Brevet FR3039331A1 — publié le 20170127

Procédé de spectroscopie à distance, produit programme d'ordinateur et dispositif de spectroscopie associés La présente invention concerne un procédé de spectroscopie à distance de type LIDAR d'une matière présentant par exemple une cible atmosphérique. La présente invention concerne également un dispositif de spectroscopie mettant en oeuvre ce procédé. Un tel dispositif de spectroscopie ou plus généralement un outil de télédétection ou de mesure optique, est connu dans l'état de la technique sous le terme « LIDAR » qui vient de l'expression anglaise « light detection and ranging » signifiant « détection et mesure par lumière ». Le LIDAR est utilisé dans nombreux domaines parmi lesquels on peut citer l'archéologie, la géographie, la géologie, l'altimétrie ou encore d'autres domaines relatifs aux sciences de la Terre. Un domaine particulier d'application du LIDAR est la spectroscopie à distance permettant d'étudier une matière ciblée située à distance du LIDAR. Une telle matière est par exemple un gaz localisé dans un endroit déterminé de l'atmosphère terrestre et ciblé à partir d'un LIDAR embarqué dans un satellite, un aéronef, ou à poste sur un site industriel. Plus particulièrement, cette application radiométrique du LIDAR consiste à émettre une onde lumineuse d'une fréquence déterminée avec une onde de référence vers le gaz ciblé. Puis, en connaissant le coefficient d'absorption du gaz de l'onde de cette fréquence, il est possible de déterminer par exemple la concentration du gaz en comparant une onde traversant le gaz, réfléchie et reçue par le LIDAR, avec une onde de référence qui n'est pas absorbée à cause par exemple de sa fréquence différente. Pour un gaz complexe présentant un mélange de plusieurs gaz élémentaires ou un gradient de concentration, il est connu une application du LIDAR permettant d'envoyer plusieurs ondes lumineuses de fréquences différentes pour cibler les différents gaz élémentaires ou un profil de concentration de ce gaz complexe. Cette technique permet en particulier de déterminer les proportions volumiques des gaz élémentaires dans un tel gaz complexe. Ainsi, pour cette application, le LIDAR doit permettre d'émettre plusieurs des signaux lumineux de fréquences différentes. Une solution, mentionnée notamment dans le document WO 2013/165945, consiste à émettre un peigne de raies générées avec un modulateur à partir d'une source laser principale. Une autre source laser est utilisée en interne au système d'émission pour 3039331 2 générer un signal de référence qui est destiné à être mélangé à un signal de mesure correspondant au peigne réfléchi par la matière. Les raies du peigne sont espacées uniformément d'une valeur d'espacement temporel prédéterminée permettant d'assurer la finesse d'échantillonnage souhaitée. 5 Chaque raie du peigne est envoyée consécutivement vers la matière ciblée sous la forme d'un signal d'émission qui est réfléchi par la suite par cette matière et reçu par le LIDAR. Par mélange avec le signal de référence le signal reçu permet d'obtenir un interférogramme de la matière ciblée. Sa transformée de Fourier fournit le spectre de la matière ciblée. 10 Toutefois, cette solution n'est pas complétement satisfaisante. En particulier, lorsque plusieurs raies sont émises successivement, leurs signaux de réponse peuvent être confondus avec d'autres signaux réfléchis par des matières autres que la matière ciblée. Ces signaux réfléchis par des matières autres que la matière ciblée sont appelés également des « échos » et présentent ainsi une pollution 15 considérable des signaux recherchés. En effet, un signal de réponse correspondant à un signal émis suivant le signal ayant engendré les échos, peut interférer avec ces échos ce qui mélangera les informations des matières ciblées aux autres. Le problème est illustré en détail sur la figure 1 représentant schématiquement une spectroscopie de couches hautes de l'atmosphère terrestre depuis un satellite. 20 Selon cette figure, deux raies R1 et R2 espacées temporellement d'une valeur 1/fr sont envoyées vers une matière ciblée M dans une couche haute de l'atmosphère située à l'altitude 3,X, égale par exemple à 15 km. Les signaux de réponse correspondant aux signaux réfléchis par la matière ciblée M sont désignés respectivement par les références S1 et S2. Les échos correspondant aux signaux S1 et S2 sont désignés respectivement par 25 les références E1 et E2. Comme l'illustre la figure 1, lorsque par exemple la valeur fr est sensiblement égale à 100 MHz, l'écho E1 correspondant au signal S1 réfléchi par la surface terrestre est rattrapé par le signal S2 de sorte que ces signaux se superposent à la réception. Cette superposition ne permet pas d'étudier le signal S1 pur et « pollue » ainsi l'échantillon 30 correspondant. On conçoit ainsi que le problème devient plus important lorsque le besoin de la finesse d'échantillonnage temporel augmente pour permettre une couverture spectrale conséquente. En effet, dans ce cas, il est nécessaire d'augmenter la fréquence d'émission des raies ce qui conduit à des superpositions des signaux correspondant à 35 plusieurs raies différentes lors de leur réception. 3039331 3 Un but de la présente invention est de proposer un procédé de spectroscopie remédiant à ce problème. À cet effet, l'invention a pour objet un procédé de spectroscopie à distance de type LIDAR d'une matière mis en oeuvre par un dispositif de spectroscopie apte à générer 5 un signal laser, à traiter le signal laser pour former un signal d'émission, à émettre le signal d'émission vers une matière ciblée par la spectroscopie, à recevoir un signal de réponse correspondant au signal d'émission réfléchi par la matière ciblée et à traiter le signal de réponse. Le procédé comporte les étapes suivantes : 10 - générer à partir d'un signal laser des raies d'un premier type espacées régulièrement d'une première valeur d'espacement fréquentiel et des raies d'un deuxième type espacées régulièrement d'une deuxième valeur d'espacement fréquentiel de la première valeur d'espacement fréquentiel ; - jusqu'à ce qu'un compteur de peignes émis atteigne un facteur de densification, 15 effectuer la boucle de densification comportant les sous-étapes suivantes: + sélectionner des raies du premier type et du deuxième type selon un critère de sélection prédéterminé ; + former avec des raies du premier type sélectionnées, un premier peigne à émettre à partir d'une première raie initiale courante ; 20 + former avec des raies du deuxième type sélectionnées, un deuxième peigne à émettre à partir d'une deuxième raie initiale courante ; + détecter une raie coïncidente, la raie coïncidente correspondant à une raie du premier type émise simultanément avec une raie du deuxième type ; + identifier une première raie initiale suivante et une deuxième raie initiale 25 suivante, en fonction de la raie coïncidente, et associer la première raie initiale courante à la première raie initiale suivante, et la deuxième raie initiale courante à la première raie initiale suivante ; + émettre chaque peigne formé et incrémenter d'une unité le compteur de peignes émis ; 30 - recevoir des signaux de réponse correspondant à l'ensemble des raies émises et traiter ces signaux de réponse pour construire un interférogramme de la matière ciblée. Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le procédé de spectroscopie à distance comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : 3039331 4 - les raies du premier peigne sont espacés d'une troisième valeur d'espacement fréquentiel dont la valeur inverse est sensiblement égale à un intervalle de temps de réception des échos des signaux réfléchis correspondant à un même signal d'émission ; - chaque première raie initiale est décalée temporellement de la raie coïncidente 5 correspondante d'une première valeur de décalage temporel, la première valeur de décalage temporel étant directement proportionnelle au compteur de peignes émis et inversement proportionnelle à une valeur d'espacement fréquentiel d'échantillonnage ; et - la valeur d'espacement fréquentiel d'échantillonnage est directement proportionnelle au facteur de densification et à la troisième valeur d'espacement 10 fréquentiel ; - chaque deuxième raie initiale est décalée temporellement de la première raie initiale correspondante d'une deuxième valeur de décalage temporel, la deuxième valeur de décalage temporel étant directement proportionnelle au compteur de peignes émis et inversement proportionnelle à la différence de la deuxième valeur d'espacement 15 fréquentiel et de la première valeur d'espacement fréquentiel ; - la construction de l'interférogramme de la matière ciblée comprend un traitement des signaux de réponse correspondant aux raies émises, selon un ordre défini respectivement par le décalage temporel de chaque raie par rapport à la raie coïncidente correspondante ; 20 - la première valeur d'espacement fréquentiel est égale sensiblement à 100 MHz; - le critère de sélection comprend une sélection uniforme à partir de la première ou de la deuxième raie initiale de chaque n-ième raie respectivement du premier ou du deuxième type dans l'ensemble des raies générées, le paramètre n étant un nombre entier naturel ; 25 - le critère de sélection comprend une sélection non-uniforme des raies à partir de la première ou de la deuxième raie initiale consistant en une sélection uniforme de chaque n-ième raie du premier type ou du deuxième type émise à partir respectivement de la première raie initiale et de la deuxième raie initiale, pendant un intervalle d'observation, le paramètre n étant un nombre entier naturel ; et - une sélection uniforme 30 de chaque raie du premier type ou du deuxième type émise en dehors de l'intervalle d'observation ; - l'ensemble des raies du premier type ou du deuxième type sélectionnées selon le critère de sélection pendant un intervalle d'observation forme respectivement le premier peigne à émettre ou le deuxième peigne à émettre ; 3039331 5 - l'intervalle d'observation est directement proportionnel à la première valeur d'espacement fréquentiel et inversement proportionnel à la différence de la deuxième valeur d'espacement fréquentiel et de la première valeur d'espacement fréquentiel ; - le paramètre n est directement proportionnel à la première valeur d'espacement 5 fréquentiel et inversement proportionnel à la troisième valeur d'espacement fréquentiel ; - lors de l'étape de détection, la coïncidence des raies du premier type et du deuxième type est provoquée par un module de pilotage ; et - lors de l'étape de génération des raies, les raies des types différents sont générées par des unités de génération d'impulsions distinctes et sont transmises par des 10 voies optiques distinctes. L'invention a également pour objet un produit programme d'ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsque mis en oeuvre par un équipement informatique, met en oeuvre le procédé tel que décrit. L'invention a également pour objet un dispositif de spectroscopie à distance de 15 type LIDAR d'une matière, le dispositif comportant un module de génération d'un signal laser, un module de prétraitement du signal laser apte à former un signal d'émission, un module d'émission du signal d'émission vers une matière ciblée par la spectroscopie, un module de réception d'un signal de réponse correspondant au signal d'émission réfléchi par la matière ciblée et un module de post-traitement du signal de réponse. 20 Le dispositif est apte à: - générer à partir d'un signal laser des raies d'un premier type espacées régulièrement d'une première valeur d'espacement fréquentiel et des raies d'un deuxième type espacées régulièrement d'une deuxième valeur d'espacement fréquentiel différente de la première valeur d'espacement fréquentiel ; 25 - jusqu'à ce qu'un compteur de peignes émis atteigne un facteur de densification, effectuer la boucle de densification permettant de : + sélectionner des raies du premier type et du deuxième type selon un critère de sélection prédéterminé ; + former avec des raies du premier type sélectionnées, un premier peigne 30 à émettre à partir d'une première raie initiale courante ; + former avec des raies du deuxième type sélectionnées, un deuxième peigne à émettre à partir d'une deuxième raie initiale courante ; + détecter une raie coïncidente, la raie coïncidente correspondant à une raie du premier type émise simultanément avec une raie du deuxième type ; 35 + identifier une première raie initiale suivante et une deuxième raie initiale suivante, en fonction de la raie coïncidente, et associer la première raie initiale 3039331 6 courante à la première raie initiale suivante, et la deuxième raie initiale courante à la première raie initiale suivante ; + émettre chaque peigne formé et incrémenter d'une unité le compteur de peignes émis ; 5 - recevoir des signaux de réponse correspondant à l'ensemble des raies émises et traiter ces signaux de réponse