Types de lidar : comparaison des systèmes aéroportés, terrestres, mobiles et bathymétriques
À retenir
- Les types de lidar sont principalement classés selon la plateforme : aéroporté, terrestre, mobile et bathymétrique, auxquels s'ajoute le lidar satellitaire.
- Les scanners laser terrestres offrent la meilleure précision, généralement millimétrique à courte portée ; le lidar aéroporté couvre les plus grandes surfaces avec une précision centimétrique à décimétrique.
- Le lidar bathymétrique utilise une lumière verte (environ 532 nm), car elle pénètre l'eau, tandis que le lidar topographique utilise normalement des longueurs d'onde proches de l'infrarouge.
- Le temps de vol pulsé, le déphasage et l'onde continue modulée en fréquence (FMCW) constituent les trois principales méthodes de télémétrie lidar.
- Le radar utilise des ondes radio traversant les nuages et certains matériaux ; le lidar utilise la lumière et offre une résolution beaucoup plus fine.
Quels sont les principaux types de lidar ?
Les principaux types de lidar sont les systèmes aéroportés, terrestres, mobiles et bathymétriques, regroupés selon la plateforme portant le capteur et la surface mesurée. Chaque type forme un système lidar complet : un laser, un récepteur, un mécanisme de balayage, une unité de chronométrage et un moyen de connaître la position et l'orientation du capteur.
Lidar signifie « light detection and ranging », soit détection et télémétrie par la lumière. En termes simples, qu'est-ce que la technologie lidar ? Elle mesure une distance en envoyant de la lumière laser vers une surface et en chronométrant sa réflexion, à raison de centaines de milliers à des millions de répétitions par seconde, pour créer un nuage de points 3D. Notre introduction qu'est-ce que le lidar explique le principe de base ; nous comparons ici les différents types pour vous aider à choisir celui qui convient à votre projet.
| Type | Plateforme | Précision type | Couverture habituelle | Principaux usages |
|---|---|---|---|---|
| Topographique aéroporté | Avion, hélicoptère, drone | Environ 3–15 cm en altimétrie | De quelques hectares à des milliers de km² | Modèles de terrain, foresterie, cartographie des inondations, corridors |
| Bathymétrique / topobathymétrique | Avion ou drone avec laser vert | Niveau décimétrique, selon l'eau | Littoraux, rivières, fonds marins peu profonds | Zones côtières, lits de rivières, cartographie des habitats |
| Terrestre (TLS) | Trépied fixe | Millimètres à courte portée | D'une pièce à un bâtiment ou à une installation industrielle | BIM, installations industrielles, patrimoine, surveillance des déformations |
| Mobile (véhicule) | Voiture, train ou bateau avec GNSS/INS | Niveau centimétrique avec un bon GNSS | Des kilomètres de route ou de voie ferrée par jour | Routes, voies ferrées, équipements de voirie, modèles urbains |
| SLAM portable / sac à dos | Opérateur à pied | Environ 1–3 cm en relatif | Bâtiments, tunnels, forêts | Cartographie intérieure, mines, récolements rapides |
| Satellitaire | Engin spatial en orbite terrestre | Variable ; conçu pour la recherche scientifique | Profils à l'échelle mondiale | Glaces, hauteur des forêts, altimétrie mondiale |
Qu'est-ce que le lidar aérien et comment fonctionne-t-il ?
Le lidar aérien est un scanner laser monté sur un avion ou un drone qui balaie le sol en dessous, tandis qu'un récepteur GNSS et une centrale inertielle (IMU) enregistrent la trajectoire exacte du capteur. La combinaison de la distance, de l'angle de balayage et de la trajectoire fournit les coordonnées de chaque écho.
Un capteur lidar aérien utilise généralement une lumière proche infrarouge et émet de plusieurs centaines de milliers à plus d'un million d'impulsions par seconde. Ses échos multiples constituent un atout majeur : une impulsion peut se réfléchir partiellement sur des feuilles, des branches puis le sol, ce qui permet de modéliser le terrain nu sous la canopée. C'est pourquoi le lidar aérien domine les programmes altimétriques nationaux et la modélisation des inondations.
