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La pollution lumineuse (1/3)

Définition et prise de conscience

Jean-Eudes Arlot

Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Éphémérides

Delphine Chareyron

03/04/2017

Résumé

Astronomes et défenseurs de la biodiversité se sont retrouvés sur une préoccupation commune, la défense de la nuit, menacée par la pollution lumineuse. Nous allons voir dans cette série de 3 articles ce qu’est cette pollution, ses inconvénients, comprendre son mécanisme et voir les possibilités de lutter contre ses effets néfastes.


1. Qu'est-ce que la pollution lumineuse ?

Par définition, la pollution est constituée d’un altéragène biologique, physique ou chimique (vocabulaire normalisé AFNOR) qui provoque une gêne passagère, durable ou à effet à long terme.

On peut définir différents types de pollution :

  • chimique,
  • visuelle,
  • sonore,
  • environnementale,
  • lumineuse.

La pollution est-elle inévitable ? Oui, elle est même normale dans un système évolutif : la nature elle-même pollue ! Il ne s’agit pas de ne jamais rien modifier mais de le faire avec le souci de limiter l’effet de pollution.

La « pollution lumineuse » se définit par l’impact de la lumière artificielle sur l’environnement :

  • sur le paysage nocturne,
  • sur la faune,
  • sur la flore,
  • sur l'humain,
  • sur l'observation astronomique.

Éclairer pour se déplacer la nuit est utile mais trop d’éclairage pollue l’environnement. Bien éclairer nécessite de réfléchir pour trouver les meilleurs solutions.

2. Qu'est-ce qu e la lumière ?

2.1 Le rayonnement électromagnétique

La lumière est la partie visible du rayonnement électromagnétique qui nous entoure, émis principalement par le Soleil mais aussi réémis et diffusé par les corps éclairés. Le rayonnement électromagnétique est caractérisé par sa longueur d’onde, des rayons X jusqu’aux ondes radio : il en est de même pour la lumière qui n’est qu’une petite partie du rayonnement électromagnétique et dont la longueur d’onde va de 400 nm (courtes longueurs d’onde) à 700 nm (grandes longueurs d’onde). Nos yeux et notre cerveau traduisent cela par la lumière bleue (courtes longueurs d’onde) jusqu’à la lumière rouge (grandes longueurs d’onde). C’est ce que l’on appelle le spectre visible (figure 1).

Figure 1 : Vue schématique de l’ensemble du dispositif expérimental.

Le mélange des longueurs d’onde du rayonnement visible donne la lumière blanche : c’est là où le Soleil rayonne au maximum. D’autres étoiles rayonnent plus dans le bleu ou dans le rouge.

2.2 Le spectre visible

Les yeux des êtres vivants sont adaptés au rayonnement solaire avec des variations minimes selon l’espèce considérée. Lorsque l’on reçoit un rayonnement particulier du spectre visible, on a l’impression de couleur : la couleur est bien la caractéristique de la longueur d’onde du rayonnement perçu. Ainsi, un prisme qui sépare les différents rayonnements nous fera percevoir les différentes longueurs d’onde séparément.

Tous les objets colorés ne réémettent qu’une longueur d’onde et absorbent les autres ce qui leur donne leur aspect coloré. L’objet blanc réémet tout ce qu’il reçoit et l’objet noir l’absorbe (ce qui explique qu’il se réchauffe plus que l’objet blanc, la lumière absorbée étant réémise en infra-rouge). Si le ciel est bleu, c’est parce que l’atmosphère terrestre ne diffuse que la lumière bleue. Si les couchers de Soleil sont rouges c’est parce que la basse atmosphère absorbe le bleu et ne laisse passer que les teintes rouges. Cette lumière et ces couleurs sont indispensables à la vie : pas de lumière, pas de végétation et pas de nourriture pour les animaux et pour l’homme.

