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La pollution lumineuse

Le ciel du Pic-du-Midi est aujourd'hui pollué par les lumières des grandes villes parfois distantes de plus de 200 km. Malgré cette pollution lumineuse, visuellement la situation est moins dramatique (cf. cette autre photo) et le site du Pic-du-Midi est même classé "Réserve Internationale de Ciel Etoilé", la 1ere en Europe continentale et la 6e au monde. Document IDA/DarkSky Lab.

La fée électrique (I)

Combien nos grands-parents devaient être heureux d'être nés à "l'âge de l'électricité", la lumière éclairant les rues et les habitations ! Mais entre éclairer et noyer de lumière, la nuance est...éblouissante, au grand dam des astronomes pour lesquels un site plongé dans l'obscurité est un prérequis à toute exploration du ciel !

La lumière qui tombe du ciel présente en effet un contraste si faible que la moindre lumière parasite cache son éclat qui ne peut plus émerger du bruit de fond ambiant. C'est la même raison pour laquelle on ne peut pas observer les étoiles en plein jour, sauf exception.

Certains d'entre vous ont certainement déjà été abusés par de beaux horizons situés non loin de leur domicile. Une ville, une entreprise ou un village proche voire ou autoroute qui passe à 20 km n'apparaît pas durant la journée, mais la nuit alors, quel débauche de lumière ! En effet, depuis les années 1980 cette lumière pose de sérieux problèmes en astronomie, tout le moins pour ceux qui observèrent le ciel de nuit dans le spectre visible. Car il existe une série d'activités qui peuvent se pratiquer de jour ou qui ne souffrent pas de cette pollution telle la radioastronomie ou l'étude du Soleil par exemple.

A l'heure où les politiciens luttent pour contrôler les dépenses d'énergie, en décembre 2001 des chercheurs italiens et américains sous la direction de Pierantonio Cinzano de l'Université de Padoue publièrent dans les "Monthly Notices de la Royal Astronomical Society" le premier Atlas Mondial de la brillance artificielle du ciel, c'est-à-dire de la pollution lumineuse. Leur étude révéla que les deux-tiers de la population mondiale et 99 % des habitants des Etats-Unis subissent une pollution lumineuse durant la nuit. Pire, plus des deux-tiers des Américains et la moitié des citoyens européens ne peuvent plus discerner la Voie Lactée à l'oeil nu, même lors des nuits claires et "noires". L'expression "have a clear and dark sky" (ayez une nuit claire et noire) n'aura malheureusement bientôt plus de sens pour beaucoup d'observateurs !

Cette pollution lumineuse combinée à une météo peu clémente expliquent en grande partie pourquoi l'astronomie est relativement peu pratiquée en Europe du Nord comparée aux habitants d'autres régions du monde comme l'Italie, la Grèce ou des pays plus éloignés comme le sud des Etats-Unis, l'Afrique ou l'Amérique du Sud, où les astronomes amateurs ont la chance de pouvoir observer soit en haute altitude (plus de 1500 m) soit dans des régions désertiques, loin de toute pollution lumineuse. Heureusement, il reste encore quelques lieux préservés un peu partout en Europe où la Voie Lactée est encore visible et l'horizon peu lumineux mais il faut tout de même s'écarter d'une centaine de kilomètres des villes et de quelques dizaines de kilomètres villages où gravir les montagnes ou les hauts-plateaux. Quant à espérer trouver un site éloigné de plus de 100 ou 200 km de tout éclairage artificiel, sauf dans le désert et dans quelques îles du Pacifique, cela n'existe plus, même dans les hauts-lieux de l'astronomie comme au Chili. L'homme a voulu profiter des bienfaits de la modernité et de la fée électrique, à nous à présent d'en gérer les désagréments !

Evolution de la pollution lumineuse à Los Angeles entre 1908 et 2012 vue depuis le mont Wilson situé à 1741 m d'altitude. Document Mt.Wilson Obs./KPNO et Kevin Balluff.

