Le LiDAR fonctionne-t-il sous l’eau ?
Comment fonctionne le balayage laser sous l’eau ? Comment un laser peut-il pénétrer dans l’eau ?
Quels sont les principaux avantages et défis liés à l’utilisation de cette technique ? Que se passe-t-il lorsqu’une impulsion laser touche l’eau ? Ceci est expliqué dans l’article suivant sur le LiDAR bathymétrique.
Mesure des profondeurs sous-marines
Depuis des milliers d’années, les hommes étudient la profondeur des fonds des rivières, des mers et des océans afin de pouvoir faire naviguer les bateaux en toute sécurité. Aujourd’hui, ces mesures de profondeur sont effectuées à l’aide d’une technologie avancée qui comprend soit des sons (sonar), soit des impulsions laser (LiDAR). L’étude des topographies sous-marines est appelée bathymétrie, tandis que l’étude des profondeurs sous-marines est connue sous des termes tels que cartographie des fonds marins ou imagerie.
Cet article traite du LiDAR bathymétrique, une forme spécialisée de LiDAR pour la bathymétrie qui utilise le LiDAR à pénétration d’eau pour mesurer avec précision la topographie sous-marine. La bathymétrie par LiDAR est réalisée à l’aide d’un système LiDAR bathymétrique aéroporté monté sur un avion, un hélicoptère ou un véhicule aérien sans pilote (UAV) afin de mesurer les profondeurs des masses d’eau côtières et intérieures relativement peu profondes. Cette technique existe depuis les années 1970 et a été utilisée à l’origine pendant la guerre froide pour la détection des sous-marins. Depuis lors, la technologie a progressé, ce qui a donné lieu à diverses nouvelles applications.
Fonctionnement d’un LiDAR bathymétrique
Le LiDAR bathymétrique utilise des impulsions laser vertes. Ils permettent de mesurer la distance entre la surface de l’eau et le fond marin. Depuis une plate-forme volante, un scanner laser émet un rayonnement vert qui traverse l’eau et se reflète sur le fond marin. Le scanner laser recueille le rayonnement réfléchi de l’impulsion et calcule le temps écoulé entre l’émission et la réception pour obtenir la distance par rapport à la surface de l’eau et au fond marin.
C’est ainsi que le LiDAR bathymétrique recueille des informations sur la profondeur et détermine où se trouve la surface de l’eau. Examinons de plus près la trajectoire d’une impulsion laser émise par un scanner laser afin de mieux comprendre ce qui se passe après qu’une impulsion laser ait touché l’eau.
La trajectoire d’une impulsion laser : tir, impact et retour
Une impulsion laser puissante et courte d’une longueur d’onde de 532 nm (lumière verte) est émise par un LiDAR à une fréquence élevée (5 000 à 500 000 tirs par seconde). Lorsque la lumière pénètre dans l’eau, elle est réfractée, ce qui signifie que l’angle change. En outre, la lumière est diffusée et absorbée par l’eau avant qu’elle ne touche le fond.
Si l’eau est suffisamment transparente, le laser suffisamment puissant et le fond n’est pas trop profond, une partie de la lumière atteint le fond de l’eau et s’y reflète. Le type de fond a une grande influence sur la réflectivité. Par exemple, le sable blanc reflète plus de lumière qu’une couche de boue sombre qui absorbe la plus grande partie de la lumière.
Le même capteur LiDAR bathymétrique qui émet les impulsions détecte les photons de lumière réfléchis. Le numériseur du capteur LiDAR convertit les photons détectés en signaux numériques, ce qui permet d’obtenir une forme d’onde détaillée pour chaque impulsion. Le moment où l’impulsion laser touche la surface de l’eau et le fond de l’eau peut être déduit de la forme d’onde, tandis que la profondeur du fond de l’eau est dérivée de la différence de temps entre le moment où l’impulsion touche la surface de l’eau et celui où elle touche le fond de l’eau. Ces informations sont utiles pour de nombreuses applications.
Applications de la cartographie bathymétrique
Comme indiqué ci-dessus, le LiDAR bathymétrique a d’abord été utilisé pour détecter les sous-marins. Cependant, grâce aux progrès de la technologie des capteurs, de nombreuses autres applications utilisant le LiDAR bathymétrique ont été développées. Grâce à des plateformes plus petites, notamment des drones et de petits hélicoptères pouvant transporter des charges utiles plus lourdes, les systèmes LiDAR bathymétriques peuvent couvrir rapidement de vastes zones et capturer des données 3D précises qui incluent le fond marin et le terrain environnant de différentes masses d’ eau. Voici trois applications populaires qui utilisent le LiDAR bathymétrique :
Gestion des côtes et cartographie des habitats
Pour cette application, les données à haute résolution de l’environnement sous-marin sont utilisées pour planifier les projets d’infrastructure côtière, assurer le développement durable et préserver l’équilibre écologique des écosystèmes côtiers.