2.3 L'œil humain

Il faut ici donner quelques explications sur la vision humaine. L’œil humain est adapté au rayonnement solaire, plus particulièrement au spectre visible (ce sont les longueurs d’onde que l’œil perçoit qui ont défini le spectre visible). L'œil est un instrument d'optique extraordinaire qu'aucun récepteur moderne ne peut concurrencer : il peut voir en plein soleil malgré l'éblouissement et il peut distinguer suffisamment son environnement durant les nuits les plus sombres pour pouvoir se diriger. Il s'adapte à toutes les situations mais il préfère cependant les zones bien éclairées qui augmentent les contrastes. Ainsi entre deux zones éclairées, il préfèrera la zone la plus éclairée par comparaison, ce qui entraîne une surenchère dans l'éclairage public. Pourtant, l'expérience a été faite de diviser par deux la luminosité de tous les lampadaires dans une ville : l'œil s'est adapté et la population n'a plus vu la différence après quelques jours d'adaptation.

3. La nuit

Cette lumière indispensable à la vie ne nous provient que du Soleil. La vie s’est adaptée aux longueurs d’onde émises par le Soleil. Si le Soleil modifiait la gamme des longueurs d’onde émises, la vie ne serait plus possible ou changerait complètement d’aspect.

La Pleine Lune n’émet que 1/100 000 de la lumière solaire : il ne s’agit que d’un reflet, la Lune n’étant pas lumineuse par elle-même. La lumière de la Lune ne permet que de voir dans la nuit, les nuits sans Lune étant particulièrement sombres. Le mouvement de la Lune et de la Terre se conjuguent pour que la Lune n’éclaire qu’une partie de nos nuits. Si la lumière du jour est à peu près uniforme, la clarté de la nuit ne l’est pas mais dépend de la phase de la Lune (de la nouvelle Lune à la Pleine Lune et retour).

3.1 L'alternance jour/nuit

L’alternance jour/nuit règle la vie qui s'y est parfaitement adaptée. La flore et la faune en ont besoin et notre vie sociale est organisée autour de cette alternance. Les durées respectives du jour et de la nuit dépendent des saisons : elles sont bien entendu plus adaptées à la vie naturelle qu'à la vie en société pour laquelle le cycle journalier est le même en hiver et en été. L'activité humaine ne s'arrête pas pendant douze heures pour reprendre pendant douze heures ! Elle ne fait que ralentir pendant quelques heures (les transports en commun s'arrêtent en général entre 1h et 5h du matin...).

Figure 2 : Le nycthémère.

3.2 S'éclairer la nuit

La nuit est perçue comme une perte de temps et une gêne pour l'activité humaine : il faut donc la combattre et s’éclairer pour compenser l'absence du Soleil. La Lune est bien insuffisante pour remplacer le Soleil d’autant plus qu’elle n’est pas présente toutes les nuits. Les astronomes ont constaté que la faible brillance de la Lune était due au fait que son sol est très sombre, semblable à une surface goudronnée ! Un projet de repeindre la Lune en blanc a même été proposé. Ce n'est pas son coût (bien inférieur au programme Apollo) qui l'a arrêté, mais une prise de conscience de la nécessité de la nuit. Cependant, luminaires et lampadaires toujours plus nombreux et toujours plus lumineux envahissent toutes les zones où l'homme s'active ou habite.

Figure 3 : La pollution lumineuse des zones urbaines.

4. La prise de conscience

La prise de conscience de l'excès d'éclairage est récente et provient de plusieurs sources :

  1. des astronomes qui ont vu la nuit disparaître dans les villes les obligeant à s'exiler dans les déserts ou au sommet des montagnes,
  2. des protecteurs de la nature qui ont constaté la disparition d'espèces vivantes du fait de la pollution lumineuse,
  3. de la recherche d'économie d'énergie facile à réaliser en évitant d'éclairer le ciel et de gaspiller de l'électricité en pure perte.

Malheureusement, la volonté de limiter la pollution lumineuse se heurte à une politique locale électoraliste qui veut toujours plus de lampadaires de plus en plus puissants.

