Voitures électriques : à quoi servent les LiDAR et pourquoi vont-ils se démocratiser ?

Vous avez peut-être déjà lu ou entendu parler du LiDAR, notamment sur les dernières voitures électriques présentées. Cette technologie, encore rare dans nos voitures, devrait être de plus en plus présente d'ici les années à venir, et nous allons vous expliquer de quoi il s'agit.

L’avènement de l’automobile électrique a fait passer quelque peu la course à la voiture autonome au second plan. Les investissements des constructeurs se concentrent principalement sur le développement de batteries et de moteurs électriques performants, notamment parce qu’en Europe (mais pas que), d’ici 2035, ces mêmes constructeurs ne pourront plus commercialiser de voitures thermiques neuves. Et d’ici les années qui suivront, ce sera également le cas partout ailleurs, même au sein des pays qui se montrent les plus récalcitrants aujourd’hui.

Si la voiture électrique tend à largement se démocratiser, c’est un peu moins le cas de la voiture entièrement autonome. Et pour diverses raisons. En effet, outre l’aspect technologique qui reste à parfaire, il y a d’autres facteurs qui entrent en compte, à commencer par l’infrastructure (connexion Car2X, villes connectées…), mais aussi les différentes réglementations qui régissent le développement de la voiture autonome.

Le législateur a convenu qu’il existait six niveaux d’autonomie pour un véhicule. Certaines régions autorisent l’utilisation de tel ou tel niveau, d’autres non, et d’autres à titre expérimental. À titre d’exemple, la conduite autonome de niveau 3 est autorisée en Europe depuis le 1^er septembre dernier, mais ce n’est pas partout le cas. Pour découvrir plus précisément les différents niveaux d’autonomie, n’hésitez pas à aller jeter un œil à notre article dédié, mais aussi à notre infographie publiée ci-dessous.

Qu’est-ce qu’un LiDAR ?

Comme énoncé un peu plus haut, la technologie LiDAR n’est pas vraiment, voire même pas du tout démocratisée sur nos voitures. Par exemple, les rares voitures de série à en être équipées sont les Mercedes EQS avec l’option Drive Pilot, ou encore le premier SUV et la première voiture électrique de Lotus, l’Eletre. On peut aussi citer la Nio ET7 et le tout nouveau Volvo EX90.

Mais le LiDAR n’est pas nouveau : on avait pu en découvrir au CES de Las Vegas en 2016 ! L’acronyme LiDAR signifie « Light Detection And Ranging« . Il s’agit d’une méthode de calcul qui permet de déterminer la distance entre le capteur et l’obstacle visé. Un LiDAR utilise un faisceau laser pour la détection, l’analyse et le suivi.

Dit autrement, il s’agit d’une sorte de gros composant électronique qui fait partie de la famille des capteurs. Le capteur recueille des données sur un paramètre physique tel que la température, l’humidité, la lumière, le poids ou encore la distance.

Connaissant la vitesse de la lumière, le LiDAR peut calculer précisément la distance par rapport à chaque objet à partir du délai entre l’émission de l’impulsion laser et l’impulsion de retour. Chaque seconde, ce système prend ainsi des millions de points de mesure précise de la distance, à partir desquels on peut produire une matrice 3D de son environnement. Cette cartographie détaillée peut renseigner la position, la forme et le comportement des objets ou encore des personnes en mouvement.

Comment fonctionne un LiDAR ?

Le LiDAR voit tout, comme une caméra, mais sa force, c’est aussi qu’il aide également le système informatique du véhicule à prévoir le comportement des objets et à adapter la conduite en conséquence. Chose que les autres technologies présentes aujourd’hui dans nos véhicules ne font pas.

La plupart du temps, un seul radar fournit des mesures constantes de la distance et de la vitesse, mais son rendement peut être un peu pénalisé par la météo, tandis que la résolution est inférieure et peut difficilement cartographier les petits détails à longue distance.

Outre le radar, il y a aussi la caméra, une technologie fréquemment utilisée sur nos voitures modernes, mais celle-ci dépend beaucoup d’une puissante intelligence artificielle et d’un logiciel connexe pour traduire les données captées en interprétations 3D. Les conditions environnementales et l’éclairage peuvent aussi nuire à la technologie de vision par caméra.

La solution s’appelle donc LiDAR, puisque ce gros boîtier offre des données de mesures 3D précises sur de courtes et de longues distances, même lorsque la météo et l’éclairage sont difficiles. Le LiDAR peut aussi être jumelé à d’autres données sensorielles pour produire une représentation la plus fidèle possible d’objets statiques et mobiles dans l’environnement.

Quels sont les principaux avantages d’un LiDAR pour une voiture ?

