L’imagerie en 3 dimensions est démocratisée à très courte distance dans le contrôle industriel ou le jeu vidéo. A longue distance, dans le domaine altimétrique (structure des bâtiments et des forêts), son accès est déjà ouvert par l’intermédiaire des systèmes LIDAR à balayage. Dans le domaine météorologique, l’imagerie 3D est très limitée pour atteindre simultanément de grandes distances, des résolutions importantes en voxels et des précisions suffisantes sur les variables mesurées: vitesse du vent, température, absorption de gaz traces…
Pour lever ces limitations, des verrous technologiques doivent être levés sur différents axes:
– augmenter les capacités énergétiques des lasers à haute cadence notamment dans le proche infrarouge où on peut bénéficier de la sécurité oculaire maximale (1.5-2 µm)
– améliorer la sensibilité des détecteurs dans ce même domaine spectral et concevoir des détecteurs matriciels intégrant des circuits de lecture avancés
– concevoir des systèmes de balayage ultrarapide
La recherche sur le CO2 atmosphérique a motivé l’intérêt du groupe LIDAR pour les différents verrous technologiques mentionnés ci-dessus. Dans la perspective d’une mission spatiale lidar CO2, le groupe a réalisée une nouvelle source laser à 2 µm pour l’Agence Spatiale Européenne (ESA). C’est le projet PHLAC (2014-2018), “2-µm pulsed holmium laser for atmospheric CO2”, avec le consortium LMD-ONERA-LEONARDO. La source laser réalisée repose sur une configuration MOPA (Master Oscillateur – Power Amplifier) double pulse, double longueur d’onde monomode. La source délivre des impulsions d’énergie 11/40 mJ à 300 Hz avec une très bonne stabilité fréquentielle (< 150 kHz @ 10 s).
La pureté spectrale est de 99.98 %. Une application industrielle de ce type de développement concerne le monitoring d’émissions anthropiques pour vérifier les inventaires des émissions de CO2 au-dessus d’un site dédié (ville, zone industrielle, site de capture et stockage de CO2). Le projet CARE-CO2, “Cartographie des émissions atmosphériques de CO2 par lidar”, a pour objectif l’intégration de la source laser décrite ci-dessus dans un lidar mobile et déployable sur le terrain.
Photographie du laser PHLAC développé au LMD pour une application lidar spatial CO2
Intégration mécanique et thermique pour des applications – lidar spatiale et industrielle dans le cadre du projet CARE-CO2
En parallèle une étroite collaboration entre le LMD, le CEA-Leti et le CNES a permis le développement d’un prototype de photodiode à avalanche HgCdTe à 2 µm. Un module complet de détection directe intégrant ce type de détecteur a été testé avec succès au LMD dans le cadre de la thèse d’Arnaud Dumas [Dumas 2016; 2017]. Ce travail a permis de lever le verrou technologique sur la détection lidar dans l’infra-rouge où aucun détecteur amplifié en interne et très faible bruit n’existait jusqu’à présent. Le projet H2020 HOLDON (2018-2021), “HgCdTe APD Optimization for Lidar Detection of greenHouse gases”, a pour objectif la maturité technologique de ce type de détecteur pour les lidars [http://holdon-h2020.eu]. Dans le cadre de l’observation 3-D des variables météorologiques thermodynamiques et gaz à effet de serre, le groupe lidar développe aussi des scanners de grandes ouvertures (ø 50 cm) pour les lidars COWI et TERA.
Prototype détecteur photodiode à avalanche HgCdTe réalisé au CEA-Leti (Grenoble) et testé dans une configuration lidar DIAL au LMD
Miroir de grande dimension en nid d’abeille réalisée pour les scanners COWI et TERA