Ecole LIDAR
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L’édition 2010

Auditoire

Chercheurs, ingénieurs chercheurs, doctorants, post-doctorants, et ingénieurs, exerà§ant leur métier dans les secteurs publics et privés.

Prérequis

Avoir un diplà´me d’ingénieur, un doctorat en physique, ou un Master 2 universitaire.

Langue

Les cours seront donnés en franà§ais à l’exception d’éventuelles conférences données en anglais par des intervenants étrangers.

Objectifs

Présentation des méthodes lidar (télédétection active par laser) utilisées dans différents domaines géophysiques et pour des applications plus spécialisées

Domaines géophysiques :

  • Atmosphère : qualité de l’air, climat, météorologie aux différentes échelles
  • Lithosphère, Pédosphère, biosphère : topographie de surface, géologie, couvert végétal, etc
  • Hydrosphère : altimétrie, bathymétrie, hydrologie, applications à l’architecture des villes,

Introduction à la détection de cible comme supplément aux applications de surface.

Présentation des méthodes lidar et des théories ainsi que des technologies pour les applications en prenant en compte les avancées les plus récentes dans les domaines précités.

Pratique de l’utilisation de lidar, accompagnée par de simulations numériques pour comparaison. Pour les lidars simples rétrodiffusion élastique nuages/aérosols : initiation au logiciel de traitement du signal, à l’analyse des données lidar, à l’analyse critique des performances et des erreurs.

Programme

  1. Introduction
    • Besoins et dans quels domaines
    • Concept et classification des méthodes de télédétection, des méthodes de télédétection optique, des lidar
    • Principes de la mesure lidar (idéale). Revue des méthodes lidar dans le domaine spectral de l’UV à l’IR (0,27 µµm à 12 µµm), domaines d’applications en géophysique, applications spécifiques. Spécificités. Forces et faiblesses
    • État présent. Bref historique du lidar avant le laser, d’o๠on vient et o๠on va
  2. Fondamentaux lidar
    • Technique lidar et instrument lidar.
    • Les cibles et leurs milieux. Nature et constitution des cibles : microscopiques réparties (molécules, particules), macroscopiques distribuées (végétation, interfaces), dures (surface, â€Â¦).
    • Propagation en milieux semi transparents (atmosphère, eau peu profonde), milieux denses.
    • Processus physiques d’interaction lumière matière, spectroscopie.
    • Problème direct : bilan radiométrique, signal lidar.
    • Les différentes équations lidar. Produit simple et produit de convolution des réponses. Approximations. Diffusion simple, diffusion multiple, approximations.
    • Éclairement du récepteur, phénomène de tavelures, statistique du signal optique
    • Conversion photon-électron. Détection directe et détection hétérodyne. Mélange optique.
    • Conversion électrique-numérique. Signaux analogiques. Comptage de photons. Signaux numériques.
    • Signal radiométrique associé au fond de scène
    • Bruits de détection, bruits intrinsèques. Rapport signal à bruit (RSB)
    • Techniques clé : laser et détecteur.
    • Problème inverse. Traitement du signal : technique clé pour performance optimale et ressource minimale
  3. Les milieux étudiés :
    • Atmosphères terrestre et planétaire
    • Continent : Pédosphère, biosphère
    • Hydrosphère : plateau continental, lacs, rivières, mers, océan ouvert
  4. Les cibles. Microscopiques, macroscopiques.
    • Composition. Interactions lumière-matière, spectroscopie.
    • Diffusion élastique (dite Rayleigh et Mie), inélastique Raman vibrationnelle et rotationnelle, polarisation et dépolarisation, diffusion Brillouin.
    • Effet Doppler en diffusion et en absorption.
    • Absorption moléculaire.
    • Fluorescence atomique, moléculaire
  5. Instruments lidar.
    • Architecture (du laser émetteur au calculateur). Système et sous systèmes. Métrologie associée
    • Acquisition et mise en forme des données.
    • Lasers (leur caractéristiques pour les objectifs et les performances escomptées)
    • Conception et simulations lidar
    • Technologie disponibles
  6. Les différents lidars.
    • Nature du problème lidar direct et des problèmes inverses.
    • Application biunivoque. Problèmes mal posé. Ambiguà¯té
    • Informations complémentaires requises
    • Cibles dures et cibles réparties
      • Rétrodiffusion élastique
      • Topographie et modèle numérique de terrain, canopée, végétation et sursols.
        Polarisation
      • Diffusion Raman vibrationnel spontanée de l’eau liquide
      • Fluorescence (non résonnante)
      • Réflectivité différentielle
      • Effet Doppler
    • Cibles distribuées
      • Rétrodiffusion élastique (dites Rayleigh et Mie)
      • Diffusion Brillouin spontanée (gaz)
      • Polarisation
      • Haute résolution spectrale (séparation par interféromètre, par absorption)
      • Diffusion Raman vibrationnelle spontanée (gaz, gouttelettes d’eau, cristaux de glace)
      • Diffusion Raman rotationnelle spontanée (gaz)
      • Fluorescence (non résonnante, résonnante)
      • Absorption différentielle
      • Effet Doppler.
      • Lidar multi propos (multi applications)
      • Lidar mis en Ã…“uvre au sol, réseau. Lidar aéroporté. Lidar spatiaux. Lidar extra-terrestres.
      • Synergies techniques et instrumentales. Concurrences et complémentarité des techniques de télédétection (actives entre elles, passives/actives)
  7. Applications atmosphériques. Exemples de réalisations.
    • Structure et stratification : nuages, aérosols. Caractéristiques radiatives : extinction, rapport lidar, phase thermodynamique.
    • Composition en composés gazeux minoritaires, chimie, gaz à effet de serre. Contenu intégré, profil
    • Variables primaires : Champs de vent 2D et 3D. Turbulence. Température. Pression.
    • Flux de composés minoritaires
  8. Surface et cibles dures
    • Surfaces continentales. Topographie milieux naturels (canopée végétale, végétation, etc) et milieu urbanisés. Géologie. Humidité des sols.
    • Hydrologie. Bathymétrie.
    • Cibles dures (probabilité de détection, fausse alarme)
  9. Futures applications
  10. Résumé, discussions et conclusion.

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