pour construire un interférogramme de la matière ciblée. Ces caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : 10 - la figure 1 est une vue schématique illustrant un problème de la spectroscopie de l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue schématique d'un dispositif de spectroscopie selon l'invention ; - la figure 3 est une vue détaillée du dispositif de la figure 2; 15 - la figure 4 est un organigramme d'un procédé de spectroscopie selon l'invention ; et - la figure 5 est une vue schématique illustrant certaines étapes de l'organigramme de la figure 4. Dans la suite de la description, l'expression « sensiblement égal à » s'entend 20 comme une relation d'égalité à plus ou moins 10%. Le dispositif de spectroscopie 10 de la figure 2 est par exemple embarqué dans un satellite 12 situé sur une orbite terrestre et effectuant des observations de la Terre, ou d'une autre planète, et notamment d'une couche d'atmosphère d'épaisseur 3,X, égale par exemple à 15 km. 25 Le dispositif de spectroscopie 10 permet d'étudier une matière ciblée dans cette couche d'atmosphère. La matière ciblée est par exemple un gaz composé de plusieurs gaz élémentaires comme par exemple 002, H20 ou 0H4. Chaque gaz élémentaire est apte à absorber une onde lumineuse d'une fréquence déterminée avec un coefficient d'absorption connu a priori. 30 Ainsi, le dispositif de spectroscopie 10 permet par exemple de déterminer les masses volumiques des gaz élémentaires contenus dans le gaz ciblé en émettant un signal lumineux vers le gaz ciblé et en analysant un signal réfléchi par ce gaz, ou absorbé par lui et réfléchi par une surface en fond. Selon une variante de réalisation, le dispositif de spectroscopie 10 est embarqué 35 dans un autre véhicule spatial ou terrestre, ou encore un aéronef. 3039331 7 Selon encore une autre variante de réalisation, le dispositif de spectroscopie 10 est disposé de manière fixe par exemple sur la surface terrestre. Dans au moins certaines des variantes de réalisation précitées, le dispositif de spectroscopie 10 permet d'étudier en outre une matière ciblée disposée dans tout milieu 5 autre que l'atmosphère comme par exemple le milieu sous-marin ou sous-terrain. L'architecture du dispositif de spectroscopie 10 est illustrée plus en détail sur la figure 3. Selon l'exemple de réalisation illustré sur cette figure, le dispositif de spectroscopie 10 comporte un module 20 de génération d'un signal laser, un module 22 de 10 prétraitement du signal laser apte à former un signal d'émission, un module 24 d'émission du signal d'émission vers une matière ciblée par la spectroscopie, un module 25 de réception d'un signal de réponse correspondant au signal d'émission réfléchi par la matière ciblée, un module 26 de post-traitement du signal de réponse et un module 28 de pilotage des modules précités. 15 Le module de génération 20 d'un signal laser est une source laser apte à émettre une raie laser à une fréquence génératrice FG qui est sensiblement égale par exemple à 200 THz. Selon l'exemple de réalisation de la figure 3, le module de génération 20 comporte un séparateur lumineux comportant deux sorties 31, 32. Ce séparateur est apte à diviser 20 le signal laser généré en deux signaux identiques pour chacune des sorties 31, 32. Selon le même exemple de réalisation, le module de prétraitement 22 du signal laser est apte à générer à partir des deux signaux issus du module de génération 20, deux signaux d'émission destinés au module d'émission 24 et au moins trois signaux de référence destinés au module de post-traitement 26. 25 Pour ce faire, le module de prétraitement 22 comporte une première voie optique V1, une deuxième voie optique V2, une unité de détection 33 de raies coïncidentes, une unité optique 34 de référence et un mélangeur lumineux 36. Ces composants seront décrits plus en détail par la suite. D'autres variantes de réalisation du module de génération 20 et du module de 30 prétraitement 22 sont également possibles. Le module d'émission 24 est un télescope d'émission connu en soi et apte à recevoir les signaux d'émission issus du module de prétraitement 22 et à les émettre vers la matière ciblée. Le module de réception 25 est un télescope de réception également connu en soi 35 et apte à recevoir un signal de réponse correspondant à chaque signal d'émission émis par le module d'émission 24 et réfléchi par la matière ciblée ou une autre matière. 3039331 8 Selon une variante de réalisation, les télescopes des modules d'émission 24 et de réception 25 se présentent sous la forme d'un composant unique. Le module de post-traitement 26 est apte à recevoir les signaux de référence générés par le module de prétraitement 22 et les signaux de réponse reçus par le module 5 de réception 25. Le module de post-traitement 26 comporte une unité 40 de conversion apte à convertir les signaux reçus en des signaux numériques et une unité 42 de calcul apte à analyser les signaux numériques. Le module de pilotage 28 permet de piloter le fonctionnement de l'ensemble des 10 modules du dispositif de spectroscopie 10. En particulier, le module de pilotage 28 est apte à commander l'émission d'un signal laser par le module de génération 20 et le prétraitement de ce signal par le module de prétraitement 22. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, le module de pilotage 28 est raccordé à un calculateur central (non représenté) du satellite 12 et apte à être commandé à partir 15 de ce calculateur. L'unité de calcul 42 est par exemple un ordinateur apte à construire un interférogramme de la matière ciblée comme ceci sera expliqué par la suite. La première voie optique V1 comporte une unité 50 de génération d'impulsions, une unité 52 de sélection de raies, un séparateur 53 et une unité d'amplification 54. 20 L'unité de génération d'impulsions 50 est apte à recevoir la raie laser émise par le module de génération 20 et à générer de manière périodique, à partir de cette raie, une pluralité de raies latérales autour de la fréquence génératrice FG. Ces raies seront désignées par la suite par le terme « raies d'un premier type ». Dans une variante de réalisation, le module de génération 20 et l'unité de 25 génération d'impulsions 50 sont confondus. Dans ce cas, la génération de la raie laser à une fréquence génératrice FG et de la pluralité de raies latérales sont provoquées par un unique procédé optique. Les raies du premier type générées par l'unité 50 de la première voie optique V1 sont espacées de manière uniforme d'une première valeur d'espacement fréquentiel fr. 30 Ainsi, dans l'échelle temporelle, ces raies sont espacées d'une première valeur d'espacement temporel sensiblement égale à 1 / f , . La première valeur d'espacement fréquentiel fi. est sensiblement égale à 100 MHz. Cette valeur correspond avantageusement à une valeur d'espacement fréquentiel conventionnelle qui peut être produite par des unités de génération 35 conventionnelles. 