Ainsi que le montre l'image globale de la Terre présentée ci-dessous, tous les pays industrialisés sont touchés par ce phénomène, y compris les campagnes car certains pays voient affluer des dizaines de milliers de touristes et doivent construire des voies d'accès rapides sur leur territoire. L'Europe est particulièrement concernée, en particulier la Belgique qui présente le réseau routier le plus dense et le mieux éclairé au monde ! Mais ce n'est pas pour autant que les accidents y sont moins fréquents, leurs causes n'ayant la plupart du temps rien à voir avec l'éclairage public.

Grâce aux observations des satellites DMSP réalisées entre 1996-97, Cinzano et son équipe ont repris le travail commencé par Roy Garstang de l'Université du Colorado publié dans les années 1980 et 1990. Leur but était de développer une méthode pour étudier à l'échelle mondiale l'évolution de la pollution lumineuse et ses effets. L'étude de ce changement global intéressa également les écologistes et les naturalistes qui avaient déjà constaté que certains animaux étaient perturbés par l'éclairage artificiel qui ne leur permettait plus de différencier le jour de la nuit ou de se cacher à l'abri des prédateurs. Finalement, cette étude intéressa un nombre croissant de spécialistes, allant des experts traditionnels en astronomie et en sciences de l'atmosphère, aux experts en sciences environnementales, en sciences naturelles et même en sciences humaines par ses implications psychologiques, physiologiques, philosophiques voire religieuses.

A voir : The Black Marble, NASA

Aspect nocturne de la Terre en 1970 (gauche, 929x540 pixels), 2012 (centre, 12150x6075 pixels) et un gros-plan de Londres, Bruxelles et Paris (droite) photographiés par Thomas Pesquet depuis la station ISS le 2 avril 2017 avec un Nikon D4 équipé d'un grand-angle de 28 mm (mise au point mémorisée de jour, pose de 1/6 s à 20319 ISO). En 2003, nous produisions plus de 16.5 trillions de kWh de manière commerciale et continue. Cette consommation effrenée d'énergie (et notamment fossile) a un impact direct sur la pollution lumineuse et bien évidemment sur les changements climatiques. Les deux premières photos font partie du projet DMSP du département HEASARC de la NASA/GSFC. Document NASA/Earth Observatory/NOAA/NGDC et T.Pesquet/ESA/NASA.

Pour obtenir une base de référence et pouvoir exploiter des données objectives provenant de diverses sources à travers le monde, Cinzano et son équipe ont calibré les données de brillance du ciel en utilisant des relevés effectués à partir d'observatoires terrestres et ont intégré dans leurs calculs l'effet des aérosols et de la topographie sur la propagation de la lumière dans l'atmosphère. Les mesures sont exprimée en magnitude/sec d'arc2 ou en candela/m2 (parfois en rayleigh dans le système CGS).

Les cartes du projet DMSP sont codées arbitrairement en fonction du rapport entre la brillance artificielle du ciel et sa brillance naturelle : noir < 1.1 %, bleu = 1.1-3.2 %, vert = 3.3-9 %, jaune = 10-29 %, orange = 30-90 % et rouge > 90 %.

Suite à cette cartographie, on a découvert sans vraiment être étonnés que nos principales villes et leurs banlieues sont dans le "rouge". Avec l'extension des villes et l'urbanisation croissante, la campagne est de plus en plus dans le "jaune", localement dans le "vert" mais rarement mieux. Les zones "bleues" et "noires" sont réduites à des zones forestières, des réserves naturelles ou des sites désertiques y compris de montagnes.

Notons que le site de l'ASCEN en Belgique dédié à la protection du ciel et de l'environnement nocturne propose une procédure pour mesurer la brillance du ciel au moyen d'un APN. Cette méthode qui demande de réaliser une calibration des photos (tout est expliqué dans le document téléchargeable ci-dessous) est intéressante car elle respecte un protocole scientifique et standardisé facile à mettre en oeuvre qui permet de suivre l'évolution de la pollution lumineuse dans le temps et de comparer les résultats entre différents lieux.