4.1 Les astronomes

Les astronomes ont été les premiers à s’inquiéter de la pollution lumineuse. Les premiers observatoires ont été installés dans les villes pour des raisons de commodité. Cependant, déjà, le site n’était pas pris au hasard, il fallait éviter d’avoir la ville dans la direction du sud ou de l’ouest, surtout à cause des vents dominants rabattant les fumées. C’est l’apparition de l’éclairage public d’abord au gaz puis électrique au XIXe siècle qui posa un problème qui n’allait qu’en empirant. Tout d’abord, les observatoires migrèrent vers la banlieue (à l’ouest ! Comme Meudon par rapport à Paris) puis de plus en plus loin.

Les nouvelles techniques d’observation et d’analyse de la lumière demandèrent des sites dont les caractéristiques devaient être très précises : une absence de lumière artificielle proche, une atmosphère stable (faible turbulence atmosphérique) exempte de poussières et de vapeur d’eau (très faible taux d’humidité). L’absence de nuages (la nébulosité) n’est pas suffisante. Ainsi, des sites comme le Pic du Midi en France, La Silla ou le Paranal au Chili, l’île d’Hawaï et les Canaries rassemblent les bonnes caractéristiques : un sommet isolé, pas trop loin de la mer pour bénéficier de vents dominants laminaires et, bien sûr, pas de lumière parasite.

Figure 4 : Le site du VLC au mont Paranal au Chili : la transparence du ciel est optimale et la pollution lumineuse inexistante.

4.2 La luminosité du ciel

Les astronomes ont mis au point des mesures de la luminosité du fond du ciel : en effet, plus le fond du ciel est sombre, plus facile sera l’observation d’étoiles faibles (meilleur contraste). Le ciel n’est jamais « noir » et il existe en permanence, même en l’absence de Lune et en dehors du crépuscule, une certaine luminosité. Celle-ci a plusieurs causes dont seulement certaines peuvent être éliminées. La présence de poussières et de vapeur d’eau peut être évitée par le choix d’un bon site mais l’atmosphère sera toujours là. En allant en altitude, on aura moins d’atmosphère mais les molécules composant celles-ci réagissent avec la lumière solaire soit par diffusion (crépuscule), soit par réaction chimique (luminescence). Cette luminescence varie selon l’activité solaire, les particules énergétiques participant à cette luminescence. Cela représente plus de 60% de la luminosité du ciel nocturne. À cela il faut ajouter la lumière zodiacale pour 25% (les poussières restant dans l’écliptique depuis la formation du système solaire) et la lumière des étoiles se diffusant dans l’atmosphère (c’est très peu).

Des photomètres photoélectriques et l’observation d’étoiles très faibles permettent de mesurer la qualité du ciel. Des luxmètres sont proposés dans ce but mais aussi pour permettre aux pouvoirs publics de mesurer la déperdition d’énergie envoyée vers le ciel en pure perte. La NASA a pour projet d’utiliser le satellite VIIRS pour faire des cartes de la pollution lumineuse régulièrement mises à jour.

Figure 5 : Lampadaires surpuissants inutiles.

4.3 L'arrêté du 25 janvier 2013

Les astronomes ont été rejoints par les associations de protection de la nature qui ont perçu les dangers de cette pollution. Peu à peu, cette prise de conscience a atteint les pouvoirs publics et différentes mesures ont été prises : dans les communes rurales, la qualité du ciel nocturne a été comprise comme un atout. Certaines communes ont signé des chartes de l'éclairage durable, obtenant le label « commune étoilée ». La présence d'astronomes, d'observatoires ou d'associations de protection de l'environnement a servi de déclencheur de ce mouvement. Enfin, au niveau national un arrêté a été pris pour limiter cette pollution. L’arrêté du 25 janvier 2013, qui est entré en vigueur le 1er juillet 2013, régit l’éclairage des bâtiments non résidentiels, vise à limiter les nuisances lumineuses et à réduire la consommation d’énergie.

Figure 6 : L'arrêté du 25 janvier 2013.