3039331 9 La première valeur d'espacement fréquentiel fr est inférieure à une deuxième valeur d'espacement fréquentiel fr + A fr dont la signification sera expliquée par la suite. L'unité de sélection 52 est apte à sélectionner parmi l'ensemble des raies du premier type générées, des raies satisfaisant à un critère de sélection explicité par la 5 suite. L'unité de sélection 52 est apte en outre à identifier une première raie initiale et à former à partir de cette première raie initiale et des raies sélectionnées, un premier peigne de raies P1. Grâce à la sélection, les raies du premier peigne P1 sont espacées uniformément 10 d'une troisième valeur d'espacement fréquentiel pnax qui est déterminée par exemple à partir de la relation suivante : C frmax _ , 2 AXa où c désigne la vitesse de la lumière. La troisième valeur d'espacement fréquentiel frmax est inférieure ou égale à la première valeur d'espacement fréquentiel fr, c'est-à-dire, frmax fr. 15 Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, cette valeur est sensiblement égale à 2,5 kHz. Ainsi, dans l'échelle temporelle, les raies du premier peigne P1 sont décalées temporellement d'une valeur sensiblement égale à 1/frmax. Finalement, l'unité de sélection 52 est apte à émettre un signal comprenant les 20 raies du premier peigne P1 vers le séparateur lumineux 53. Le séparateur lumineux 53 est apte diviser le signal reçu en deux signaux avec une proportion de puissance prédéterminée, par exemple 50%:50%. L'un de ces signaux est émis vers l'unité optique de référence 34 et l'autre vers l'unité d'amplification 54. L'unité d'amplification 54 est un amplificateur fibré de type EDFA (de l'anglais 25 « Erbium Doped Fiber Amplifier ») ou de type YDFA (de l'anglais « Ytterbium Doped Fiber Amplifier »), potentiellement à double gaine, connus en soi. L'unité d'amplification 54 permet d'amplifier le signal issu du séparateur 53 et d'émettre un signal ainsi amplifié vers le mélangeur 36. La deuxième voie optique V2 est analogue à la première voie optique V1. 30 Ainsi, en référence à la figure 3, la deuxième voie optique V2 comporte une unité 60 de génération d'impulsions, une unité 62 de sélection de raies, un séparateur 63 et une unité d'amplification 64. L'unité de génération d'impulsions 60 est apte à recevoir la raie laser émise par le module de génération 20 et à générer de manière périodique, à partir de cette raie, une 3039331 10 pluralité de raies latérales autour de la fréquence génératrice FG. Ces raies seront désignées par la suite par le terme « raies d'un deuxième type ». Comme dans le cas précédent, selon une variante de réalisation, l'unité de génération d'impulsions 60 est intégrée dans le module de génération 20. 5 Les raies du deuxième type générées par l'unité 60 de la deuxième voie optique V2 sont espacées de manière uniforme d'une deuxième valeur d'espacement fréquentiel fr + Afr. Ainsi, dans l'échelle temporelle, ces raies sont espacées d'une deuxième valeur d'espacement temporel sensiblement égale à 1/(fr + Afr). La différence ,à fr entre la deuxième valeur d'espacement fréquentiel fr + Afr et la 10 première valeur d'espacement fréquentiel fr, sera dénotée par la suite par le terme « surplus fréquentiel ». Le surplus fréquentiel 'fr est par exemple sensiblement égal à 3 Hz. L'unité de sélection 62 est apte à sélectionner parmi l'ensemble des raies du deuxième type générées, des raies satisfaisant au critère de sélection. 15 L'unité de sélection 62 est apte en outre à identifier une deuxième raie initiale et à former à partir de cette deuxième raie initiale et des raies sélectionnées, un deuxième peigne de raies P2. Grâce à la sélection, les raies du deuxième peigne P2 sont espacées uniformément d'une quatrième valeur d'espacement fréquentiel frmax + 1frmax égale à la 20 somme de la troisième valeur d'espacement fréquentiel frmax et d'une valeurfrmax déterminée par l'expression suivante : AF Jr Jr r frmax Jr Ainsi, dans l'échelle temporelle, les raies du deuxième peigne P2 sont décalées temporellement d'une valeur sensiblement égale à 1/(frmax Afrmax). Finalement, l'unité de sélection 62 est apte à émettre un signal comprenant les 25 raies du premier peigne P2 vers le séparateur lumineux 63. Le séparateur lumineux 63 et l'unité d'amplification 64 sont identiques respectivement au séparateur lumineux 53 et à l'unité d'amplification 54 décrits précédemment. L'unité de détection de raies coïncidentes 33 est reliée aux unités de sélection 52 30 et 62, et est apte à détecter une raies du premier type coïncidant avec une raie du deuxième type. Plus particulièrement, une raie du premier type coïncide avec une raie du deuxième type lorsque ces raies sont émises simultanément par les unités de génération d'impulsions 50 et 60 correspondantes. 3039331 11 L'unité optique de référence 34, connue en soi, est apte à générer deux signaux de référence à partir des signaux reçus de chaque voie optique V1, V2. Ces signaux de référence sont destinés au module de post-traitement 26. Le mélangeur 36 est apte à recevoir les signaux amplifiés issus de chacune des 5 voies optiques V1, V2 et à diviser chaque signal en deux signaux avec une proportion de puissance prédéterminée, par exemple 99%:1%. Le signal de puissance supérieure est le signal d'émission qui est émis vers le module d'émission 24. Le signal de puissance inférieure est le signal de référence qui est émis vers l'unité de post-traitement 26. Un procédé 100 de spectroscopie va désormais être expliqué en référence à la 10 figure 4 illustrant un ordinogramme de ses étapes. Le procédé de spectroscopie 100 est mis en oeuvre par le dispositif de spectroscopie 10. L'exécution des étapes de ce procédé 100 est pilotée par le module de pilotage 28. En référence à cette figure 4, le procédé 100 comporte une phase I de génération 15 de raies, une phase II de prétraitement et d'émission des raies générées et une phase III de réception et de post-traitement des signaux de réponse. Ces phases seront décrites de manière consécutive l'une après l'autre. Toutefois, il doit être compris que le dispositif de spectroscopie 10 est apte à mettre en oeuvre ces phases en parallèle lorsque chaque phase a été exécutée au moins une fois. Ainsi, par 20 exemple, lorsque la phase I a été exécutée au moins une fois, le dispositif de spectroscopie 10 est apte à lancer l'exécution de la phase II tout en continuant l'exécution de la phase I. Lors de l'étape initiale 110 de la phase I, le module de pilotage 28 commande la génération d'un signal laser par le module de génération 20. 