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La pollution lumineuse (2/3)

La pollution lumineuse aujourd'hui - L'importance de la nuit pour le vivant

Jean-Eudes Arlot

Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Éphémérides

Delphine Chareyron

10/04/2017

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. L'importance de la nuit pour la faune

Le « noir », c’est l’habitat nécessaire d’un grand nombre d’espèces : c’est pouvoir se nourrir, c’est la condition de la survie. D’une manière générale, la vie aime le « noir » : beaucoup de mammifères sont ou sont devenus plus ou moins nocturnes. Ils préfèrent circuler dans le noir ou dans l'ombre, de même qu’ils évitent les sols nus et découverts. La nuit permet d’éviter les prédateurs et contribue à un équilibre naturel. Les rapaces nocturnes, les chauves-souris, les canards sauvages, les lapins,... , mangent essentiellement la nuit et préfèrent les zones de « noir profond ». Les grands mammifères tels que les cerfs et les sangliers se nourrissent et se déplacent la nuit.

Beaucoup de fonctions vitales dépendent de l’existence d’une période de noir profond :

  • la pousse du pelage ou des plumes,
  • les mues,
  • l'alimentation (figure 1),
  • la torpeur diurne,
  • la reproduction,
  • les migrations,
  • l'hibernation.

Figure 1 : L'alimentation des lapins.

La plupart des insectes et organismes terrestres (l'essentiel de la biomasse animale) fuit la lumière. La pollution lumineuse est la deuxième cause d’extinction des espèces d’insectes après les pesticides. Les insectes fuient la lumière mais des points lumineux éblouissants peuvent les attirer (figure 2) et ceux-ci les tuent (voyez les papillons de nuit morts sous les lampadaires).

Figure 2 : Les lampadaires dans la nuit attirent les insectes.

Citons l’exemple des lampadaires aménagés le long des routes dans la plaine du Rhône : ils attirent les insectes jusqu'à 700 mètres, soit sur toute la largeur de la plaine. En conséquence un milliard d'insectes sont tués chaque nuit. Les insectes ont un vrai rôle à jouer pour la dégradation du bois mort, des déchets et pour la pollinisation (papillons de nuit), ... La luciole est en voie de disparition en zone méditerranéenne. La lumière, les U.V. attirent de loin certains insectes nocturnes. Le papillon « Graellsia isabellae » menacé et protégé, a failli disparaître par braconnage à la lampe à vapeur de mercure. Le papillon « Paon de nuit » est aussi menacé d’extinction.

La Pleine Lune ralentit l’activité des insectes parce que les risques de prédation sont accrus, mais la Pleine Lune est cent mille fois moins lumineuse que le Soleil ; son éclairement étant uniforme et non éblouissant. La nature s’y est adaptée bien que certains animaux privilégient les nuits sans Lune.

L’impact de la lumière est particulier en ce qui concerne l’éblouissement : ainsi, le nombre de rapaces trouvés morts près des routes et autoroutes la nuit est le double par rapport à la journée pour les espèces nocturnes telles que l’effraie, le moyen duc, la hulotte, la chevêche... alors que le trafic est bien moindre.

Dans les élevages industriels, on éclaire les poules toute la nuit afin d’augmenter la productivité de la ponte durant toute l’année. On peut ainsi se demander si l’absence de nuit n’a pas d’impact sur les oiseaux sauvages.

2. Le cas des migrateurs

Beaucoup d’espèces animales migrent pour leur survie : oiseaux, mammifères, amphibiens, reptiles, poissons, invertébrés... Pour cette migration, ces espèces utilisent :

  • le champ magnétique terrestre (un aimant sur le dos d'un pigeon le désoriente),
  • l'odorat : oiseaux, poissons, amphibiens privés de leur odorat se perdent, mais la privation d'autres sens peut avoir le même effet,
  • la vision qui leur permet de s'orienter grâce au Soleil mais aussi aux étoiles.

