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L'âge d'or du Lidar

Alain Clapaudredaction@industrie-technologies.com

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L'âge d'or du Lidar

Tiré par la baisse des coûts de production et l’émergence de nouvelles technologies, le Lidar connaît un essor sans précédent. C’est notamment lui qui permettra aux futurs véhicules autonomes de se guider.

Contrôler la vitesse des automobilistes, prendre des mesures topographiques, réaliser depuis un drone la modélisation 3D d’un site industriel, inspecter des lignes électriques par hélicoptère ou encore doter un robot ou un véhicule autonome d’une vision 3D.... Toutes ces opérations nécessitent un même instrument, le lidar. Ce capteur de détection par rayon laser est devenu incontournable dans de très nombreuses applications. Et tout particulièrement dans les véhicules autonomes, dont l’avènement pourrait marquer son âge d’or.

Qu'est-ce qu'un lidar ?

Le lidar (light detection and ranging) permet de mesurer une distance à partir d’un rayon laser émis sur un objet ou dans l’atmosphère. Des centaines de milliers de points sont générés plusieurs fois par seconde pour une portée de l’ordre de plusieurs centaines de mètres. Le lidar délivre une mesure précise de la distance de chaque point sur lequel le laser se reflète ainsi qu’une intensité du signal reçu (représentée ici par une couleur). La résolution du lidar dépend du nombre de canaux ou couches (lignes tracées par le laser), qui vont de 4 à 256.

 

Selon Jean-Pierre Cariou, lauréat du prix Chéreau-Lavet en 2010 pour ses travaux sur le lidar et directeur de la technologie de Leosphere, « le lidar a réellement progressé au moment de l’explosion de la bulle internet, en 2001. Du fait du boom des télécoms, les fabricants de sources laser avaient conçu des lasers à fibre plus compacts et plus fiables. Ils ont cherché de nouveaux débouchés. » Aujourd’hui, le lidar est mis en œuvre sur des cibles « dures » pour effectuer des relevés topographiques, de la détection d’obstacles ou du « décamouflage » militaire, mais aussi sur des cibles « diffuses », dont l’atmosphère. Jean-Pierre Cariou travaille actuellement sur des lidars atmosphériques capables de mesurer la vitesse du vent aux abords des aéroports ou des champs d’éoliennes. « Nous construisons une usine à Saclay (Essonne) afin d’augmenter les volumes de production de nos lidars et réduire les coûts de fabrication. Aujourd’hui, un lidar pour éolienne est commercialisé entre 80 000 et 100 000 euros. Pour en installer sur chaque éolienne, il faudra diviser son prix par deux. »
 




Ruée sur les start-up

S’il y a un secteur qui attend avec impatience la baisse des coûts des lidars, c’est bien celui de l’automobile. En effet, les constructeurs misent sur ces instruments pour leurs véhicules autonomes, qui devraient arriver sur le marché à grande échelle après 2020. Depuis 2016, aux côtés des investisseurs et équipementiers, ils se ruent sur les start-up spécialisées dans les lidars. Objectif : produire en masse un lidar dont le coût, le design et la fiabilité seront compatibles avec l’équipement d’une voiture de série. Velodyne, dont les lidars équipent bon nombre des prototypes de véhicules autonomes de la Silicon Valley, s’est doté d’une « megafactory » à San Jose, en Californie. Elle fournira 1 million d’exemplaires par an.

