Le lidar CASALS de la NASA cartographie le sol en 3D, testé en avion

Depuis l’orbite, les instruments laser actuels mesurent les forêts et le relief de la Terre une ligne étroite à la fois. Entre ces lignes s’étendent d’immenses vides, dont des millions d’acres que les scientifiques ne mesurent jamais directement. Lors d’un vol au-dessus du marais Great Cypress Swamp, dans le Delaware, le 12 novembre 2024, les données de l’instrument ont fait apparaître, dans des couleurs distinctes et sur une seule image continue, le sommet de la canopée, le sol et la végétation basse.

Tout tient à la lumière. Les lidars classiques orientent leur laser à l’aide de miroirs mobiles. CASALS, mis au point avec le soutien du bureau technologique des sciences de la Terre de la NASA, utilise un laser « germe » à impulsions rapides, centré sur 1040 nanomètres, qui parcourt 256 longueurs d’onde. Cette lumière traverse un réseau de transmission, un composant portant un motif microscopique de crêtes. Comme la lumière se courbe selon des angles légèrement différents selon sa longueur d’onde, le réseau envoie chacune des 256 impulsions vers une position différente le long de la trajectoire de vol. Il en résulte une bande de sol plutôt qu’une trace unique, sans qu’aucune pièce mobile ne soit nécessaire.

Ce choix compte aussi pour la fiabilité. Les miroirs motorisés sont lourds et sujets aux pannes ; les supprimer réduit considérablement la taille, le poids et les besoins en énergie de l’instrument, ce que l’équipe juge essentiel pour l’environnement hostile de l’espace. La matrice de détection apporte un second avantage : elle fonctionne avec une efficacité quantique de 80 %, c’est-à-dire qu’elle convertit presque toute la lumière de retour en signal électrique. Selon l’équipe, cela permet à CASALS de capter des signaux de retour bien plus faibles, ce qui l’aide à mesurer des surfaces plus sombres ou le sol sous une végétation plus dense.

Ce que cela change, et pour qui, dépend des prochaines étapes. Les chercheurs qui étudient les forêts, le relief et les écosystèmes en mutation disposeraient d’une cartographie bien plus complète que celle qu’offrent aujourd’hui les profils isolés. Pour l’instant, le bénéfice se limite aux vols en avion : l’équipe prévoit de faire voler de nouveau CASALS lors de la campagne ASCENT, prévue pour l’été 2027, et n’a pas annoncé à quelle date une version spatiale pourrait voler. D’ici là, elle compte élargir la bande et ajouter un logiciel de traitement des données embarqué.

La confiance de l’équipe repose sur une première campagne qui, selon les mots de Yorks, « a très bien fonctionné dès la première fois que nous l’avons fait voler ». À une altitude d’environ cinq kilomètres, CASALS distingue déjà les branches individuelles des arbres et de subtiles variations d’altitude du sol, grâce à sa résolution horizontale de 22 centimètres. Transformer cette performance en satellite implique encore de repenser la bande et le traitement, et la NASA présente ce résultat comme conditionné à la réussite de ces travaux.