Halo lumineux - Définition

Rôle de la pollution de l'air

Le brouillard, ou les microgouttelettes d'eau qui provoquent le halo peuvent aussi avoir (pour tout ou partie) une origine anthropique :

L'air urbain, l'air des zones industrielles, portuaires ou aéroportuaires contiennent en effet une densité importante de molécules (soufrées notamment) émises par exemple par l'échappement des moteurs ou par la combustion de charbon ou de fuel lourd, ou issus de fumées industrielles.

Ces molécules, microparticules, poussières ou cristaux en suspension dans l'air catalysent la nucléation de l'eau de l'air en microgouttelettes, contribuant ainsi au phénomène de smog, mais à cette altitude, les conditions de température et de pression atmosphérique ne permet généralement pas une condensation de la phase vapeur de l'eau en gouttes assez lourde pour tomber en pluie ou se condenser en rosée. Le halo persiste alors. Il peut alors être considéré comme un indicateur de pollution (après qu'on eut vérifié que les particules ne sont pas des sables fins naturels ou des particules issues d'émissions volcaniques).

Certains facteurs non liés à la qualité de l'air contribuent exacerber les halos. Ce sont par exemple :

- la présence d'un sol enneigé, ou de couleur clair ;

- la présence de surfaces réfléchissantes ou claires autour des sources lumineuses ;

- l'utilisation de luminaires en forme de boules ou de tubes éclairant de tous côtés dont vers le ciel, faute de réflecteur ;

- des luminaires excessivement puissant ou hauts ;

- l'éclairage de surfaces en eau (Cf. « effet miroir ») ;

- éclairage « du bas vers le haut ».

Mesure du halo

Mesurer le niveau de halo lumineux est nécessaire pour :

• hiérarchiser ou comparer la qualité des lieux d'observation astronomique,
• quantifier et qualifier la dégradation ou l’amélioration de l’état de l’Environnement nocturne et/ou du cadre de vie,
• étalonner la valeur des observations relativement à ce critère.

Ceci vaut pour l'astronome, l'éclairagiste, comme pour l'écologue qui s’intéresse à la vie nocturne ou aux cycles jour/nuit et qui a besoin d'évaluer le degré de pollution lumineuse à laquelle sont exposées la faune et la flore. A ce titre, le halo est un des indices de la qualité de l'Environnement nocturne. Pour l'éclairagiste, l'énergéticien ou le gestionnaire de l'éclairage public il est un indice de possible inefficacité énergétique (la lumière perdue vers le ciel ou l'horizontale (éblouissante) l'est souvent inutilement et coûteusement, avec des taux dépassant couramment 25 à 45 %).

Les observateurs ont besoin d’une échelle standard d’observation permettant une notation précise de phénomènes nécessitant de bonnes conditions d'observation (Ex : ,mesure de l’extension de la queue d'une comète, d’une aurore ténue, ou de structures subtiles dans les galaxies pour l’astronome, ou observation de lucioles, vers-luisants ou de comportements animaux ou végétaux nocturnes, non perturbés par une luminosité ambiante artificielle). La précisions d’observations astronomiques ou écologiques faites dans le ciel profond ou sous la nuit noire nécessite de disposer d'un étalon de visibilité pour des objets stellaires et/ou non stellaires, car même un halo lumineux modéré affecte la vision d’objets diffus comme les comètes, les nébuleuses, et les galaxies, ou des comportements animaux, alors même que les étoiles faibles sont encore pour la plupart visibles à l'œil nu. Le critère de l'étoile visible à l'œil nu a autrefois servi à mesurer la qualité du ciel, mais il est limité car dépendant de l'acuité visuelle de l’observateur et de sa capacité à détecter cette étoile la plus faible. D'autre part cette mesure décrit mal les effets au sol qui sont ceux qui intéressent le naturaliste.

La complexité de la mesure est accrue par le fait que le halo n’est pas homogène, puisque lié à la position et l’intensité des sources lumineuses, et qu'il varie selon les conditions météorologique, de qualité d'air ainsi que selon la phase de la lune. Pour l’astronome, les mesures de référence se font donc généralement par nuits claires et sans vent, sans lune, alors que l’écologue s'intéresse aussi aux maxima, correspondant aux impacts potentiellement les plus important pour l’activité biologique ou la vision des animaux nocturnes.

Toutes choses égale par ailleurs, le halo lumineux est plus ou moins perçu par l'œil humain, selon la position des sources lumineuses, leur intensité et leur température de couleur. La sensibilité oculaire et la position de l'observateur par rapport à la source de lumière interviennent également (l'œil ébloui voit moins bien dans le noir, et il nécessite un temps de latence - jusqu'à 10 minutes, voire plus - pour retrouver une acuité visuelle lui permettant de normalement discriminer les faibles différences d'intensité lumineuse).

Le halo urbain est un phénomène récent et en expansion. Les chercheurs et astronomes ne s'y intéressent sérieusement que depuis les années 90. La mesure passe par l'observation visuelle (l'étoile la plus faible), l'utilisation combinée de luxmètres et de moyens photographiques numériques parfois complétés de thermo-hygromètres ou de matériel détectant les infrarouges et/ou les ultraviolets. Des dispositifs plus sophistiqués utilisant le laser permettent de mesurer horizontalement ou verticalement la turbidité de l'air, voire d'analyser certains de ses constituants. Différentes échelles de mesures sont proposées (échelle de Bortle, à 9 degrés, échelle de Cinzano...) et des modèles mathématiques ont été développés, dont en France à partir de la fin des années 1990 par Michel Bonavitacola et l'ANPCEN, en lien avec des associations d'astronomes ou de protection du ciel nocturne, en Amérique du Nord notamment. Ces modèles produisent des cartographies régionales ou nationales d'indices de pollution (ou de nuisances) lumineuses s'avérant de plus en plus fiables et prédictifs, lorsqu'on compare les cartes produites (ex : http://www.astrosurf.com/anpcn/pollution/astronomie/atlas/images/) avec des photographies satellitaires. La modélisation présente l'avantage d'être bien moins coûteuse que l'imagerie satellitaire, et de permettre la prospective ou l'étude de l'intérêt relatif de différents facteurs de correction. D'autres modèles plus adaptées au travail des architectes et concepteurs d'éclairage permettent déjà de calculer la réflectance en fonction de la nature et couleur des matériaux éclairés, et selon la nature et la position des sources. Ils pourraient être améliorés pour intégrer des facteurs de diffusion de la lumière en halo, selon la qualité de l'air et sa teneur en eau (hygrométrie).