Pollution lumineuse - Définition

Introduction

L’expression pollution lumineuse (light pollution, ou photopollution pour les anglophones) désigne à la fois la présence nocturne anormale ou gênante de lumière et les conséquences de l'éclairage artificiel nocturne sur la faune, la flore, la fonge (le règne des champignons), les écosystèmes ainsi que les effets suspectés ou avérés sur la santé humaine.

Elle se distingue des nuisances lumineuses en ce qu'elle affecte également les écosystèmes et les humains. Elle est souvent associée à la notion de gaspillage d'énergie, dans le cas d'un éclairage artificiel mal adapté, s'il constitue une dépense évitable d’énergie.

Comme celle de pollution du ciel nocturne qui la remplace parfois et qui désigne particulièrement la disparition des étoiles du ciel nocturne en milieu urbain, la notion de pollution lumineuse est récente. Apparue dans les années 1980, elle a évolué depuis.

La pollution lumineuse est souvent évaluée par l'échelle de Bortle.

Le phénomène

Histoire de la notion

Cette notion a originellement concerné les effets de la lumière artificielle sur l'environnement nocturne pris au sens large. On avait observé durant plusieurs siècles que les oiseaux tournoyaient, jusqu'à s'y tuer autour des phares, et que les papillons étaient attirés par les lumières. Des constats plus scientifiques ont ensuite été faits au XIX^e siècle par des naturalistes, ornithologues notamment qui notaient que l'éclairage, de nuit, pouvait désorienter les oiseaux migrateurs, avec des mortalités conséquentes (Kumlien dans le Milwaukee dans les années 1880, Munro dans les années 1920, et Lewis en 1927 …)
Cette notion a en France d'abord été portée par des astronomes nord-américains puis européens et par leurs organisations représentatives (Association française d'astronomie en France, CieloBuio en Italie, International Dark-Sky Association en Amérique du Nord), puis par d’autres acteurs confrontés à une dégradation rapide de l’environnement nocturne ; écologues, aménageurs, énergéticiens, médecins, universitaires, juristes, éclairagistes, agences impliquées dans le champ du développement durable se sont inscrits dans ce nouveau champ d'étude et de travail.

Elle intègre aussi des impacts de certains rayonnement modifiés, dont ceux de la lumière UV (pollution photochimique) sur la flore en particulier, et de la lumière polarisée sur la faune capable de la percevoir. Gábor Horváth et son équipe ont en 2009 proposé l'expression « Pollution par la lumière polarisée » (ou « polarized light pollution » pour les anglophones) ou PLP pour la mieux décrire et comprendre, afin de pouvoir solutionner - lorsque possible - les conséquences écologiques spécifiques (directes ou différées dans l’espace et le temps) de la lumière qui a été polarisée (à la source, ou en interagissant avec des objets fabriqués ou modifiés par l'homme).

Éléments de définition

Stricto sensu, l'expression « pollution lumineuse » désigne le phénomène d'altérations fonctionnelles d'écosystèmes par immixtion de lumière artificielle dans l'environnement nocturne, notamment quand cette lumière a des impacts négatifs significatifs sur certaines espèces réputées être des « espèces-clé » (dont par exemple certains insectes nocturnes (papillons, coléoptères), chiroptères, amphibiens...) et au-delà sur l'intégrité écopaysagère. Longcore et Rich en 2004 incluent plusieurs sous-phénomènes et nuisances associés :

• sur-illumination (puissance lumineuse excessive) ;
• éblouissement (trop forte intensité, contraste excessif) ;
• luminescence du ciel nocturne (halos causés par la lumière perdue vers le ciel).

Pour Kobler (2002), c'est « le rayonnement lumineux (infrarouge, UV et visible) émis à l’extérieur ou vers l’extérieur, et qui par sa direction, intensité ou qualité, peut avoir un effet nuisible ou incommodant sur l’homme, sur le paysage ou les écosystèmes »

Depuis peu s'ajoute la Pollution par la lumière polarisée, qui elle est diurne.