Encore plus que les radars et les caméras, le LiDAR génère instantanément une énorme quantité de mesures et peut être précis à un centimètre près, ce qui requiert une énorme puissance de calcul au sein de la voiture pour gérer et traiter toutes les données. Les données LiDAR peuvent être plus faciles à convertir en cartes 3D servant à interpréter l’environnement que les images issues des caméras qui nécessite beaucoup de machine learning et d’intelligence artificielle.

Le fait d’utiliser des lasers et non des caméra permet de ne pas être touché par les variations de la lumière ambiante et fonctionne bien dans toutes les conditions de faible luminosité. L’autre avantage, c’est aussi la rapidité de traitement des données. Les données LiDAR sont des mesures directes de la distance. N’ayant pas besoin d’être déchiffrées ou interprétées, elles permettent un fonctionnement rapide et réduisent le traitement nécessaire.

Les autres domaines d’application du LiDAR

Le LiDAR n’est pas uniquement utilisé dans le domaine de l’automobile, bien au contraire, certains secteurs l’utilisent depuis bien plus longtemps, comme par exemple dans le domaine de l’aéroporté. Il en existe trois types :

• Atmosphérique : il utilise des rayons UV grâce auxquels il peut détecter des changements en haute atmosphère (concentrations en azote, oxygène…), et donner des informations sur l’évolution d’aérosols (poussières, nuages volcaniques, feux de forêts…)
• Topographique : il utilise des rayons infrarouges grâce auxquels il peut reproduire des cartographies de différents environnements terrestres (réseaux hydrologiques, forêts, zones urbaines, littoraux…)
• Bathymétrique : il utilise un rayon infrarouge additionné à un rayon vert pour obtenir des données sur les fonds marins, souvent sur les littoraux. Le rayon infrarouge détecte la surface du littoral et de l’eau, tandis que le rayon vert traverse la masse d’eau pour aller au contact du fond marin et ainsi déterminer la profondeur des objets détectés (une épave, un récif…)

Néanmoins, ce type de LiDAR reste extrêmement coûteux. Pour la détection terrestre, deux types de LiDAR sont favorisés, moins coûteux et tout aussi efficace pour leur domaine de prédilection :

• Mobile : c’est celui utilisé pour les voitures, le capteur est en mouvement et il est couplé à un système de navigation à inertie (comme pour l’aéroporté) afin de compenser les mouvements parasites.
• Fixe : le capteur est monté sur un trépied, il est utilisé pour l’analyse de bâtiments ou de zones naturelles, aussi bien en extérieur qu’en intérieur. Vous avez déjà sans doute croisé dans la rue un ingénieur avec ce type de technologie pour prendre des mesures notamment.

Mais l’avenir est à un autre type de LiDAR : les solid-state ou LiDAR à l’état solide. Ils n’ont aucune pièce en mouvement, ce qui réduit leur taille et leur conception. Leur coût sera donc bien plus abordable. Pour le moment, les constructeurs implémentent des LiDAR hybrides, avec encore quelques pièces en mouvement.

L’importance du LiDAR pour les futures voitures autonomes

Si les constructeurs sont globalement bien avancés à ce sujet, malgré un léger recul dû à la marche forcée de l’électrique, c’est le législateur qui aura le dernier mot. Il y a encore beaucoup de paramètres à prendre en compte et le degré d’autonomie d’un véhicule ne dépend pas uniquement de lui-même, mais aussi de l’environnement qui l’entoure. Les villes devront ainsi être connectées pour fluidifier le trafic ou encore envoyer des informations aux véhicules autonomes pour signaler tel ou tel problème.

Néanmoins, le LiDAR restera bien évidemment le « cœur » de la voiture autonome de demain, et comme vous n’êtes sûrement pas sans le savoir, notamment quand vous regardez certaines interfaces d’info-divertissement de certains constructeurs, les technologies numériques ne sont pas forcément leur domaine de prédilection.

Ainsi, certains constructeurs délèguent ces activités à des entreprises spécialisées dans les nouvelles technologies. C’est le cas, par exemple, de l’Alliance Renault-Nissan-Mitsubishi qui s’est associé à Waymo, une entreprise appartenant à Google, non seulement pour l’aspect technologique, mais aussi pour l’évaluation des opportunités marché et sur le travail conjoint afin d’apporter un cadre commercial, légal et réglementaire à l’automobile autonome dans l’Hexagone et au Japon.

De son côté, Tesla ne croit absolument pas au LiDAR, ni aux radars. Elon Musk pense qu’il est en effet possible de proposer une conduite entièrement autonome uniquement basée sur des caméras. Afin de diminuer les coûts et la complexité de sa mise en œuvre. L’avenir nous dire qui avait raison, entre les constructeurs qui misent sur les LiDAR, et ceux qui préfèrent les caméras seules.

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