage intuitif en font un outil très simple à utiliser au fond. Ce dernier est alors utilisé en complément du scanner de longue portée, il est plus facile de se rapprocher de la zone d’intérêt.

Par ailleurs, l’Ineris dispose d’un scanner mobile. Il s’agit d’un scanner rotatif léger de très courte portée (30 m en intérieur, 15 m en extérieur), qui s’utilise à la main, ce qui permet, alors, de déambuler dans la zone à scanner.

L’Ineris dispose également d’une suite d’outils et de logiciels de traitement des données LiDAR.

De plus, le module de visualisation 3D disponible dans la solution de web-monitoring e.cenaris permet de la visualisation interactive de nuages de points et autres résultats issus de campagnes LiDAR.


scan 3D
Les outils


logiciels scan 3D
Les logiciels

Lien(s) :

  ⇒  FP : Le Scanner laser 3D au service de l’expertise géotechnique
  ⇒  Rapport : Revue des technologies RADAR et LIDAR du marché
  ⇒  Actu : Acquisition d’un scanner laser 3D de dernière génération, à longue portée