À échelle géobiologique, c'est un phénomène tout à fait récent (quelques décennies) alors que ses conséquences se font déjà sentir à l'échelle de temps de la vie des individus et de l'évolution des espèces. Pour cette raison, ses conséquences nécessitent encore des études spécifiques, mais une prise de conscience tardive du problème, la faiblesse du budget et de moyens humains alloués à son étude, font que son ampleur et son importance ne sont pas encore complètement cernés. Ses impacts n'ont été que partiellement étudiés sur la flore et la fonge, et de manière plus approfondie, mais uniquement pour certains groupes d'espèces (essentiellement oiseaux, chauve-souris et insectes) pour la faune.

Mesure

Image satellitale composite montrant l'émission nocturne de lumière vers l'espace, dans l'hémisphère Nord et par l'Inde. Il s'agit de photographies prises de nuit par temps clair, superposées ; les limites des continents étant produites par l'ajout en couleurs sombres, des photographies équivalentes diurnes.

Divers moyens de mesure de la luminosité nocturne existent, variant généralement selon la taille de la zone à mesurer.
Des mesures au sol sont facilement acquises au moyen d'un photomètre (généralement posé au sol et précisément orienté vers le zénith grâce à un niveau à bulle ; les mesures étant données en millilux (mlx) en cas de ciel noir ou en lux en ville éclairée). Différentes mesures peuvent être faites par ciel noir et sans lune et par brouillard ou ciel à nuages bas pour la mesure des halos lumineux ou avant et après extinction nocturne de l'éclairage (dans les communes qui coupent l'éclairage une partie de la nuit).
À l'échelle d'un pays ou d'une région ou sous-région, les mesures par satellite civils ou dans le cadre d'une thermographie aérienne donnent des résultats, mais moins fins.
On peut quantifier l'éclairage d'une collectivité par voies aériennes, permettant, par exemple à Genève d’identifier des zones urbaines sur-éclairées ou mieux éclairées (on n'y voit pas la source lumineuse, mais uniquement leurs « cibles » (carrefours, passages piétons, etc.) et des éclairages « polluants » (ce sont souvent des centres commerciaux, enseignes publicitaires, éclairages intégrés dans les trottoirs...).
D'autres protocoles sont proposés ou à l'étude (par des ONG telles que l'ANPCEN et Darksky association). Enfin, pour une mesure ponctuelle, des équipements individuels sont proposés à la vente.
La mesure héliportée consiste à photographier la zone par hélicoptère à 600-800 m d'altitude, de 20 h à 24 h, pendant qu'une équipe au sol étalonne l'analyse grâce à des sources lumineuses calibrées. Les photos traduisant le niveau d'éclairage, par exemple prises en 4096 niveaux de gris, sont ensuite converties en lux et intégrées à un système d'information géographique ou à une cartographie d'aide à la décision. Le coût de cette technique est 5 à 10 fois inférieur à celui d’une thermographie aérienne.

Une analyse qualitative affinée est possible (infrarouge, ultraviolet, lumière polarisée, réverbération sur l’eau ou des surfaces claires ou enneigées, modélisation d'impacts directs ou indirects estimés sur les espaces verts et cours d’eau, mesure de halos, etc.), mais les outils ne sont pas encore disponibles hors de la recherche et du domaine militaire.

Modélisation et cartographie

Les principes optiques de la réfraction et diffusion de la lumière sur les matières existaient déjà. Développés puis améliorés pour le cinéma, les jeux vidéo et les logiciels graphiques ou de simulations, ils ont guidé les premiers modèles scientifiques d'étude de la pollution lumineuse, avec d'autres modèles mathématiques élaborés par des physiciens de la lumière et de l’atmosphère, avec des astronomes et des spécialistes de l'imagerie satellitale pour tracer des cartographies et faire des études prospectives (dont pour positionner les nouveaux observatoires astronomiques). Ces modèles donnent des résultats de plus en plus précis en comparaison avec les mesures de terrain ou les images satellitales.

Quelques cartographies grand-public ou destinées aux astronomes ont été publiées après les années 2000, dont par exemple ;

• « Atlas mondial de la clarté artificielle du ciel nocturne », souvent renommé « Atlas mondial de la pollution lumineuse ».
• une Carte de France de la pollution lumineuse construite d'après les résultats d'un modèle simple, dit de Walker (d'après le nom de son auteur), qui estime l'intensité du halo d'après le nombre d'habitants des agglomérations et diverses cartes faites par Michel Bonavitacola (avec le modèle « THOT », et notamment dans le cadre du Projet Licorness)
• La carte AVEX de Frédéric Tapissier.