25 Comme indiqué précédemment, le signal laser comprend une raie de fréquence génératrice FG qui est alors émise à travers les deux sorties 31, 32 du module de génération 20 vers chaque voie optique V1, V2 du module de prétraitement 22. Lors de l'étape 115 suivante, l'unité de pilotage 28 commande la génération de manière périodique des raies du premier type et du deuxième type respectivement par 30 l'unité de génération d'impulsions 50 et par l'unité de génération d'impulsions 60. Les premières raies générées par les unités 50 et 60, sont émises simultanément et sont alors coïncidentes. Ensuite, les raies du premier type sont émises avec la première valeur d'espacement fréquentiel fr. . Les raies du deuxième type sont émises avec la deuxième 35 valeur d'espacement fréquentiel fr + Afr. 3039331 12 Lorsque les unités de génération d'impulsions 50 et 60 sont intégrées au module de génération 20, les étapes 110 et 115 sont exécutées simultanément. Lors de l'étape initiale 120 de la phase II, le module de pilotage 28 identifie la matière ciblée. Ainsi, par exemple, lors de cette étape, la matière ciblée est identifiée en 5 fonction de la position courante du satellite 12 et de la distance entre le satellite 12 et la matière ciblée. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, la matière ciblée est déterminée en fonction de la position du satellite 12 et de l'épaisseur 3,Xa de la couche d'atmosphère étudiée. Lors de la même étape, le module de pilotage 28 initialise un compteur k de 10 peignes émis à zéro. Puis, une boucle de densification 121 est lancée. Les sous-étapes de cette boucle 121 sont décrites ci-dessous. Lors de la sous-étape 122, le module de pilotage 28 compare le compteur de peignes émis k avec un facteur de densification D déterminé par l'expression suivante : = 2AvAfr D J 15 où iv est l'étendue spectrale recherchée pour la matière ciblée, déterminant la finesse d'échantillonnage de l'interférogramme à atteindre. L'étendue spectrale d'échantillonnage Av est par exemple sensiblement égale à 1,3 THz. Avec les valeurs numériques citées à titre d'exemple précédemment, le facteur de densification D est sensiblement égal à 32. 20 Ainsi, le facteur de densification D est directement proportionnel à l'étendue spectrale d'échantillonnage iv et au surplus fréquentiel Afr, et inversement proportionnel à la première valeur d'espacement fréquentiel fr et à la troisième valeur d'espacement fréquentiel frniax . Lorsque le compteur de peignes émis k est inférieur ou égal au facteur de 25 densification D, le module de pilotage passe à la sous-étape 124, sinon, le module de pilotage 28 passe à la phase III. Lors de la sous-étape 124, les unités de sélection 52 et 62 sélectionnent respectivement les raies du premier type et les raies du deuxième type à partir respectivement de la première raie initiale et de la deuxième raie initiale, selon le critère 30 de sélection décrit ci-dessous. Initialement, la première raie initiale et de la deuxième raie initiale correspondent à aux premières raies émises par les unités de génération d'impulsions 50 et 60. Selon un premier mode de réalisation, le critère de sélection comprend une sélection uniforme de chaque n-ième raie du premier type ou du deuxième type émise 3039331 13 respectivement par les unités de génération d'impulsions 50 et 60 à partir respectivement de la première raie initiale et la deuxième raie initiale. Le paramètre n est un nombre entier naturel défini par l'expression suivante : fr n = çmax Jr où le symbole [...1 désigne la partie entière par excès. 5 Selon un deuxième mode de réalisation, le critère de sélection comprend : - une sélection uniforme de chaque n-ième raie du premier type ou du deuxième type émise respectivement par les unités de génération d'impulsions 50 et 60 à partir respectivement de la première raie initiale et de la deuxième raie initiale, pendant un intervalle d'observation Tobs déterminé par l'expression suivante : 1 fr Tobs = 10 où av est une résolution spectrale souhaitée et est égale sensiblement à 3,3 GHz; Tobs est un temps nécessairement plus grand que celui nécessaire à k k pour atteindre le facteur de densification D. - une sélection uniforme de chaque raie du premier type ou du deuxième type émise respectivement par les unités de génération d'impulsions 50 et 60 en dehors de 15 l'intervalle d'observation Tobs. Ces raies ne sont pas émises. En particulier, ces raies sont dirigées vers l'unité de détection de raies coïncidentes 33 pour passer l'étape 140 décrite par suite, mais pas vers les séparateurs lumineux 53 et 63. Lors de la sous-étape 126 suivante, les unités de sélection 52 et 62 forment respectivement un premier peigne P1 à émettre et un deuxième peigne P2 à émettre. 20 Chaque peigne P1 et P2 comporte l'ensemble des raies sélectionnées respectivement par les unités de sélection 52 et 62 pendant l'intervalle d'observation Tobs. Lors de la sous-étape 130 suivante, les séparateurs 53 et 63 divisent les signaux comportant les raies des peignes P1 et P2 en deux signaux destinés à l'unité optique de référence 34 et en deux signaux destinés respectivement aux unités d'amplification 54 et 25 64. Lors de la sous-étape 132 suivante, l'unité optique de référence 34 génère deux signaux de référence à partir des deux signaux issus des séparateurs 53 et 63 correspondants. Lors de la même sous-étape, les unités d'amplification 54 et 64 amplifient les 30 signaux correspondants et le mélangeur 36 divise les signaux amplifiés en signaux de référence destinés au module de post-traitement 26 et en signaux d'émission destinés au module d'émission 24. 3039331 14 Lors de la sous-étape 134 suivante, le module d'émission 24 émet les signaux d'émission vers la matière ciblée. Les sous-étapes 140 et 142 décrites par la suite sont exécutées simultanément avec les étapes 130 à 134. 