L’utilisation des étoiles par les oiseaux a été vérifiée par des expériences en planétarium dans lesquels les oiseaux partaient toujours dans la bonne direction par rapport aux étoiles projetées. Dans ce cas, ce sont évidemment les lumières tournées vers le ciel qui vont être très gênantes. Les oiseaux migrateurs ont tendance à se diriger vers les lumières trop fortes telles que les faisceaux-guide de certains aéroports militaires ou les lasers des discothèques. On a retrouvé des cadavres d’oiseaux en grand nombre autour de telles installations.

La migration des oiseaux a lieu essentiellement de nuit selon un axe nord-sud en utilisant le champ magnétique, le Soleil et les étoiles. Les oiseaux semblent discriminer les mouvements relatifs des étoiles par rapport à l'horizon et à l'étoile polaire et ils corrigent leurs trajectoires. L’alouette est sensible à de très brefs flashs lumineux (d'où l'utilisation du « miroir aux alouettes »). D’une manière générale les zones violemment éclairées et les hauts pylônes abritant un phare tourné vers le ciel (ce qui est le cas pour prévenir les avions) représentent un danger pour les oiseaux en détournant les flux migratoires aviaires. Un oiseau aveuglé se perd et meurt. De nuit, les flashs des éoliennes (figure 3) – malheureusement situées dans des zones peu habitées donc de noir - attirent les migrateurs qui sont tués par les pales en mouvement ou désorientés par les flashs. La pollution lumineuse des villes gêne la vision des étoiles pour les oiseaux et les détournent de leur itinéraire.

Figure 3 : Un champ d'éolienne et leurs flashs lumineux.

3. Les indésirables

Trop de lumière peut aussi avoir un effet attractif pour certaines espèces : on a vu des loups, des ours et même des rhinocéros en pleine ville. Des animaux sauvages plutôt nocturnes trouvent avantage à risquer d’être vu pour bénéficier des décharges ou des poubelles urbaines éclairées la nuit. Ceux qui se savent rapides et sans prédateurs ont moins peur d’approcher l’homme et ses lumières.

Quelques espèces profitent de l'éclairage pour surdévelopper leurs effectifs... (étourneaux, pigeons, moineaux...). A Lille, les étourneaux ont appris à utiliser les lampadaires géants pour se réchauffer la nuit en hiver. La lumière a-t-elle un impact sur leur comportement ? Ils prolifèrent ! Parfois des oiseaux nichent ou gîtent dans les zones industrielles très éclairées, mais tranquilles (et chaudes) et polluent les lieux...

4. La pollution lumineuse : son impact sur la flore

La flore a absolument besoin de lumière pour sa fonction chlorophyllienne. On l’a bien compris puisqu’on éclaire les serres agricoles en hiver pour augmenter la production quand la nature voudrait s’endormir.

La pollution lumineuse devrait donc être favorable aux plantes, aux arbres et à toute la flore. Pourtant, les études de l’influence de la lumière artificielle sur les plantes ont montré que, dans un environnement urbain lumineux qui augmente la plage d’éclairement journalière, les arbres produisent des feuilles plus tôt et les conservent plus tard (donc augmentation de la biomasse) mais avec l’équivalent de 20 jours d’oxygène produit en moins par an ! On ne trompe pas la nature impunément !

5. La pollution lumineuse : son impact sur l'homme

L’homme a besoin d’une période de repos journalière et la nuit est la période favorable pour cela. La mélatonine est produite la nuit : elle contrôle les rythmes circadiens et circannuels de très nombreuses espèces dont l’homme et elle favorise la période de repos durant la nuit. On a remarqué que la baisse de mélatonine augmente les risques de cancer. De nos jours, 99% des Européens ne connaissent pas la nuit noire. Outre un manque de connaissance culturelle d’un fait naturel essentiel (nuit noire et ciel étoilé), cela engendre une baisse générale de mélatonine, un mauvais repos journalier et une atteinte possible à la santé. Si la pollution n’est pas un fait nouveau pour la société humaine, la pollution lumineuse est, par contre, très récente.