Levés hydrographiques
La technologie LiDAR bathymétrique permet une collecte de données rapide, précise et rentable pour les levés hydrographiques, qui consistent à mesurer les caractéristiques physiques des masses d’eau (profondeur, courants et topographie sous-marine).
Archéologie sous-marine
Le LiDAR bathymétrique permet de trouver et d’étudier des sites archéologiques submergés, tels que d’anciennes épaves et des colonies submergées.
Il ne s’agit là que d’un petit échantillon des applications actuelles utilisant le LiDAR bathymétrique. D’autres applications comprennent l’analyse des risques d’inondation et la planification de nouveaux investissements dans les infrastructures. Le LiDAR bathymétrique peut également remplacer les navires de surface dans les zones inaccessibles telles que les sites peu profonds, éloignés ou obstrués.
Avantages et défis du déploiement du LiDAR pour les levés bathymétriques
Au fil du temps, le LiDAR bathymétrique s’est révélé être une technique rapide, fiable, précise et sûre pour cartographier rapidement les eaux littorales, les plages, les ouvrages d’art côtiers, etc. Par rapport aux méthodes traditionnelles, telles que les systèmes à base de sonar ou les sondages de profondeur manuels, Le LiDAR bathymétrique permet de générer des cartes plus détaillées et plus précises de la topographie sous-marine. Il permet également de cartographier de manière transparente l’eau et les terres environnantes, avec la capacité d’atteindre jusqu’à trois fois la profondeur de l’eau visible.
L’avantage de l’utilisation de la lumière verte pour le LiDAR bathymétrique est qu’elle pénètre plus profondément dans l’eau que les autres fréquences, ce qui permet de capturer des profondeurs plus importantes que les méthodes de bathymétrie standard peuvent manquer. La lumière verte se disperse également moins sur les particules en suspension que les autres longueurs d’onde, ce qui réduit les imprécisions dues à la présence de sédiments ou d’algues en suspension dans la colonne d’eau.
Le LiDAR bathymétrique est également une option plus durable et plus sûre pour la cartographie sous-marine, car il ne nécessite pas de navires d’étude coûteux et consommateurs de carburant, ni de personnes qui pénètrent dans l’eau. Ceux-ci pourraient se perdre ou se blesser pendant les relevés, alors que l’utilisation de capteurs bathymétriques LiDAR élimine ces risques potentiels.
Cependant, le choix du LiDAR bathymétrique par rapport aux méthodes de levés traditionnelles présente également des difficultés. Dans un milieu dynamique comme l’eau, il n’existe pas de solution unique pour chaque projet : la profondeur que vous pouvez mesurer dépend de la transparence et de la turbidité de l’eau, de la réflexion du fond et de l’intensité de l’impulsion laser.
Exploration des profondeurs sous-marines et de la topologie du sol
Le système topobathymétrique YellowScan Navigator est un excellent exemple des progrès constants du LiDAR bathymétrique. Cette solution innovante permettant d’explorer les profondeurs sous-marines et la topologie du sol à l’aide d’un seul bouton a été conçue pour effectuer des mesures bathymétriques en eaux peu profondes et peut être rapidement déployée sur un drone. Il couvre différents systèmes aquatiques tels que les rivages, les rivières, les lacs, les étangs, les mers, les océans, les gravières et bien d’autres encore. La profondeur maximale de l’eau qui peut être mesurée à l’aide du Navigator est de 2 profondeurs de Secchi.
En tant que système LiDAR à ondes complètes, il capture plus de données que les systèmes LiDAR à retour discret, ce qui garantit la continuité entre les points sous-marins et le terrain environnant, d’où un processus de cartographie transparent idéal pour des applications telles que l’érosion côtière, la surveillance de l’habitat, la modélisation des risques d’inondation, et bien plus encore.
Le système topobathymétrique, associé au logiciel YellowScan Cloudstation, rationalise l’analyse des données pour une cartographie bathymétrique précise sans sacrifier l’exactitude. Avec la détection automatisée des surfaces, la classification des eaux, la correction des points sous-marins et la mesure transparente de la profondeur, il offre tout ce dont vous avez besoin pour rendre votre flux de travail LiDAR bathymétrique plus productif et plus efficace.
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