5 Lors de la sous-étape 140, l'unité de détection 33 de raies coïncidentes détecte chaque coïncidence des raies du premier et du deuxième type générées respectivement par les unités de génération d'impulsions 50 et 60 et sélectionnées respectivement par les unités de sélection 52 et 62. En particulier, l'unité de détection 33 détecte une coïncidence des raies du premier 10 et du deuxième type lorsque ces raies ont été émises simultanément par les unités de génération d'impulsions 50 et 60 et ont été sélectionnées par les unités de sélection 52 et 62. Initialement, les premières raies émises par les unités de génération d'impulsions 50 et 60 sont coïncidentes. 15 Une coïncidence survient ensuite naturellement de manière périodique, à la fin de chaque intervalle temporel sensiblement égal à 1/1Pnax selon le premier mode de réalisation et à 1/Afr selon le deuxième mode de réalisation. La sous-étape 140 dure ainsi le temps nécessaire pour détecter une coïncidence naturelle des raies. Durant ce temps, toutes les raies générées par les unités de 20 génération d'impulsions 50 et 60 autres que les n-ièmes ne sont pas sélectionnées et ne sont donc pas utilisées. Lors de la sous-étape 142 suivant l'étape 140, les unités de sélection 52 et 62 déterminent respectivement une première raie initiale et une deuxième raie initiale pour le prochain passage de la boucle de densification 121. Ces raies sont déterminées parmi 25 l'ensemble des raies générées lors de l'étape 115. Lors de la sous-étape 144 suivant l'étape 142, le module de pilotage 28 incrémente d'une unité le compteur de peignes émis k. La prochaine première raie initiale correspond à une raie du premier type générée lors de l'étape 115 et décalée temporellement par rapport à la raie coïncidente d'une 30 première valeur de décalage temporel sensiblement égale à UT, Où AT est une valeur temporelle d'échantillonnage déterminée par l'expression suivante : fr 1 = 2AvAfr D enax. La valeur inverse à la valeur temporelle d'échantillonnage AT est désignée par le terme « valeur d'espacement fréquentiel d'échantillonnage fech » - 3039331 15 La prochaine deuxième raie initiale correspond à une raie du deuxième type générée lors de l'étape 115 et décalée temporellement par rapport à la raie coïncidente d'une deuxième valeur de décalage temporel sensiblement égale à KAT - 1/A fr) Un passage de la boucle de densification est terminé lorsque les sous-étapes 142 5 et 134 sont exécutées. Lors de l'étape initiale 160 de la phase III, le module de réception 25 reçoit chaque signal de réponse réfléchi par la matière ciblée ou une autre matière. Lors de la même étape, le module de réception 25 transmet chaque signal reçu vers le module de post-traitement 26 et plus particulièrement vers l'unité de conversion 40 10 qui convertit ce signal en un signal numérique de réponse. Par ailleurs, l'unité de conversion 40 convertit les trois signaux de référence en des signaux numériques de réponse. Puis, lors de l'étape 165 suivante, l'unité de calcul 42 analyse chaque signal numérique de réponse avec les signaux numériques de référence lui correspondant pour 15 construire un interférogramme de la matière ciblée. Plus particulièrement, la construction de l'interférogramme de la matière ciblée comprend un traitement des signaux de réponse selon l'ordre défini par les valeurs de décalages temporels des raies émises par rapport à la raie coïncidente correspondante. Ainsi, l'ordre de traitement est indépendant des instants temporels d'émission des raies 20 correspondantes. Ce principe de traitement est illustré plus en détail sur la figure 5. Pour des raisons de simplicité, seules des raies du premier type et des signaux de réponse correspondant à ces raies sont illustrés sur cette figure. Les raies du deuxième type et les signaux de réponse correspondant à ces raies peuvent être illustrés de 25 manière analogue. La figure 5 illustre en effet dans la zone E la phase II de prétraitement et d'émission des raies générées pour former deux premiers peignes P1 de la première voie V1. L'un des premiers peignes P1 est un peigne précédent, et l'autre est un peigne suivant. 30 Ces peignes P1 sont construits à partir des raies temporelles émises par l'unité de génération d'impulsions 50 à la fréquence fr et sélectionnées par l'unité de sélection 52 comme décrit précédemment. Sur la figure, les traits continus et interrompus correspondent à l'ensemble des raies générées par l'unité de sélection 52. Sur l'échelle temporelle t, ces traits sont 35 espacées temporellement de la première valeur d'espacement temporel 1/fr. 3039331 16 Les traits continus correspondent aux raies sélectionnées par l'unité de sélection 52. Ainsi, seules les raies correspondant aux traits continus forment les peignes P1. Au sein d'un peigne donné, les traits continus sont espacées temporellement d'une valeur d'espacement temporel égale 1/Pm. 5 À titre d'exemple, le peigne précédent P1 est formé de trois raies R1.0, R2.0, R3.0 et le peigne suivant P1 de trois raies R1.1, R2.1, R3.1. Les raies R1.0, R2.0, R3.0 sont ici espacées de 6/fr, valeur compatible de l'épaisseur AXa. Les raies R1.0 et R1.1 sont les raies initiales respectivement pour les peignes P1. Le critère de sélection comprend donc une sélection de chaque sixième raie. 10 Selon l'exemple illustré, le facteur de densification D est égal à six et la valeur d'espacement fréquentiel d'échantillonnage final f ech est égale à la première valeur d'espacement fréquentiel fr. Ainsi, les raies R1.0 et no coïncident avec des raies du deuxième type correspondantes. Les raies R1.1 et nosont espacées temporellement l'une de l'autre d'une valeur 1,/,fecit, égale dans cet exemple à 1/fr. 15 Les raies sont émises l'une après l'autre suivant l'échelle temporelle t, vers la matière ciblée M d'épaisseur AXa. Les zones R et T de la figure 5 illustrent la phase III de réception et de traitement des signaux de réponse. Dans la zone R, les signaux S1.0, S2.0, S3.0, S1.1 et S2.1 sont des signaux de réponse 20 correspondant à l'ensemble des signaux réfléchis, notamment par la matière ciblée et par la surface terrestre, correspondant respectivement aux raies émises R1.0, R2.0, R3.0, R1.1 et R2.1. Compte tenu de l'espacement temporel des signaux d'émission, leurs échos respectifs ne se superposent pas. Ainsi, ces signaux de réponse S1.0, S2.0, S3.0, S1.1 et S2.1 25 ne sont pas « pollués » mutuellement. Finalement, selon la zone T illustrant l'interférogramme de la matière ciblée, les signaux S1.0, S2.0, S3.0, S1.1 et S2.1 sont traités selon l'ordre défini par les valeurs des décalages entre les raies émises par chaque peigne. Cet ordre est donc le suivant : S S1.0, S1.1, - - - S1.6, S2.0, S2.1 - - - 2.6 etc. 30 On conçoit alors que la présente invention comporte un certain nombre d'avantages. Comme les raies de chaque peigne Pk sont espacées d'au moins la troisième valeur d'espacement fréquentiel frniax , les échos de chaque signal d'émission ne perturbent pas les signaux de réponse des autres signaux d'émission. En particulier, ceci 35 permet d'éviter de superpositions des signaux de réponse ce qui évite le mélange d'information portée par les différents échos. 