A consulter : Light Pollution Map - Google Earthbuilder

A télécharger : Mesure de la qualité du ciel nocturne avec un APN (PDF), ASCEN

A gauche, état de la pollution lumineuse en Europe en 1998 et la prédiction pour 2025 : seuls la mer, le désert et quelques régions montagneuses seront épargnés ! Nos principales villes et leurs banlieues sont déjà dans le rouge. La campagne est encore temporairement... dans le vert et seuls les régions forestières et les sites montagneux sont dans le "noir" et bien entendu les mers. Voici ce qu'une zone "verte" donne en photo dans un village à quelques kilomètres de Luxembourg durant la conjonction de la Lune avec Vénus, Mars et Saturne le 24 avril 2004. Une nuit sans Lune, la radiance est de 2x10-9 W/cm2.sr et la brillance du ciel ou sa noirceur (indice SQM ou Sky Quality Meter) atteint la magnitude 20.7 par seconde d'arc2. Par comparaison, elle atteint la magnitude 21.5 au Pic-du-Midi ou au Chili par ciel clair en l'absence de la Lune et peut dépasser 22 en l'absence de la Lune et de la Voie Lactée. A droite, un appareil de mesure de la brillance du ciel Unihedron SQM-L équipé d'une lentille de 20° (vendu 149 € chez Astroshop notamment). Documents P.Cinzano et T.Lombry.

Depuis ces travaux, des appareils de mesure de la brillance du ciel ont été mis au point et proposés au public (par ex. Unihedron) et de nouvelles cartes nocturnes de la Terre ont été publiées, dont une carte mondiale en 2012 présentée ci-dessus, ainsi que de nouvelles cartes de distribution de la pollution lumineuse mises à jour annuellement dans le cadre du nouveau projet VIIRS (scanning radiométrique) de la NASA qui exploite le satellite Suomi NPP.

De son côté, depuis 2004 Cinzano propose Roadpollution, un logiciel d'évaluation de la pollution lumineuse destiné aux professionnels qui souhaitent contrôler le niveau de pollution lumineuse local, y compris les déperditions énergétiques.

Mis à part les services publics dont le rôle est de veiller à ce que l'éclairage public fonctionne, certaines sociétés n'hésitent pas à éclairer le ciel de nos villes au moyen de puissants phares halogènes ou de lasers de plusieurs milliers de watts. Cette publicité n'est pas très appréciée par la communauté des astronomes car pour 1000 kW ainsi dispersés dans l'atmosphère c'est plusieurs magnitudes que vous perdez dans un quadrant de 90° autour de la source d"émission et il va sans dire que de telles actions, même temporaires, contrecarrent la bonne marche d'un programme d'astronomie, entendons bien sûr à des fins scientifiques, tous les observateurs assidus ne bénéficiant pas nécessairement d'un site d'observation idéal.

Projets démesurés d'architectes. A gauche, 250 lampes halogènes de 4 kW ont entouré Tongres (B) pour fêter l'an 2000. Cliquer sur l'image de gauche pour lancer une animation (fichier QT de 271 KB). Au centre, New York commémorant l'attentat du 11 septembre 2001 à Manhattan. A droite, Singapour by night ! Documents Tongres 2000, Th.Too et Bob Atkins.

Si cette situation vous concerne, et même si vous êtes un amateur isolé, des solutions sont envisageables. L'idéal est de trouver un arrangement avec le propriétaire concerné ou de tenter une conciliation avec le responsable de votre commune. Il est arrivé que des responsables communaux aient acceptés de placer des caches sur les lampadaires, d'interdire la projection de spots halogènes vers le ciel (cf. les discothèques) ou exceptionnellement d'éteindre une série de lampes sur demande.

Il est toutefois difficile à une personne isolée de faire valoir ses "droits à l'obscurité" auprès d'une commune sur base d'arguments purement liés à une activité qu'il ne pratique pas assidûment ou même en tant que professionnel. En revanche, son avis aura plus d'impact s'il bénéficie du support d'associations nationales ou internationales reconnues.

Si une négociation à titre individuel a peu de chance d'aboutir, contactez l'International Dark-Sky Association, IDA, ou expliquez votre problème auprès de son responsable régional, telle l'association ASCEN précitée en Belgique ou l'ANPCEN en France. Leur site Internet reprend la législation, les normes, des outils, des sujets d'animation de groupes et les actions réalisées dans différentes communes. Ces associations peuvent vous aider à rédiger des pétitions, proposer des solutions avec lesquelles vous pourrez constituer un dossier que vous ferez valoir auprès de vos représentants locaux.