Les travaux aéroportés se déclinent à deux échelles :
- Avions pilotés : grandes surfaces, altitudes plus élevées et niveaux de qualité tels que ceux de la spécification lidar de l'United States Geological Survey (USGS). Son niveau de qualité 2, largement utilisé, exige au moins 2 points par mètre carré et une erreur quadratique moyenne verticale de 10 cm dans les zones sans végétation.
- Lidar sur drone : sites plus petits, densité de points bien supérieure et altitude de vol plus basse ; consultez notre guide des drones topographiques et de la cartographie par drone pour choisir une charge utile.
Une grande partie des données aéroportées publiques est gratuite. Pour télécharger du lidar aux États-Unis, le programme 3D Elevation Program (3DEP) de l'USGS offre une couverture nationale et son visualiseur 3DEP LidarExplorer permet de trouver et télécharger les dalles. De nombreux autres pays publient des jeux de données nationaux similaires.
Qu'est-ce que le lidar bathymétrique et topobathymétrique ?
Le lidar bathymétrique mesure la profondeur de l'eau et la forme du fond à l'aide d'un laser vert, généralement autour de 532 nm, qui pénètre l'eau bien mieux que la lumière proche infrarouge. Le lidar topobathymétrique associe un canal proche infrarouge pour la terre et un canal vert pour l'eau, afin de cartographier sans rupture l'interface terre-eau.
Le système enregistre une réflexion à la surface de l'eau et une autre sur le fond ; la différence de temps, corrigée de la réfraction et de la vitesse plus faible de la lumière dans l'eau, fournit la profondeur. La pénétration dépend fortement de la transparence de l'eau : elle peut atteindre plusieurs dizaines de mètres dans des eaux côtières claires, mais seulement quelques mètres, voire moins, dans des rivières troubles.
Les usages courants comprennent le suivi de l'érosion côtière, les approches portuaires, les modèles de lits fluviaux et de plaines inondables, ainsi que la cartographie des habitats. Lorsque l'eau est trouble ou profonde, le sonar multifaisceaux embarqué sur un bateau constitue l'alternative habituelle.
Qu'est-ce que le lidar terrestre et un scanner lidar sur trépied ?
Le lidar terrestre est un scan laser réalisé depuis une position fixe sur trépied au sol ; il offre la précision et la densité les plus élevées de tous les types de lidar. Le scanner terrestre tourne horizontalement tandis qu'un miroir dévie le faisceau verticalement, couvrant presque une sphère complète à chaque station.
Plusieurs stations sont recalées pour former un seul nuage de points. La précision est généralement millimétrique à courte portée, ce qui fait du scan laser 3D terrestre la référence pour le BIM, les contrôles structurels, les installations industrielles et le patrimoine. Notre scanner laser 3D terrestre acquiert jusqu'à 2 millions de points par seconde dans un boîtier de 4,4 kg, avec des versions de portée 70 m et 150 m (sur cibles blanches à 90 %) et une version longue portée, ainsi que la couleur HDR. Pour les grands sites, notre scanner laser terrestre haute vitesse scanne jusqu'à 1000 kHz sur un champ de vision de 360° × 282° avec un laser de classe 1 sans danger pour les yeux.
Lorsque les données de scan doivent s'appuyer sur un canevas topographique précis, notamment dans les tunnels et pour la surveillance, une station totale à scanner associe les mesures d'angles et de distances d'une station totale au scan 3D dans un seul instrument. Notre article sur le scan laser terrestre décrit l'ensemble du processus statique.
Qu'est-ce que le lidar mobile ? Systèmes sur véhicule, sac à dos et portables
Le lidar mobile réalise un scan laser depuis une plateforme en mouvement, comme un véhicule, un train, un bateau, un sac à dos ou un appareil portable, tandis que le système calcule en continu sa propre trajectoire. Les systèmes sur véhicule utilisent le GNSS et une IMU de haute qualité ; les systèmes portables et en sac à dos reposent principalement sur la localisation et cartographie simultanées (SLAM).
- Cartographie mobile sur véhicule : routes, voies ferrées et équipements de voirie acquis à la vitesse de circulation. La précision est centimétrique avec un bon GNSS, mais se dégrade dans les canyons urbains et les tunnels si aucun point d'appui n'est ajouté.