Figure 4 : En ville, au XIXe siècle, les étoiles étaient bien visibles comme on le voit sur ce tableau de Van Gogh..

6. Les effets de la pollution lumineuse

Les effets de la pollution lumineuse se manifestent de différentes façons. Pour pouvoir lutter contre ces effets, il est important de bien comprendre leur fonctionnement. Ces effets se manifestent comme suit, ils sont :

  • directs : é́blouissement de la chouette, extermination d’insectes, et/ou indirects (en cascade) : éclairage mal conçu induisant un morcellement des habitats lequel induit la disparition de certaines espèces.
  • Différés dans l'espace : des oiseaux disparaissent au Sud parce que leur nourriture et leur habitat disparaissent en Europe.
  • Différés dans le temps avec un effet de seuil : le seuil d'extinction d’une espèce peut être atteint longtemps après le début de l’éclairage excessif gênant cette espèce ; l'augmentation progressive de la pollution lumineuse peut entraîner brutalement l’extinction d’une espèce sans signe avant-coureur.
  • Exacerbés et cumulatifs : l'insecte est attiré par la lumière et une lampe chaude le brûle.
  • En synergies positive ou négative : il y a synergie entre la pollution lumineuse et la pollution atmosphérique : les villes trop éclairées peuvent également être très polluées (par exemple : Mexico ) ce qui augmente le halo et la pollution lumineuse.

On peut conserver un éclairage nocturne pourvu que l’on comprenne bien comment en limiter les effets néfastes : il n’est pas absolument nécessaire d’éteindre toutes les lumières partout !

Figure 5 : Planisphère de nuit.

La lumière artificielle émise par les villes constitue la plus grande part de la pollution lumineuse (figure 5). Elle diffuse en partie vers le ciel. Elle est dispersée par les molécules de gaz et la pollution particulaire de l’air. Il se forme ainsi un halo lumineux qui trouble l’atmosphère et nous masque la voûte céleste.

Figure 6 : La France vue du ciel - en haut en 1992, en bas en 2010.

Il y a aujourd’hui 11 millions de lampadaires en France et leur nombre est en augmentation permanente (figure 6). Les émissions lumineuses dans les pays riches, ainsi que la pollution de l’air urbain sont deux paramètres liés au nombre d’habitants et à leur niveau de vie. Il faut ajouter l’impact des industries et des grands axes de transports (ports, autoroutes dans certains pays, gares, zones industrielles).

7. Comment mesurer la pollution lumineuse ?

La prise de conscience de la réalité de la pollution lumineuse exige que l’on puisse mesurer et quantifier cette pollution. Comme on l’a vu, il peut y avoir des synergies et cette pollution n’est pas simplement fonction du nombre de lampadaires. Il faut évaluer le halo lumineux autour des grandes villes qui peut se propager plus ou moins loin (figure 8). Les méthodes d’évaluation sont les suivantes :

  • compter tout simplement les étoiles visibles à l’œil nu (échelle de Bortle),
  • utiliser un luxmètre mesurant la luminosité du ciel.

Ce sont les astronomes à la recherche de site d’observation qui ont établi des critères de qualité de ciel de nuit. La protection du ciel a commencé surtout lors de l’année de l’astronomie en 2009 et les associations de protection de la nature ont adopté les mêmes critères.

Figure 7 : Evolution de la pollution lumineuse à Los Angeles entre 1908 et 2012, vue depuis le Mont Wilson situé à 1741m.

Figure 8 : La France vue du ciel - à gauche les lumières, à droite le halo.

8. La disparition de la nuit

Un des objectifs de ce type de carte est de trouver les meilleurs endroits pour installer un observatoire astronomique. Le halo augmente la brillance du fond du ciel (sans étoile) et fait disparaître les étoiles trop faibles. Selon les études effectuées entre 1990 et 2000, le halo lumineux augmente d’environ 6% par an. Ce type de carte donne un bon indice de la pollution lumineuse et des impacts de celle-ci sur la faune et sur la flore. Dans les zones urbaines, le halo lumineux est tel que la plupart des étoiles ont disparu : seule la Lune et quelques étoiles et planètes brillantes sont encore visibles mais cela n’a rien à voir avec un ciel étoilé et une voie lactée qui remplissent le ciel nocturne.