A lire : Three Surprising Creatures Affected by Light Pollution, IDA, 2016

Quand la pollution lumineuse affecte la faune sauvage

Échelles de la pollution lumineuse

A gauche, échelle d'évaluation de la qualité ou noirceur du ciel définie par P.Cinzano et al. (2001) comparée à l'échelle de Bortle et la mesure objective de la brillance du ciel exprimée en magnitude par seconde d'arc² (mesurée par exemple avec l'appareil de Unihedron). A droite, l'échelle de Bortle et le code couleur de magnitude développé par P.Cinzano appliqués sur le terrain.

Mais il s'agit souvent d'un combat disproportionné, du pot de fer contre le pot de terre. Bien souvent, surtout dans les grandes agglomérations, le bien-être de la communauté l'emporte sur le droit individuel ou même sur la bonne volonté des membres de l'IDA. Si aucune solution n'est envisageable, comme bon nombre d'amateurs vous devrez vous résigner à subir cette pollution lumineuse ou trouver un lieu plus proprice. En moyenne, malgré des dossiers convaincants et lorsque l'État a édicté des lois en matière de pollution lumineuse, on constate que 16 % des communes ne respectent pas les règles ou ne les appliquent pas tandis que 67 % des communes en tiennent compte et ont par exemple éteint l'éclairage des monuments historiques ou des buildings à partir de 1 heure du matin. Mais ce ne sont pas cettes petites mesures qui permettront de retrouver nos ciels noirs d'autant.

L'échelle de Bortle

En février 2001, l'amateur américain John E.Bortle, un chasseur de comètes réputé qui tenait une rubrique sur le sujet dans "Sky and Telescope" publia dans ce magazine un article intitulé "Shedding Light on Dark Skies: Build a "Dark Meter" and New Dark-Sky Rating Scale" dans lequel il décrivit une méthode pour estimer le degré de pollution lumineuse du ciel. Cette gradation sera connue sous le nom d'"échelle de Bortle".

La magnitude visuelle (Mv) indiquée correspond à ce que les scientifiques appellent la magnitude apparente, c'est-à-dire la mesure de l'irradiance d'un objet céleste observé depuis la Terre sous la couche atmosphérique en fonction des conditions locales. On n'est donc pas étonné d'apprendre que la magnitude visuelle limite varie d'un site d'observation à l'autre; ce n'est pas sans raison que les plus grands observatoires ont été installés à l'écart des villes et en altitude, au-dessus de la couche la plus dense et la plus polluée de l'atmosphère, dans des endroits isolés, géologiquement stable et au climat sec où l'air est très stable et le ciel pratiquement noir d'encre.

Echelle de Bortle

Echelle

Qualité

Mv max

(oeil nu)

Mv max

(T.320 mm)

Description

1

Excellent

ciel noir

7.6-8.0

17.5

Site excellent. La lumière zodiacale, le gegenschein et la bande zodiacale sont tous visibles - la lumière zodiacale est impressionnante, et la bande zodiacale traverse tout le ciel. Même en vision directe, la galaxie M33 est un objet évident à l'œil nu.

Localisation de M33. Document Akira Fujii.

La Voie Lactée dans la région du Scorpion et du Sagittaire projette au sol une ombre diffuse évidente. A l'œil nu, la magnitude limite se situe entre 7.6 et 8.0 (avec effort); la présence de Jupiter ou de Vénus dans le ciel semble dégrader la vision nocturne. Une lueur diffuse dans l'atmosphère est perceptible (un très faible halo naturel, plus particulièrement notable jusqu'à 15° au-dessus de l'horizon). Avec un instrument de 32 cm d'ouverture, les étoiles de magnitude 17.5 peuvent être détectées avec effort, tandis qu'un instrument de 50 cm avec un grossissement modéré atteindra la 19e magnitude. En observant depuis une étendue bordée d'arbres, le télescope, vos compagnons, votre voiture, sont pratiquement totalement invisibles. C'est le site d'observation idéal (en excluant les autres paramètres météos).