3039331 17 Par ailleurs, la densification de l'interférogramme par plusieurs échantillonnages permet d'obtenir une étendue du domaine de spectroscopie souhaitée tout en évitant l'apparition des signaux « polluants ». Finalement, le critère de sélection selon le deuxième mode de réalisation permet 5 de diminuer les moments « creux » entre les émissions des peignes par rapport à celui du premier mode de réalisation. En effet, contrairement au critère de sélection selon le premier mode de réalisation, une raie quelconque du premier type sélectionnée selon le critère du deuxième mode de réalisation par le module de sélection 52 à l'instant donné coïncide 10 naturellement avec une raie du deuxième type sélectionnée par le module de sélection 62 à un instant décalé de l'instant donné de la valeur 1/Afr. Ainsi, le temps total Tm de mesure de la spectroscopie de la matière ciblée selon le deuxième mode de réalisation est sensiblement égal à D lAfr, contre le temps total Tm de mesure égal à D IA frmax selon le premier mode de réalisation. 15 D'autres exemples de réalisation du procédé selon l'invention sont également possibles. Ainsi, selon un exemple de réalisation, lors la sous-étape 140 de détection des raies coïncidentes, le module de pilotage 28 commande les unités de génération d'impulsions 50 et 60 afin de provoquer une coïncidence des raies. 20 Lorsque les unités de génération d'impulsions 50 et 60 reçoivent une telle commande, elles émettent les raies correspondantes simultanément. À la différence de la sous-étape 140 décrite précédemment, la coïncidence des raies survient de manière commandée ce qui permet de supprimer les moments « creux » durant lesquels les raies générées ne sont pas utilisées. 25 Selon cet exemple de réalisation, les critères de sélection selon le premier et le deuxième modes de réalisation sont équivalents. Le temps total Tm de mesure est égal à la valeur DTobs. Ainsi, selon cet exemple de réalisation, les raies du premier type et du deuxième type sont recalées dès que le critère k = D est rempli, sans attendre la coïncidence 30 naturelle survenant tous les 1/Afr intervalles temporels. Selon un autre exemple de réalisation, la première et la deuxième raies initiales sont déterminées lors de la sous-étape 142 selon toute autre méthode convenable. Ainsi, par exemple, selon une de telles méthodes, la première raie initiale correspond à une raie générée lors de l'étape 115 et décalée temporellement par rapport 35 à la raie coïncidente d'une valeur choisie par la dichotomie de l'intervalle [0; DAT]. 3039331 18 Autrement dit, lors du deuxième passage de la boucle de densification 121, la première raie initiale correspond à une raie générée lors de l'étape 115 et décalée temporellement par rapport à la raie coïncidente d'une valeur égale à DAT/2. Lors du troisième et du quatrième passages, la première raie initiale correspond à une raie 5 générée lors de l'étape 115 et décalée temporellement par rapport à la raie coïncidente d'une valeur égale respectivement à DAT/4 et à 3DAT/4. La boucle est continuée ainsi de manière récursive. La deuxième raie initiale est choisie de manière analogue mais par la dichotomie de l'intervalle [0; D(AT - 1/1 fr)] 10 Cet exemple de réalisation permet alors d'interrompre la boucle de densification 121 lorsque la finesse d'échantillonnage souhaitée est atteinte tout en gardant la distribution homogène des échantillons, ou d'obtenir par traitement de l'interférogramme un spectre d'étendue progressivement croissante, sans avoir à attendre la complétion de la boucle 121. 15 Bien entendu, il est possible de combiner les deux derniers exemples de réalisation. 20 REVENDICATIONS1.- Procédé (100) de spectroscopie à distance de type LIDAR d'une matière mis en oeuvre par un dispositif (10) de spectroscopie apte à générer un signal laser, à traiter le signal laser pour former un signal d'émission, à émettre le signal d'émission vers une matière ciblée par la spectroscopie, à recevoir un signal de réponse correspondant au signal d'émission réfléchi par la matière ciblée et à traiter le signal de réponse ; le procédé comportant les étapes suivantes : - générer (115) à partir d'un signal laser des raies d'un premier type espacées régulièrement d'une première valeur d'espacement fréquentiel (fr) et des raies d'un deuxième type espacées régulièrement d'une deuxième valeur d'espacement fréquentiel (fr + 'fr) différente de la première valeur d'espacement fréquentiel (fr); - jusqu'à ce qu'un compteur (k) de peignes émis atteigne un facteur (D) de densification, effectuer la boucle de densification (121) comportant les sous-étapes suivantes: + sélectionner (124) des raies du premier type et du deuxième type selon un critère de sélection prédéterminé ; + former (126) avec des raies du premier type sélectionnées, un premier peigne (P1) à émettre à partir d'une première raie initiale courante ; + former (126) avec des raies du deuxième type sélectionnées, un deuxième peigne (P2) à émettre à partir d'une deuxième raie initiale courante ; + détecter (140) une raie coïncidente, la raie coïncidente correspondant à une raie du premier type émise simultanément avec une raie du deuxième type ; + identifier (142) une première raie initiale suivante et une deuxième raie initiale suivante, en fonction de la raie coïncidente, et associer la première raie initiale courante à la première raie initiale suivante, et la deuxième raie initiale courante à la première raie initiale suivante ; + émettre (134) chaque peigne (Pi, P2) formé et incrémenter d'une unité le compteur (k) de peignes émis ; - recevoir (160) des signaux de réponse correspondant à l'ensemble des raies émises et traiter (165) ces signaux de réponse pour construire un interférogramme de la matière ciblée. 2.