9. Un regard vers le ciel

Nous connaissons tous la constellation de la Grande Ourse (ou casserole ou chariot selon votre imagination...). Cette constellation est très caractéristique de par sa forme que tous nous avons abondamment contemplée. La figure ci-dessous concrétise bien ce qu’est la pollution lumineuse. Dans un ciel noir et pur, le nombre d’étoiles visibles est important (on en compte trois mille visibles à l’œil nu).

La brillance des étoiles se mesure par sa « magnitude » qui est d’autant plus grande que la brillance est faible. Les magnitudes -1, 0 ou 1 correspondent aux étoiles très brillantes et aux planètes comme Vénus et Jupiter. Les étoiles de la Grande Ourse ont une magnitude entre 1 et 2, elles se détachent donc bien des autres étoiles du ciel qui ont une magnitude au-delà de 3 (visibles à l’œil nu jusqu’à la magnitude 6). Si le fond du ciel est brillant du fait de la pollution lumineuse, les petites étoiles vont disparaître, le contraste n’étant plus suffisant entre l’étoile et le ciel.

La figure 9 montre la Grande Ourse dans des cieux de plus en plus pollués et brillants : c’est ce que l’on constate en s’approchant d’une grande ville.

La Grande Ourse dans un très bon ciel : on distingue les étoiles jusqu’à la magnitude 6.

La Grande Ourse dans un ciel correct : on distingue les étoiles jusqu’à la magnitude 4.

La Grande Ourse dans un ciel pollué : on distingue les étoiles jusqu’à la magnitude 3.

La Grande Ourse dans un ciel très pollué : on distingue les étoiles jusqu’à la magnitude 2.

Figure 9 : la Grande Ourse dans des cieux de plus en plus pollués et brillants

Dans une très grande ville très polluée, on peut même ne pas voir la Grande Ourse : seules les planètes Vénus ou Jupiter et les étoiles de magnitude 1 sont visibles.

Définition de la magnitude :

La magnitude est la sensation visuelle de la lumière produite par une étoile. Les étoiles visibles à l’œil nu ont été classées en 6 ordre de grandeur par les astronomes de l’antiquité : la première grandeur correspondant aux étoiles visibles dès le coucher du Soleil et ainsi de suite jusqu’à la 6e grandeur pour les étoiles les plus faibles visibles dans la nuit noire après les crépuscules. Plus récemment, on a substitué à ce classement une définition plus quantitative en fonction de la brillance de l’étoile.

Si F est le flux d’une étoile (pour une longueur d’onde fixée), la magnitude m est définie par : m = -2,5 log(F)+ constante

la constante est définie en fonction d’une étoile de référence. On a d’abord utilisé l’étoile polaire en fixant sa magnitude à 2. On a abandonné cette étoile lorsqu’on s’est aperçu qu’elle était variable. On a ensuite pris Véga en fixant sa magnitude à zéro. Sa variation de flux selon la longueur d’onde n’en fait pas une référence parfaite mais elle sert toujours de référence. La formule de la magnitude a été faite de façon à ne pas trop s’éloigner de ce que les anciens avaient institué : on reste ainsi proche de la sensibilité de l’œil.

Valeur du flux lumineux en fonction de la magnitude. Source Wikipedia.

Luminosité du ciel

(non pollué=1)

Magnitude par arcsec2

Échelle de Bortle

Magnitude des étoiles visibles à l'oeil nu

Nombre d'étoiles visibles à l'oeil nu

Visibilité de la Voie Lactée

1

22

2

7

5 000

Très bonne

2

21

4

6

3 000

Bonne

10

19

6

5

1 000

Visible au zénith

100

17

8

3

100

Invisible

500

15

9

1,5

20

Invisible

1 000

14

9

0,5

5

Invisible

Visibilité des étoiles en fonction de la pollution lumineuse.