2

Ciel noir typique

7.1-7.5

17

Ciel considéré comme vraiment noir. La Voie lactée est toujours bien visible. Les étoiles les plus faibles visibles à l'œil nu ont une magnitude de 7.1 à 7.5. Un halo est faiblement visible près de l'horizon ; la galaxie M33 est facilement visible à l'œil nu ; la Voie Lactée en été est très structurée et la lumière zodiacale est encore assez forte pour projeter une ombre au crépuscule et l'aube ; les seuls nuages visibles font comme des trous noirs dans le ciel pour l'observateur ; les environs ne sont qu'à peine visibles "en silhouette contre le ciel", et de nombreux objets de Messiers (amas globulaires) sont encore distincts à l'œil nu. On distingue à peine le matériel posé au sol.

3

Ciel rural

6.6-7.0

16

On distingue quelques signes évidents de pollution lumineuse (par ex. des zones éclairées à l'horizon). Les nuages sont légèrement visibles, surtout près de l'horizon, mais le zénith est noir et l'apparence complexe de la Voie lactée est encore perceptible. Les étoiles les plus faibles à l'œil nu ont une magnitude comprise entre 6.6 et 7.0. Les objets M15, M4, M5, M22 peuvent encore être distingués à l'œil nu pour un œil exercé ; la lumière zodiacale est visible au printemps et en automne, sa couleur est encore visible. Le matériel posé au sol est visible à quelques mètres de distance.

4

transition

rural/banlieue

6.1-6.5

15.5

Dans ce ciel de transition entre zone rurale et la banlieue, des halos lumineux bien éclairés formant des "dômes de pollution lumineuse" sont visibles à l'horizon. La Voie lactée n'est bien discernable qu'en levant bien la tête, les détails en diminuent au fur et à mesure que le regard se porte vers l'horizon. Les nuages sont bien éclairés par le dessous dans les zones de halo ou illuminés du côté des sources lumineuses, mais encore peu visibles à l'aplomb du site. La magnitude limite à l'œil nu est de 6.1 à 6.5. La galaxie M33 est à peine visible et seulement quand elle est à plus de 55° au-dessus de l'horizon. Le matériel au sol est visible sans difficulté, mais encore très sombre.

5

Ciel de banlieue

5.6-6.0

15

La Voie lactée est à peine discernable. Un halo lumineux entoure quasiment tout l'horizon. Les nuages sont bien visibles. Les étoiles les plus faibles ont une magnitude comprise entre 5.6 et 6.0. Seules quelques traces de lumière zodiacale sont perceptibles par nuit claires en automne et au printemps. La Voie lactée est très affaiblie ou invisible près de l'horizon et elle paraît terne; Des sources lumineuses sont visibles dans tout ou partie du paysage nocturne ; Les nuages sont notablement plus clairs et lumineux que le ciel. Le matériel au sol est parfaitement visible.

6

Ciel de banlieue éclairée

5.1-5.5

14.5

Ciel de banlieue lumineuse. La lumière zodiacale est invisible ; la Voie lactée est invisible sauf à l'aplomb du site, et encore. La magnitude limite à l'œil nu est d'environ 5.5.

Aspect du ciel à 5 km d'Arlon

(exposition de 15 s à 800 ISO)

Au-delà de 35° au-dessus de horizon le ciel apparaît lumineux et coloré et les nuages bas – où qu'ils soient – apparaissent éclairés à fortement éclairés. La galaxie M33 est invisible sans disposer au moins d'une paire de jumelles, la galaxie d'Andromède M31 est à peine visible à l'œil nu. Le matériel au sol est parfaitement visible.

7

Transition banlieue/ville

4.6-5.0

14

Le ciel montre une couleur légèrement bleutée teintée d'orange et de marron. La Voie lactée est invisible. Les nuages sont très bien éclairés. La présence de sources lumineuses puissantes ou nombreuses est évidente dans les environs. La magnitude limite est voisine de 5.0. La galaxie M31 et l'amas ouvert M44 sont à peine visibles par un observateur expérimenté, même avec un télescope et seuls les objets de Messier les plus brillants peuvent être observés. Les étoiles formant les constellations familières apparaissent indistinctement ou sont invisibles. Les objets environnants sont visibles à plusieurs dizaines de mètres de distance.