- SLAM portable et en sac à dos : bâtiments, mines, forêts et tous les environnements sans GNSS. Notre scanner laser SLAM portable pèse 925 g, mesure de 0,1 à 70 m et offre une épaisseur de nuage de points de 1 cm ou moins après post-traitement.
La cartographie lidar mobile échange une partie de la précision contre de la rapidité : un bâtiment nécessitant une journée de stations sur trépied peut souvent être parcouru en moins d'une heure. Notre article qu'est-ce que le SLAM explique comment ces systèmes suivent leur position et maîtrisent la dérive.
Quels sont les composants et les méthodes de télémétrie du lidar ?
Chaque système de scan lidar possède les mêmes composants essentiels : un émetteur laser, un mécanisme d'orientation du faisceau, un récepteur, une électronique de chronométrage précise et un système de positionnement. La mesure de distance lidar se décline en trois méthodes de télémétrie.
- Émetteur lidar : un laser pulsé ou continu, généralement à 905 nm, 1064 nm ou 1550 nm pour la topographie et à 532 nm pour l'eau.
- Scanner : miroirs rotatifs, prismes ou têtes tournantes ; certains capteurs récents sont à état solide.
- Récepteur : le capteur laser lidar (photodétecteur) qui enregistre la lumière retournée et son intensité.
- Position et orientation : GNSS/IMU sur les systèmes aéroportés et embarqués sur véhicule, SLAM sur les appareils portables, ou station fixe pour les scanners terrestres.
| Méthode de télémétrie | Principe de mesure | Atouts habituels |
|---|---|---|
| Temps de vol pulsé | Chronomètre l'aller-retour de chaque impulsion | Longue portée, échos multiples ; scanners aéroportés et longue portée |
| Déphasage | Compare la phase d'un faisceau continu modulé | Très grande vitesse et faible bruit à courte et moyenne portée |
| FMCW | Mesure la différence de fréquence d'un faisceau à fréquence balayée | Mesure également la vitesse ; technologie émergente dans les capteurs automobiles |
La résolution lidar, soit le plus petit détail qu'un système peut distinguer, dépend de l'espacement des points, de la divergence du faisceau (taille de la tache à la distance considérée) et du bruit de mesure de distance, et non du seul débit de points.
Radar et lidar : quelle différence ?
Le radar utilise des ondes radio et le lidar de la lumière : le radar traverse donc les nuages, la pluie et certains matériaux, mais avec une résolution plus grossière, tandis que le lidar distingue les détails fins mais est arrêté par le brouillard, les fortes pluies et les surfaces solides. Les longueurs d'onde lidar sont de l'ordre du micromètre ; celles du radar vont du millimètre au mètre.
| Critère | Lidar | Radar |
|---|---|---|
| Signal | Lumière laser (visible ou proche infrarouge) | Ondes radio ou micro-ondes |
| Résolution | Du millimètre au centimètre | Généralement plus grossière |
| Météo | Performances réduites par le brouillard, la pluie et la poussière | Largement insensible |
| Pénétration | À travers les ouvertures de la végétation ; lumière verte dans l'eau | Dans le sol, le béton ou la glace pour le géoradar |
| Usage topographique | Cartographie 3D des surfaces | Cartographie du sous-sol et des déformations par satellite |
En topographie, un levé radar désigne habituellement deux types d'opérations : un levé au géoradar (GPR) pour localiser les réseaux enterrés et les cavités, ou l'interférométrie radar satellitaire pour mesurer les mouvements du sol. Aucun ne remplace le lidar : ils mesurent des éléments différents.
Comment choisir un type de lidar, un logiciel ou un prestataire lidar
Choisissez le type de lidar en fonction de la précision, de la superficie et de l'environnement du projet ; vérifiez ensuite que votre logiciel lidar peut traiter et livrer les données dans les formats utilisés par vos clients.
- Définissez la précision : le millimètre oriente vers le scan terrestre ; le centimètre vers le lidar mobile ou sur drone ; le décimètre vers le lidar aéroporté sur avion piloté.
