Qu'est-ce que le lidar ? Fonctionnement des scanners lidar et domaines d'utilisation
À retenir
- Le lidar mesure la distance à partir du temps de trajet ou de la phase de la lumière laser réfléchie, puis l'associe aux angles du faisceau pour créer des points 3D.
- Les principaux systèmes lidar sont aéroportés, terrestres, mobiles et portables, chacun offrant un compromis différent entre portée, précision et vitesse.
- Le lidar terrestre de qualité topographique atteint généralement un bruit de mesure de distance millimétrique, tandis que le lidar aéroporté offre habituellement une précision de plusieurs centimètres.
- Le lidar ne voit pas à travers les murs ni le sol solide ; il mesure uniquement les surfaces que la lumière laser peut atteindre et depuis lesquelles elle peut revenir.
- Le choix d'un scanner lidar commence par le livrable : taille du site, précision requise et acquisition en intérieur, en extérieur ou en mouvement.
Qu'est-ce que le lidar et que signifie ce terme ?
En bref, le lidar est une manière de mesurer le monde avec de la lumière laser. Le mot signifie détection et télémétrie par la lumière : un capteur lidar émet de l'énergie laser, détecte la lumière réfléchie par une surface et convertit le temps ou la phase du retour en distance.
Une seule distance n'est pas très utile en soi. La puissance d'un scanner lidar vient du fait qu'il enregistre aussi l'angle horizontal et vertical exact de chaque mesure. Une distance et deux angles donnent une coordonnée X, Y, Z, et le scanner répète l'opération des centaines de milliers à des millions de fois par seconde.
Le résultat est un nuage de points : un ensemble dense de points 3D, souvent assortis de valeurs d'intensité et de couleur, décrivant la forme de bâtiments, terrains, locaux techniques, routes ou pièces industrielles. Les ingénieurs mesurent, modélisent et comparent ensuite ces données au lieu de retourner sur site.
Comment fonctionne la technologie lidar ?
La technologie lidar mesure le temps nécessaire à la lumière pour atteindre une cible et revenir, ou la variation de phase d'un faisceau modulé. Les deux méthodes reposent sur la vitesse constante de la lumière, d'environ 300 000 km par seconde.
Lidar à temps de vol (pulsé)
Un scanner pulsé envoie une courte impulsion laser et chronomètre son retour. La distance est égale à la vitesse de la lumière multipliée par le temps aller-retour, divisée par deux. Les impulsions pouvant être puissantes et brèves, les appareils à temps de vol atteignent de longues portées et fonctionnent bien en extérieur et depuis un avion.
Lidar à déphasage
Un scanner à déphasage émet un faisceau continu modulé à des fréquences connues et compare la phase des signaux émis et reçus. Cela permet des cadences de mesure très élevées et un faible bruit à courte et moyenne portée, d'où son utilisation par de nombreux scanners terrestres de bâtiments.
Déviation et positionnement
Des miroirs, des têtes rotatives ou des optiques à état solide orientent le faisceau dans la scène. Les scanners terrestres tournent sur un trépied fixe, tandis que les systèmes mobiles et aéroportés ajoutent le GNSS et une centrale inertielle (IMU), ou un logiciel SLAM, pour connaître la position du capteur à chaque instant.
Quels sont les principaux types de systèmes lidar ?
Les systèmes lidar sont généralement regroupés selon le mode de portage du capteur : aérien, sur trépied, sur véhicule ou à la main. La plateforme détermine la vitesse de couverture, la précision et le coût davantage qu'une caractéristique isolée du capteur.
| Type | Plateforme habituelle | Usage type | Précision type |
|---|---|---|---|
| Lidar aéroporté | Avion, hélicoptère, drone | Cartographie de corridors et du terrain, foresterie, modèles d'inondation | Plusieurs cm (souvent environ 5–15 cm en altimétrie) |
| Lidar terrestre | Scanner sur trépied | Bâtiments, levés de récolement, installations industrielles, patrimoine | Bruit de mesure de distance millimétrique à courte portée |
| Lidar mobile | Véhicule, chariot ferroviaire, bateau | Routes, voies ferrées, espaces urbains, cartographie d'infrastructures | Niveau centimétrique avec un bon GNSS et un canevas |
| Lidar portable | Opérateur à pied, sac à dos | Intérieurs, tunnels, stocks, acquisition rapide de sites | Généralement 1–3 cm en relatif |
Ces chiffres sont des plages usuelles, pas des garanties. La précision réelle dépend de la portée, de la surface cible, de l'étalonnage, du géoréférencement et du traitement. Pour approfondir les travaux sur trépied, consultez notre guide de la précision du scan laser terrestre et du processus de terrain.
Lidar 2D et lidar 3D
Un capteur lidar 2D balaie un seul plan, ce qui convient à la détection d'obstacles sur les robots et aux systèmes de sécurité. Un scanner lidar 3D ajoute un deuxième axe de rotation ou plusieurs faisceaux afin d'acquérir des volumes complets. La topographie et la cartographie lidar nécessitent presque toujours des données 3D.