Une course au gigantisme indispensable pour réduire les coûts. « Notre premier lidar, le HDL-64, le gros lidar rotatif qui fut utilisé par Google, était vendu 85 000 dollars en 2005 », rappelle Erich Smidt, le directeur exécutif de Velodyne Europe. Il y a quatre ans, l’entreprise lançait le VLP-16, un lidar à 16 canaux, à 8 000 dollars, un prix divisé par deux cette année. Les baisses vont continuer, assure le directeur : « Les constructeurs automobiles nous demandent des capteurs sous la barre du millier de dollars et nous serons en mesure d’y parvenir à terme. »

Un modèle à 1 000 dollars

Si Velodyne considère qu’il y a toujours un marché pour ses lidars 360°, une nouvelle génération, les « solid-state », dépourvus de toute partie mécanique [lire l’encadré], pourrait faire la différence. Le recours aux microsystèmes électromécaniques (Mems) permet en effet de réduire de manière spectaculaire le poids et l’encombrement des capteurs tout en augmentant leur longévité.

L’équipementier Valeo a choisi cette option. «Nous avons préféré nous lancer dans l’étude de scanners lidar, dont les caractéristiques de coût et d’encombrement sont plus adaptées aux contraintes du secteur automobile, indique le directeur de l’innovation, Guillaume Devauchelle. Actuellement, nous commercialisons un scanner lidar à 4 couches, et nous aurons bientôt un scanner à 12 couches pour un angle de vue de 140°. » Ces lidars équipent déjà les Audi A8. Valeo ne communique pas sur les coûts de fabrication et sur les capacités de son usine de Wemding, en Allemagne, qui en produit depuis deux ans. Toutefois, Guillaume Devauchelle confie : « Notre coût de fabrication est aujourd’hui bien inférieur à 1 000 euros et l’objectif est d’offrir des fonctions d’autonomie et d’assistance à la conduite sans surcoût significatif, comme ce fut le cas avec la généralisation de l’ABS et de l’ESP [correcteur électronique de trajectoire, ndlr] dans les véhicules de série ces dernières années. »

Avec la vidéo et le radar, le lidar est devenu un capteur indispensable, parce qu’il est moins sensible que la vidéo aux conditions atmosphériques et parce qu’il est capable de mesurer la distance exacte de chaque « cible », qu’il s’agisse des piétons ou du bord des trottoirs. Ce n’est qu’avec la fusion de ces trois sources de données que les équipementiers et les constructeurs automobiles pourront commercialiser des véhicules autonomes de niveau 3 (où le conducteur délègue une partie des situations de conduite prédéfinie au véhicule) et supérieurs (jusqu’à l’autonomie complète), dont la probabilité d’accident sera inférieure à 1 incident pour 1 milliard de kilomètres parcourus.

De nombreuses start-up sont sur les rangs, à commencer par Luminar qui a levé 36 millions de dollars en juin 2017 et se dit prêt à produire 5 000 exemplaires par trimestre dès la fin de l’année. Autre start-up américaine, Quanergy a levé 150 millions de dollars auprès de Samsung, Delphi et Daimler sur la promesse de lancer en masse la production au second semestre 2018. La start-up vise 1 million d’exemplaires produits chaque année à partir de 2019… soit plus que la taille du marché actuel lui-même.

 

Pesant encore moins du milliard de dollars, le marché mondial du lidar automobile devrait connaître une croissance annuelle de 17,2 % jusqu’en 2023 pour atteindre 1,8 milliard de dollars par an, d’après une étude de Markets and Markets parue en mai. Le boom attendu des ventes de véhicules autonomes, s’il se confirme, devrait faire exploser ces chiffres.

Le « solid-state », moteur de l’industrialisation

L’essor des composants de type Mems permet de créer des lidar à état solide (« solid-state »). L’entreprise LeddarTech a conçu des systèmes intégrés sur puce pour développer des lidar solid-state destinés aux véhicules automobiles de série. Il a placé un Mems contenant un micro-miroir oscillant sur un axe qui reflète le rayon émis par une diode laser sur une lentille de diffusion. Cela évite d’utiliser des composants mécaniques, réduit le coût de fabrication, grâce à la robotisation complète du dispositif, et améliore la fiabilité du lidar.

 

Cet article a été initialement publié dans le numéro 1013 d'Industrie & Technologies, daté d'octobre 2018.

 

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