8

Ciel urbain

4.0-4.5

13.5

On peut sans difficulté lire les titres d'un journal sans éclairage. La magnitude limite est de 4.5. Le ciel apparaît blanchâtre à orangé.

9

Ciel d'un centre-ville

<4.0

13

On ne distingue quasiment plus d'étoile dans le ciel, uniquement la Lune et les planètes. La magnitude limite est inférieure à 4.0.

Cette échelle empirique est principalement utilisée par les amateurs. Les professionnels utilisent d'autres échelles dont celle proposée par Cinzano. Notons que le programme Stellarium utilise également les bases de données de pollution lumineuse et propose une échelle entre 0 et 9 qui est généralement assez pessimiste.

On peut être étonné de lire que la magnitude visuelle limite dans un site idéal varie entre 7.6 et 8.0 quand nous avons dit dans plusieurs autres articles que la magnitude visuelle limite à l'oeil nu était voisine de 6.

En fait, il serait possible en théorie d'observer à l'oeil nu des objets célestes de magnitude comprise entre 6 et 8. Mais pour y parvenir il faut réunir des conditions d'observations qu'on retrouve uniquement dans les hauts-lieux de l'astronomie tel que le sommet du mont Paranal au Chili, le Mauna Kea à Hawaii ou le Pic-du-Midi, et encore car la limite va dépendre de la transparence et la noirceur du ciel ainsi que de facteurs physiologiques propres à chaque observateur.

Ailleurs, et même au mont Palomar, l'effet de l'atmosphère y compris le degré d'humidité de l'air, la présence de poussière, de lueurs nocturnes, l'âge de l'observateur (l'adaptation de nos yeux à l'obscurité) sans oublier l'omniprésente pollution lumineuse sont autant de facteurs qui vont réduire la magnitude apparente des astres.

A lire : NamibRand Nature Reserve: first Dark Sky Reserve (sur le blog)

A gauche, Salzbourg en Autriche. Si le ciel est pollué par les lumières artificielles dans les basses couches, comme au Mt Wilson, il suffit de monter sur les contreforts des Alpes, à plus 1500 ou 2000 m d'altitude pour retrouver la limpidité du ciel de montagne. Document d'Andreas Max Böckle primé lors du concours organisé par TWAN en 2013. Au centre, conjonction entre la Lune, Vénus et Jupiter le 15 juillet 2012 photographiée par Tunc Tezel depuis le plateau des lacs glacés du Mont Uludag en Turquie. A droite, la lumière zodiacale photographiée depuis le Parc National de Kalkalpen en Autriche, le 16 novembre 2012 par Rudi Dobesberger. Le halo jaune au-dessus de l'horizon gauche est la ville de Graz située à 101 km. En l'absence de la Lune et des planètes, ces deux derniers sites situés à plus de 2000 m d'altitude et plongés dans une obscurité relative permettent d'observer des étoiles de magnitude 7 voire davantage en plein hiver. Même si ces trois ciels sont pollués par la proximité des villes (niveaux 5, 3 et 3 sur l'échelle de Bortle), ils permettent malgré tout de pratiquer l'astronomie et l'astrophotographie.

En pratique, pour peu que vous observiez le ciel à quelques dizaines voire même 100 km d'une ville de plusieurs milliers d'habitants - et il y en a quasiment partout - l'éclairage public ainsi que celui des voies d'accès comme les autoroutes vont émettre un halo brillant qui vous fera perdre entre 1 et 2 magnitudes. C'est le prix à payer pour vivre "à l'occidental" !

Si la pollution lumineuse vous empêche d'observer ou de photographier le ciel profond dans de bonnes conditions, une solution consiste à acheter un filtre anti-pollution lumineuse (LPR) afin de réduire son effet ainsi que nous l'avons expliqué dans ce rapport rédigé en anglais. Ce type de filtre est très efficace et, si l'on peut dire, vous réconciliera avec la pollution lumineuse ! C'est l'objet du prochain chapitre.

Deuxième partie

L'usage des filtres anti-pollution lumineuse

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