Que fait un scanner lidar en topographie et dans la construction ?
En topographie et dans la construction, un scanner lidar acquiert rapidement et intégralement l'état existant, afin que les équipes mesurent au bureau plutôt que sur le terrain. Il remplace de nombreuses mesures individuelles au ruban, à la station totale ou au GNSS par des millions de points.
- Topographie lidar et levés topographiques : les lidars aéroportés et sur drone produisent des modèles de terrain nu, des courbes de niveau et des analyses de pente sur de grandes surfaces.
- Récolement et scan vers BIM : les scanners terrestres enregistrent les détails structurels, mécaniques et architecturaux pour la rénovation et la détection de conflits.
- Cartographie d'infrastructures : les levés lidar mobiles des routes, ponts, tunnels et voies ferrées enregistrent les gabarits et l'état des surfaces.
- Volumes : les stocks et terrassements peuvent être mesurés par des scans répétés.
- Surveillance des déformations : la comparaison de scans dans le temps révèle les tassements ou mouvements.
Un scanner lidar de chantier est particulièrement utile lorsque le site est complexe, encombré ou dangereux, car l'équipe reste à distance et acquiert tout en un seul passage. Notre présentation du scan SLAM et de la cartographie mobile portable décrit l'acquisition en marchant dans les intérieurs et les tunnels.
Quelle est la précision du lidar et qu'est-ce qui limite sa portée ?
La précision lidar dépend principalement de la plateforme, de la distance à la cible et de la qualité du géoréférencement. Les scanners terrestres sont généralement les plus précis ; les systèmes aéroportés privilégient la couverture au prix d'une moindre précision.
La portée lidar est limitée par la puissance du laser, sa classe de sécurité oculaire, la réflectivité de la surface et la cadence de mesure. Les surfaces sombres, mouillées ou brillantes renvoient moins de lumière ; les spécifications indiquent donc normalement une portée pour une réflectivité donnée, comme un blanc à 90 % ou un gris à 18 %. Des cadences plus élevées impliquent généralement une portée maximale plus courte.
À titre d'exemple concret, notre scanner laser 3D terrestre mesure jusqu'à 2 millions de points par seconde avec une portée de 0,5–70 m ou 0,5–150 m (blanc, 90 %). Sa version longue portée atteint 614 m à 0,5 Mpts/s, mais 153 m à 2 Mpts/s, ce qui illustre clairement le compromis entre vitesse et portée.
Longueur d'onde lidar et sécurité oculaire
La plupart des lidars topographiques utilisent une lumière proche infrarouge. Les longueurs d'onde autour de 905 nm et 1550 nm sont courantes ; la bande 1550 nm permet davantage de puissance dans les limites de sécurité oculaire. La lumière verte proche de 532 nm pénètre l'eau et sert à la bathymétrie lidar. Les classes de sécurité laser sont définies par l'IEC 60825-1 ; la classe 1 signifie une utilisation normale sans danger pour les yeux.
Lidar, scan laser et photogrammétrie
Le lidar et le scan laser désignent essentiellement la même technologie ; « scanner laser » est le terme courant pour les instruments topographiques sur trépied et portables, tandis que « lidar » s'emploie davantage pour les capteurs aéroportés, automobiles et mobiles. Le débat laser ou lidar relève surtout du vocabulaire.
La comparaison la plus utile oppose le lidar à la photogrammétrie, qui construit des modèles 3D à partir de photos se recouvrant.
| Critère | Lidar / scan laser | Photogrammétrie |
|---|---|---|
| Principe de mesure | Télémétrie laser active | Images passives et triangulation |
| Faible luminosité et intérieur | Fonctionne dans l’obscurité | Nécessite un bon éclairage |
| Végétation | Les échos multiples peuvent atteindre le sol par les ouvertures | Modélise généralement uniquement le sommet de la canopée |
| Surfaces pauvres en texture | Mesure directe | Difficultés sur les murs unis, l'eau et la neige |
| Détail des couleurs | Nécessite une caméra supplémentaire | Texture photographique native |
De nombreux projets combinent les deux : lidar pour la géométrie et caméra pour la couleur. Une « caméra lidar » désigne généralement cette association d'un capteur de profondeur et d'une caméra RVB.
Traitement des données lidar : des scans bruts aux livrables
Les données lidar brutes ne deviennent utiles qu'après traitement : recalage, nettoyage, classification et modélisation. Prévoyez du temps de bureau pour ces opérations, car elles prennent souvent plus de temps que le terrain.
- Importer et recaler : aligner les scans dans un même système de coordonnées à l'aide de cibles, de géométrie commune ou de trajectoires GNSS/IMU.
- Géoréférencer : rattacher le nuage au canevas topographique pour l'intégrer aux coordonnées du projet.
- Nettoyer : retirer le bruit, les objets mobiles et les points aberrants.
- Classifier : séparer le sol, la végétation, les bâtiments et les autres classes, notamment pour les modèles de terrain.
