Qu'est-ce qu'un Lidar ?

Le mot Lidar est la contraction de l'anglais LIght Detection And Ranging, que l'on traduit par « détection et mesure de distance par la lumière ». Concrètement, c'est un capteur laser de télédétection.

Son principe : mesurer le temps de vol (TOF, pour Time-Of-Flight) de faisceaux lumineux pour en déduire, avec une grande précision, la distance et l'intensité du signal renvoyé par chaque objet. Le résultat est une cartographie en trois dimensions de l'environnement.

Comment fonctionne le Lidar ?

Le capteur émet de très brèves impulsions lumineuses — des rayons laser sans danger pour l'œil (classe 1, Eye Safe) — qui se réfléchissent sur tout ce qui les entoure : un arbre, un piéton, un véhicule, un bâtiment, ou directement le sol. Le capteur mesure le temps que met chaque impulsion à faire l'aller-retour. Comme la vitesse de la lumière est constante (environ 299 792 458 m/s), ce délai se traduit immédiatement en distance, en temps réel.

Un Lidar haute densité envoie plusieurs centaines de milliers d'impulsions par seconde. L'ensemble de ces mesures est assemblé pour reconstruire un modèle 3D appelé nuage de points : des millions de points porteurs d'informations de position et de forme. Selon les modèles, la portée s'étend de quelques mètres à près d'un kilomètre.

Quel type d'onde utilise le Lidar ?

La longueur d'onde dépend de l'usage visé. Pour la cartographie 3D ou la détection d'obstacles, les Lidars travaillent généralement sur des longueurs d'onde comprises entre 900 et 1550 nm.

La multiplicité des échos

Une même impulsion peut générer plusieurs échos de retour. En traversant un environnement complexe (feuillage, mobilier urbain, façades…), le faisceau rencontre plusieurs surfaces situées à des distances différentes, et chacune renvoie une partie du signal.

Le premier écho, le plus fort, correspond souvent à l'objet le plus proche — un piéton, un vélo, une voiture. Le dernier, plus faible, vient de l'élément le plus éloigné : un arbre, une façade, le sol.

La plupart des capteurs enregistrent en moyenne deux échos ; les modèles les plus avancés peuvent en capter jusqu'à sept.

Lidar et intensité lumineuse

Au-delà de la distance, le Lidar mesure aussi l'intensité du signal réfléchi. Cette donnée permet de distinguer la nature des surfaces selon leur pouvoir réfléchissant — un marquage routier, un panneau, une signalétique ou un graffiti ne renvoient pas la lumière de la même façon. On obtient ainsi un nuage de points plus riche, où la réflectivité aide à interpréter la scène.

Quels sont les différents types de Lidars ?

Mécanique ou solid-state : lequel choisir ?

Les deux assurent une détection fiable quelles que soient les conditions de lumière et de météo, brouillard compris, en statique comme en dynamique. Le choix se joue surtout sur l'application, le champ de vision recherché et les contraintes de production et de maintenance.

Lidar 1D, 2D ou 3D ?

Le Lidar 2D n'embarque qu'un seul faisceau, pour une détection sur un seul plan. On le retrouve surtout en sécurité et en robotique d'intérieur — à courte portée, il sécurise l'interaction entre robots et humains en logistique, distribution ou santé. Le Lidar 3D, lui, combine plusieurs faisceaux (de 16 à 128 selon les modèles) pour mesurer simultanément sur plusieurs plans.

Quelle est l'échelle de précision d'un Lidar ?

Plusieurs paramètres entrent en jeu : la fréquence du laser, la puissance des diodes, la portée, la cadence de mesure et le nombre d'échos. Selon les modèles, la précision va de quelques millimètres à quelques centimètres. La plupart des gammes professionnelles offrent une précision centimétrique.

Lidar, radar, caméra, sonar : quelles différences ?

Toutes ces technologies « voient » l'environnement, mais pas avec la même onde ni dans les mêmes conditions. Le radar (RAdio Detection And Ranging) mesure lui aussi un temps de vol, mais via des ondes radio : le Lidar, avec son laser, gagne nettement en précision. La caméra ne capte que des images 2D en lumière visible et reste limitée la nuit ou par mauvais temps. Le sonar, enfin, n'utilise pas d'ondes électromagnétiques mais des ondes acoustiques pour détecter sous l'eau. Lidar et caméra sont d'ailleurs souvent combinés pour fiabiliser la détection et l'identification.

Là où l'ultrason manque de portée et où la caméra ne voit qu'en plein jour, le Lidar repère un obstacle à plusieurs dizaines de mètres — angle mort, brouillard, contre-jour au couchant, sac plastique sur la chaussée — de nuit comme sous la pluie.

Que comprend une installation avec un Lidar ?

Un Lidar fonctionne rarement seul. Sur un système embarqué, il s'accompagne généralement de capteurs complémentaires : récepteur GNSS, centrale inertielle, caméra, logiciel de perception 3D.

Le capteur mesure la distance vers chaque objet ou vers le sol. L'ajout d'un GNSS et d'une centrale inertielle permet de calculer la position précise (X, Y, Z) de la cible, tout en compensant les mouvements du porteur — véhicule, drone aérien ou drone marin — grâce à la mesure d'orientation.

Qu'est-ce que le SLAM ?

SLAM signifie « Simultaneous Localization And Mapping » : se localiser et cartographier en même temps, à partir des données du Lidar. Grâce à ses algorithmes, un véhicule en mouvement équipé d'un GNSS et d'un Lidar peut cartographier un environnement inconnu et produire des nuages de points géoréférencés.

Le SLAM ouvre aussi des fonctions de perception : analyse de trajectoires, mesure de vitesse, détection d'objets mobiles ou fixes autour du porteur.

Qu'est-ce qu'un logiciel de perception 3D ?

Un logiciel de perception 3D analyse et exploite les données spatiales issues des capteurs (Lidar, caméra, radar), seuls ou combinés. Il transforme des nuages de points ou des images en informations utiles : détection et identification de personnes ou d'objets, mesure de distances, de volumes ou de flux (comptage de personnes, calcul de stocks), surveillance en temps réel (intrusion, mouvement suspect) ou analyse comportementale (trajectoires, optimisation logistique).

Perception 3D ou SLAM : la nuance

Le SLAM est une technologie : un système se localise et cartographie un environnement inconnu en temps réel, puis en construit une carte 2D ou 3D, même sans repère préexistant comme le GPS. La perception 3D est une solution applicative qui s'appuie sur des briques comme le SLAM pour livrer des analyses concrètes (sécurité, logistique, gestion d'espaces) et interagir avec les objets et les personnes.

Dans quels domaines utiliser un Lidar ?

De la robotique à la cartographie de berges, de l'alerte collision à la navigation sans visibilité, les usages du Lidar sont nombreux. Tour d'horizon.