- Définissez la superficie et la forme : pièces et bâtiments (terrestre ou SLAM), sites (drone), corridors (mobile ou drone VTOL), régions (avion).
- Tenez compte de l'environnement : végétation, eau, disponibilité du GNSS et accès.
- Prévoyez le canevas : les points d'appui GNSS et de station totale rattachent tous les types de lidar au système de coordonnées du projet.
- Vérifiez le traitement : logiciel de traitement lidar pour le recalage, la classification et la modélisation ; logiciel de cartographie lidar et outils SIG lidar pour les produits de terrain et l'analyse.
De nombreux cabinets achètent des scanners terrestres ou portables pour leur travail quotidien et font appel à des services de cartographie lidar pour les projets aéroportés ou bathymétriques, où les avions et capteurs spécialisés rendent la sous-traitance plus économique. Pour comparer les scanners adaptés à vos applications, demandez un devis en précisant la taille habituelle de vos projets et la précision requise.
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre radar et lidar ?
Le radar émet des ondes radio et le lidar de la lumière laser. Le radar fonctionne à travers les nuages et la pluie et peut pénétrer le sol sous la forme d'un géoradar, mais sa résolution est plus grossière. Le lidar mesure finement les surfaces et peut cartographier le sol sous la végétation à travers les ouvertures de la canopée, mais le brouillard, la pluie et la poussière réduisent sa portée.
Qu'est-ce que le ladar ?
Ladar signifie « laser detection and ranging », soit détection et télémétrie par laser. Ce terme ancien, principalement employé dans les domaines militaire et de la défense, désigne le même principe que le lidar : mesurer une distance en chronométrant le retour de la lumière laser réfléchie. Un capteur ladar et un capteur lidar fonctionnent de la même manière ; en topographie et en cartographie, le terme lidar s'est imposé.
Jusqu'à quelle distance un lidar peut-il détecter des objets ?
Cela dépend du type. Les scanners SLAM portables atteignent généralement quelques dizaines de mètres, les scanners terrestres environ 70 m à plusieurs centaines de mètres, et les capteurs terrestres longue portée ou aéroportés vont bien au-delà, les avions volant à plusieurs centaines ou milliers de mètres au-dessus du sol. La portée diminue sur les surfaces sombres, mouillées ou obliques, ainsi que dans le brouillard, la pluie ou la poussière.
Lidar et scan laser : quelle différence ?
Il n'existe pas de véritable différence de principe : un scanner laser 3D est un type de système lidar. En pratique, on parle de scan laser pour les scanners topographiques sur trépied ou portables, et de lidar pour les capteurs aéroportés, mobiles et automobiles. Un simple télémètre lidar mesure une distance, tandis qu'un scanner laser balaie le faisceau pour acquérir des millions de points.
Quel type de lidar est le plus précis ?
Le scan laser terrestre sur trépied est le plus précis : il atteint généralement le niveau millimétrique à courte portée, car l'instrument est immobile et proche de la surface. Les lidars mobiles et sur drone atteignent habituellement le niveau centimétrique, et les lidars aéroportés sur avion piloté quelques centimètres à quelques décimètres selon l'altitude, la qualité du GNSS et l'étalonnage.
Le lidar peut-il voir à travers l'eau ?
La lumière du lidar proche infrarouge standard est essentiellement absorbée ou réfléchie à la surface de l'eau : il ne peut donc pas cartographier le relief sous-marin. Le lidar bathymétrique utilise une lumière verte d'environ 532 nanomètres, qui pénètre l'eau et permet de cartographier le fond à une profondeur dépendant de la transparence : de quelques mètres dans les rivières troubles à plusieurs dizaines de mètres dans les eaux côtières claires.
Les données lidar sont-elles téléchargeables gratuitement ?
Une grande partie des données lidar aéroportées publiques est gratuite. Aux États-Unis, le programme 3D Elevation Program de l'USGS offre une couverture nationale consultable et téléchargeable dans ses visualiseurs en ligne ; de nombreux autres pays publient aussi des données altimétriques nationales. Vérifiez la date, la densité de points et la précision des données publiques avant de les utiliser pour la conception technique.
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