- Procédé (100) selon la revendication 1, dans lequel les raies du premier peigne (P1) sont espacés d'une troisième valeur d'espacement fréquentiel (Pnax) dont la valeur 3039331 20 inverse (1/frniax) est sensiblement égale à un intervalle de temps de réception des échos des signaux réfléchis correspondant à un même signal d'émission. 3.- Procédé (100) selon la revendication 2, dans lequel : 5 - chaque première raie initiale est décalée temporellement de la raie coïncidente correspondante d'une première valeur de décalage temporel, la première valeur de décalage temporel étant directement proportionnelle au compteur (k) de peignes émis et inversement proportionnelle à une valeur d'espacement fréquentiel d'échantillonnage Vech ; et 10 - la valeur d'espacement fréquentiel d'échantillonnage (fech) est directement proportionnelle au facteur de densification (D) et à la troisième valeur d'espacement fréquentiel (frrnax). 4.- Procédé (100) selon la revendication 3, dans lequel chaque deuxième raie 15 initiale est décalée temporellement de la première raie initiale correspondante d'une deuxième valeur de décalage temporel, la deuxième valeur de décalage temporel étant directement proportionnelle au compteur (k) de peignes émis et inversement proportionnelle à la différence ('fr) de la deuxième valeur d'espacement fréquentiel (fr + 'fr) et de la première valeur d'espacement fréquentiel (fr). 20 5.- Procédé (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la construction de l'interférogramme de la matière ciblée comprend un traitement des signaux de réponse correspondant aux raies émises, selon un ordre défini respectivement par le décalage temporel de chaque raie par rapport à la raie coïncidente 25 correspondante. 6.- Procédé (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première valeur d'espacement fréquentiel (fr) est égale sensiblement à 100 MHz. 30 7.- Procédé (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le critère de sélection comprend une sélection uniforme à partir de la première ou de la deuxième raie initiale de chaque n-ième raie respectivement du premier ou du deuxième type dans l'ensemble des raies générées, le paramètre n étant un nombre 35 entier naturel. 3039331 21 8.- Procédé (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le critère de sélection comprend une sélection non-uniforme des raies à partir de la première ou de la deuxième raie initiale consistant en : - une sélection uniforme de chaque n-ième raie du premier type ou du deuxième 5 type émise à partir respectivement de la première raie initiale et de la deuxième raie initiale, pendant un intervalle d'observation (Tobs), le paramètre n étant un nombre entier naturel ; - une sélection uniforme de chaque raie du premier type ou du deuxième type émise en dehors de l'intervalle d'observation (Tobs). 10 9.- Procédé (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'ensemble des raies du premier type ou du deuxième type sélectionnées selon le critère de sélection pendant un intervalle d'observation (Tobs) forme respectivement le premier peigne (P1) à émettre ou le deuxième peigne à émettre (P2). 10.- Procédé (100) selon la revendication 8 ou 9, dans lequel l'intervalle d'observation (Tobs) est directement proportionnel à la première valeur d'espacement fréquentiel (fi.) et inversement proportionnel à la différence (Afr) de la deuxième valeur d'espacement fréquentiel (fr + 'fr) et de la première valeur d'espacement fréquentiel (fr). 11.- Procédé (100) selon l'une quelconque des revendications 7 à 10 prise en combinaison avec la revendication 2, dans lequel le paramètre n est directement proportionnel à la première valeur d'espacement fréquentiel (fi.) et inversement proportionnel à la troisième valeur d'espacement fréquentiel (Pm). 12.- Procédé (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lors de l'étape de détection (140), la coïncidence des raies du premier type et du deuxième type est provoquée par un module de pilotage (28). 30 13.- Procédé (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lors de l'étape de génération des raies (115), les raies des types différents sont générées par des unités de génération d'impulsions (50, 60) distinctes et sont transmises par des voies optiques (V1, V2) distinctes. 15 20 25 3039331 22 14.- Produit programme d'ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsque mis en oeuvre par un équipement informatique, met en oeuvre le procédé (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 5 15.- Dispositif (10) de spectroscopie à distance de type LIDAR d'une matière comportant un module (20) de génération d'un signal laser, un module (22) de prétraitement du signal laser apte à former un signal d'émission, un module (24) d'émission du signal d'émission vers une matière ciblée par la spectroscopie, un module (25) de réception d'un signal de réponse correspondant au signal d'émission 10 réfléchi par la matière ciblée et un module (26) de post-traitement du signal de réponse ; le dispositif (10) étant apte à : - générer à partir d'un signal laser des raies d'un premier type espacées régulièrement d'une première valeur d'espacement fréquentiel (fr) et des raies d'un deuxième type espacées régulièrement d'une deuxième valeur d'espacement fréquentiel 15 (fr + 'fr) différente de la première valeur d'espacement fréquentiel (fr); - jusqu'à ce qu'un compteur (k) de peignes émis atteigne un facteur (D) de densification, effectuer la boucle de densification permettant de : + sélectionner des raies du premier type et du deuxième type selon un critère de sélection prédéterminé ; 20 + former avec des raies du premier type sélectionnées, un premier peigne (P1) à émettre à partir d'une première raie initiale courante ; + former avec des raies du deuxième type sélectionnées, un deuxième peigne (P2) à émettre à partir d'une deuxième raie initiale courante ; + détecter une raie coïncidente, la raie coïncidente correspondant à une 25 raie du premier type émise simultanément avec une raie du deuxième type ; + identifier une première raie initiale suivante et une deuxième raie initiale suivante, en fonction de la raie coïncidente, et associer la première raie initiale courante à la première raie initiale suivante, et la deuxième raie initiale courante à la première raie initiale suivante ; 30 + émettre chaque peigne (P1,P2) formé et incrémenter d'une unité le compteur (k) de peignes émis ; - recevoir des signaux de réponse correspondant à l'ensemble des raies émises et traiter ces signaux de réponse pour construire un interférogramme de la matière ciblée. 35