Lidar dual-comb cohérent adapté au milieu marin – RACOON

Le projet RACOON (Lidar dual-comb cohérent adapté au milieu marin) s’inscrit dans le contexte du développement de nouvelles techniques d’imagerie sous-marine, à la fois pour des applications militaires (détection de menaces, d’intrusion, surveillance de sites sensibles…) et civiles (détection de ressources, surveillance d’ouvrages immergés, sécurité de la navigation et inspection d’épaves...). Ce projet vise à valider le concept d’un lidar sous-marin cohérent, à mettre au point un prototype, puis à le tester et à caractériser ses performances dans des conditions réalistes de milieu sous-marin.

RACOON se propose d’aller au-delà de l’état de l’art du lidar sous-marin, qui repose jusqu’à présent exclusivement sur une approche incohérente, c’est-à-dire que le signal détecté est l’intensité lumineuse. Au contraire, l’approche cohérente, qui repose sur la détection du champ électrique, offre a priori des avantages importants. En effet, dans cette approche, le signal varie comme l’inverse de la distance à la cible (contre l’inverse au carré dans l’approche incohérente), la détection du champ rend possible le filtrage des photons diffusés par les particules en suspension dans l’eau de mer, et donc doit permettre d’augmenter significativement le rapport signal sur bruit. Enfin, la détection cohérente offre la possibilité de mesure des déplacements ou des vitesses de la cible.

Dans un premier temps, nous démontrerons la pertinence de l’approche cohérente sur un système-test de laboratoire à 532 nm, qui permettra une comparaison simple directe des configurations cohérente et incohérente. Ce système-test sera également caractérisé au cours du projet, dans la cuve à eau de mer DEXMES du Laboratoire Géo-Océan, à Brest, qui permet de disposer d’environnements marins contrôlés (turbidité, vitesse d’écoulement). Ensuite, nous développerons un prototype de lidar cohérent dans le bleu-vert. Ce prototype repose sur une architecture bien maîtrisée par l’Institut FOTON, une double boucle à décalage de fréquence (ou boucle bi-directionnelle). Dans un premier temps, une boucle à 1550 nm sera réalisée sur la base de l’expérience acquise par le laboratoire sur des projets précédents (ANR COCOA, ANR Astrid MECHOUI). Un étage de triplement de fréquence permettra d’atteindre la région bleu-vert (517 nm), adaptée à la propagation sous-marine. Ce prototype, qui utilise le principe du dual-comb et de la détection multi-hétérodyne, doit offrir une résolution sub-centimétrique. Il sera testé d’abord dans la cuve DEXMES, puis, en fin de projet, dans le canal instrumenté de l’IFREMER (50 m) qui permettra de caractériser les performances du prototype dans des conditions réalistes, en termes de portée, de résolution, de signal sur bruit, et de capacité à mesurer des déplacements et des vitesses. En parallèle, une tâche de veille technologique sera menée sur les sources et les composants dans le bleu-vert. Pour le moment, les performances de ceux-ci ne permettent pas la réalisation d’un système dual-comb dans cette gamme spectrale, mais nous anticipons à terme cette possibilité, qui permettra de simplifier largement les futurs systèmes de lidar cohérent sous-marin.

Le projet RACOON est un projet de 36 mois, mono-partenaire, porté par deux équipes de l’Institut FOTON, à Rennes et Lannion. Il s’appuiera sur l’expérience et le savoir-faire de collaborateurs extérieurs via des prestations (Géo-Océan, IFREMER, Société Arcale). Les travaux seront effectués par un chercheur postdoctorant et par les chercheurs/enseignants chercheurs et personnels techniques de l’Institut FOTON.