Qu'est-ce que le laser pour Wind LiDAR ?

Qu'est-ce que le laser pour le LiDAR éolien ?

Wind LiDAR, qui signifie Light Detection and Ranging, est une technologie capable de mesurer la vitesse et la direction du vent à distance. Il s'agit d'un outil utile pour réaliser des évaluations environnementales, des évaluations des ressources éoliennes et des prévisions météorologiques générales. L’un des éléments clés de la technologie LiDAR est le laser.

Qu’est-ce que le LiDAR ?

Avant de plonger dans le rôle des lasers dans le LiDAR éolien, il est important de comprendre les bases de la technologie LiDAR. Le LiDAR est une technique de télédétection qui utilise la lumière laser pour mesurer les distances et générer des cartes 3D précises et détaillées des environnements.

Dans les applications LiDAR éolienne en particulier, trois types différents de LiDAR sont généralement utilisés : LiDAR doppler, LiDAR à temps de vol et LiDAR à ondes continues modulées en fréquence (FMCW).

Les systèmes Doppler LiDAR mesurent la vitesse et la direction du vent en mesurant le décalage de fréquence dans le laser qui est réfléchi vers le système par les aérosols dans l'air. Les systèmes LiDAR à temps de vol déterminent la vitesse du vent en mesurant le temps nécessaire à une impulsion de lumière laser pour être réfléchie vers le système. Les systèmes FMCW LiDAR utilisent un laser à onde continue pour mesurer la vitesse du vent en analysant le décalage de fréquence du laser.

Quel que soit le type de LiDAR utilisé, les lasers constituent un élément essentiel de la capacité de la technologie à mesurer avec précision et efficacité la vitesse et la direction du vent sur de longues distances.

Qu'est-ce qu'un laser ?

Un laser, ou amplification de lumière par émission stimulée de rayonnement, est un appareil qui produit un faisceau de lumière focalisé. Contrairement aux sources lumineuses traditionnelles telles que les ampoules à incandescence ou les lampes fluorescentes, les faisceaux laser sont hautement directionnels et peuvent être focalisés avec précision.

Les appareils laser fonctionnent en amplifiant la lumière à l’aide d’un processus appelé émission stimulée. Ce processus implique l’excitation d’électrons dans certains matériaux, généralement des cristaux ou des gaz, ce qui les amène à émettre des photons (particules lumineuses). Ces photons stimulent ensuite d’autres électrons excités pour qu’ils émettent davantage de photons, créant ainsi une réaction en chaîne qui amplifie le faisceau lumineux.

Les lasers sont couramment utilisés dans des domaines tels que la médecine, l'armée et les télécommunications en raison de leur haut degré de précision et de leur polyvalence.

Lasers dans le vent LiDAR

Dans les applications éoliennes LiDAR, les lasers sont utilisés pour générer un faisceau de lumière pulsée qui est émis dans l’environnement. Lorsque le faisceau lumineux se déplace dans l’air, il se reflète sur les aérosols, la poussière et d’autres particules présentes dans l’atmosphère.

La lumière réfléchie est ensuite détectée par le récepteur du système LiDAR, qui mesure le temps nécessaire à la lumière pour se déplacer vers et depuis ces particules. En analysant le temps nécessaire à la lumière pour se refléter vers le système, le LiDAR est capable de calculer la distance entre le système et les particules.

La technologie laser est essentielle à la capacité du LiDAR à mesurer la distance exacte entre le système et les particules ciblées. Sans lasers, d'autres sources lumineuses telles que les LED ne seraient pas en mesure de fournir la focalisation directionnelle et l'intensité requises pour des mesures précises sur de longues distances.

De plus, la fréquence précise des faisceaux laser permet de mesurer de subtils changements dans la longueur d’onde de la lumière réfléchie, qui peuvent être utilisés pour déterminer la vitesse et la direction des vents. Ces mesures sont essentielles dans des applications telles que le développement de l'énergie éolienne, où des données précises sur la vitesse et la direction du vent sont essentielles pour déterminer le rendement énergétique potentiel d'un parc éolien.

Types de lasers utilisés dans le LiDAR éolien

Dans le LiDAR éolien, deux types de lasers sont généralement utilisés : les lasers à semi-conducteurs pompés par diode (DPSS) et les lasers à fibre. Les lasers DPSS utilisent des matériaux cristallins pour amplifier la lumière, tandis que les lasers à fibre utilisent des fibres optiques pour guider et amplifier la lumière.

Les deux types de lasers ont leurs propres avantages et inconvénients. Les lasers DPSS, par exemple, sont généralement plus puissants que les lasers à fibre et peuvent générer des signaux de meilleure qualité. Cependant, ils sont également plus chers et nécessitent plus de maintenance que les lasers à fibre.

Les lasers à fibre sont généralement plus compacts, efficaces et moins chers que les lasers DPSS. Ils sont également plus polyvalents et peuvent être modifiés pour générer une gamme de longueurs d’onde, ce qui les rend idéaux pour diverses applications LiDAR. Cependant, les lasers à fibre ne sont généralement pas aussi puissants que les lasers DPSS, ce qui peut limiter leur utilité lors de mesures sur de longues distances.

Conclusion

Dans les applications éoliennes LiDAR, les lasers sont des composants essentiels dans la capacité de la technologie à mesurer avec précision la vitesse et la direction du vent à distance. À mesure que la technologie LiDAR continue d’évoluer, le rôle des lasers dans ses applications évoluera également. Les progrès de la technologie laser entraîneront probablement de nouvelles améliorations de la précision, de la portabilité et du prix abordable des systèmes LiDAR éoliens.