- Extraire les livrables : modèles numériques de terrain, courbes de niveau, coupes, plans 2D, maillages, modélisation 3D lidar ou éléments BIM.
- Exporter : les formats ouverts tels que LAS/LAZ et E57 assurent la portabilité des données entre applications.
Notre guide du traitement et du recalage des nuages de points détaille chaque étape.
Coût du lidar et choix d'un scanner
Le coût du lidar varie davantage selon la plateforme et la classe de précision que selon la marque. Les capteurs lidar économiques pour la robotique sont peu coûteux, tandis que les systèmes terrestres, portables et aéroportés de qualité topographique constituent des investissements professionnels.
À titre indicatif général, les scanners portables et terrestres de qualité topographique coûtent généralement plusieurs dizaines de milliers de dollars américains, et les systèmes aéroportés davantage. Les logiciels, la formation et le temps de traitement s'ajoutent au total. Ces indications ne sont que des repères ; le prix exact dépend de la configuration.
Avant de choisir, répondez à ces questions :
- Quel livrable vous faut-il, et à quelle précision ?
- Le travail se fait-il surtout en intérieur, en extérieur ou sur de longs corridors ?
- Quelle portée maximale et quelle vitesse de scan exige un site habituel ?
- Avez-vous besoin d'un géoréférencement sur un canevas GNSS ?
Pour une acquisition en marchant, le scanner laser SLAM portable pèse 925 g et fournit une épaisseur de nuage de points ≤ 1 cm après post-traitement. Mars Geosystems fournit des scanners dès une unité, avec des options OEM pour les distributeurs ; vous pouvez demander un devis pour du matériel lidar en précisant votre projet.
À lire également, par nos ingénieurs : comparaison des types de lidar.
Questions fréquentes
Comment fonctionne un lidar, en termes simples ?
Un lidar envoie de la lumière laser sur une surface et mesure le temps nécessaire au retour de la réflexion, ou la variation de sa phase. La vitesse de la lumière étant connue, ce temps est converti en distance. Associée à l'angle du faisceau, chaque mesure devient un point 3D, et des millions de points forment un modèle de la scène.
Le lidar peut-il voir à travers les murs ?
Non. Le lidar nécessite une ligne de visée dégagée, car la lumière laser se réfléchit sur la première surface opaque rencontrée. Il ne traverse ni les murs, ni le béton, ni le sol. Il peut voir à travers des ouvertures, comme des portes ou fenêtres ouvertes et des espaces entre les feuilles, ce qui explique pourquoi le lidar aéroporté atteint souvent le sol sous la canopée.
À quelle profondeur le lidar peut-il pénétrer le sol ?
Le lidar ne pénètre pas du tout le sol solide. Ce qu'il mesure sous la végétation est la surface du sol visible à travers les ouvertures de la canopée. Pour cartographier des canalisations, câbles ou cavités enterrés, il faut d'autres méthodes, comme le géoradar ou les localisateurs électromagnétiques, généralement rattachées à des positions GNSS.
Quelle différence entre lidar aéroporté et lidar terrestre ?
Le lidar aéroporté est embarqué sur un avion ou un drone et couvre rapidement de grandes surfaces, avec une précision généralement de plusieurs centimètres. Les scanners terrestres sont installés sur trépied, acquièrent des détails bien plus denses depuis le sol et atteignent habituellement un bruit de mesure de distance millimétrique à courte portée, mais couvrent moins de surface par jour.
Qu'est-ce qu'un levé lidar mobile ?
Un levé lidar mobile utilise des scanners montés sur un véhicule, un chariot ferroviaire, un bateau ou un sac à dos et acquiert les données en mouvement. Le GNSS, une IMU ou un logiciel SLAM suivent la position du capteur. Cette méthode est efficace pour les routes, les voies ferrées et les longs corridors d'infrastructures, mais des points d'appui sont normalement ajoutés pour atteindre une précision topographique.
Qu'est-ce que la bathymétrie lidar ?
La bathymétrie lidar utilise une lumière laser verte, qui pénètre mieux l'eau que le proche infrarouge, pour mesurer la profondeur des rivières, des lacs et des zones côtières peu profondes. La profondeur atteinte dépend fortement de la transparence : une eau claire permet des mesures bien plus profondes qu'une eau trouble. Le lidar topobathymétrique associe la cartographie terrestre et aquatique en un seul vol.
Un scanner lidar est-il identique à un scanner laser 3D ?
En pratique, oui. Tous deux mesurent les distances avec de la lumière laser et produisent des nuages de points. Le terme scanner laser 3D est courant pour les instruments topographiques sur trépied et portables, tandis que lidar est davantage utilisé pour les capteurs aéroportés, mobiles et automobiles. Le principe de scan laser lidar sous-jacent est identique.
Besoin de matériel pour ces travaux ?
Indiquez les travaux, le pays et la quantité. Un ingénieur répond avec une configuration et un prix sous un jour ouvré. MOQ : une unité ; OEM disponible.
