Des physiciens slovaques s’intéressent à la pollution lumineuse

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14 mai 2018

Une équipe de scientifiques slovaques a récemment percé dans le domaine de la modélisation de la pollution lumineuse dans l’environnement. Les résultats obtenus suite à leurs travaux de recherche, publiés dans une revue scientifique prestigieuse, ont suscité l’intérêt d’équipes de chercheurs américains.

Qu’est-ce que la pollution lumineuse ?

Caractérisée par la présence nocturne de lumière, la pollution lumineuse empêche l’obscurité de la nuit d’être normale. Cet éclairage artificiel nocturne a des conséquences en astronomie (observations difficiles), économiques mais aussi environnementales : il est néfaste sur la faune, la flore et les écosystèmes. Par exemple, le rythme de vie et le comportement des animaux nocturnes sont modifiés. La pollution lumineuse aurait également des effets sur la santé de l’homme ; elle entraînerait notamment l’altération du fonctionnement du système hormonal. La production de mélatonine (hormone centrale de régulation des rythmes chronobiologiques) serait en effet diminuée, entraînant un dérèglement de l’horloge biologique, et un risque accru de développement de certaines maladies.

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Crédits photo : pixabay.com

La recherche en Slovaquie

Des physiciens de la Faculté de Mathématiques, Physique et Informatique de l’Université Comenius à Bratislava coopèrent avec des scientifiques de l’Institut de Construction et d’Architecture de l’Académie Slovaque des Sciences sur un projet important axé sur la modélisation de la pollution lumineuse autour des villes.

Ils ont mis au point des méthodes permettant de calculer les variations du niveau de la pollution lumineuse et de modifier les paramètres de l’éclairage public, tout en prenant en compte l’état de la pollution atmosphérique. Ils ont d’abord pu montrer que la dispersion de la lumière dépend des caractéristiques de l’atmosphère. En effet, le brouillard ou la présence de particules de poussière ou d’aérosols atmosphériques (issus par exemple de l’activité industrielle ou des moteurs à combustion) entraîne une diffusion plus efficace de la lumière dans l’atmosphère, mais un affaiblissement plus prononcé de son intensité. Ces deux effets étant contradictoires, les scientifiques ont cherché à affiner leur méthode de calcul pour modéliser la pollution lumineuse de la manière la plus précise possible. Ils ont également développé un programme informatique appelé SkyGlow. Il s’agit d’un simulateur capable de quantifier et de modéliser la pollution lumineuse sur un ciel couvert ou dégagé, de nuit, pour des modèles de ville de taille et de forme variées. SkyGlow est le simulateur de pollution lumineuse le plus rapide et le plus précis capable de distinguer différentes conditions atmosphériques. La création de ce programme a été associée à la mise au point d’un prototype de scanner portable à batterie rechargeable, facile à déplacer, et composé d’un spectromètre doté d’une sensibilité élevée. Ces technologies, permettant l’analyse de la pollution lumineuse dans le ciel, peuvent servir d’outil d’aide à la décision pour changer le type d’éclairage public dans certaines villes.

Une coopération internationale

Des chercheurs américains de l’Association Internationale Dark-Sky à Tuscon et du CDSS (Consortium for Dark Sky Studies) se sont intéressés aux travaux des physiciens slovaques et ils ont décidé de démarrer une collaboration ensembles. Désirant changer leur système d’éclairage public à Tuscon en remplaçant leurs lampes à vapeur de sodium par un éclairage public LED (diode électroluminescente), le groupe de chercheurs américains souhaitait connaître l’impact de cette décision sur la pollution lumineuse de leur ville. Le changement de l’éclairage public à Tuscon avait pour but de minimiser la pollution lumineuse pour protéger les sites d’observations astronomiques sans compromettre la sécurité publique.

Le simulateur SkyGlow prévoyait une diminution de l’ordre de 10 à 20% de la pollution lumineuse, selon la configuration des lampadaires. Pour tester cette prédiction, les chercheurs ont utilisé des estimations visuelles de la luminosité du ciel de nuit, et ont enregistré le rayonnement lumineux (dans un unique intervalle de longueur d’onde situé dans le domaine du visible) à partir d’images panchromatiques, dans 15 endroits différents dans et à proximité de Tuscon.

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Lieux où les mesures ont été effectuées à Tucson (Crédits image : Association Internationale Dark-Sky à Tuscon et CDSS)

Ces mesures ont été effectuées en 2014, avant le début du changement de l’éclairage public, et en 2017 après que 95% des luminaires aient été changés. Les analyses des rayonnements ont été effectuées grâce à Google Earth et à un capteur appelé VIIRS (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite) ou DNB (Day-Night Band) situé à bord du satellite NOAA/NASA Suomi NPP (National Polar-orbiting Partnership). Les résultats ont montré que sur les 15 sites étudiés, un seul a fourni des données significatives pour conclure que le changement d’éclairage public effectué dans la ville de Tuscon a entraîné une diminution d’environ 20% de la pollution lumineuse. Aussi, le rayonnement lumineux global de la ville mesuré par le VIIRS-DNB a été diminué de 7%. Bien que ces résultats ne soient pas tous concluants, ils semblent prometteurs et suggèrent que le type d’éclairage public influence la pollution lumineuse dans les villes.

Les travaux de ces chercheurs slovaques et américains, reconnus comme étant une des meilleures contributions dans ce domaine, ont été publié dans la revue Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer en Février dernier.

Pour en savoir plus :

  • Site internet du projet SkyGlow http://skyglow.sav.sk/
  • Publication scientifique des travaux de recherche des scientifiques slovaques et américains, « Skyglow Changes Over Tucson, Arizona, Resulting From A Municipal LED Street Lighting Conversion”, J.C. Barentine, C.E. Walker, M. Kocifaj, F. Kundracik, A. Juan, J. Kanemoto, C. K. Monrad, 09/02/2018 (EN), https://arxiv.org/pdf/1802.03474.pdf

Sources :

Rédactrice : Adèle Picquet, Chargée de mission pour la Coopération Scientifique et Universitaire, Ambassade de France en Slovaquie, http://sk.ambafrance.org

Contact : adele.picquet[a]diplomatie.gouv.fr

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