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Nuages et pollution lumineuse

25 juillet 2020 - Philippe Deverchère

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L’image ci-dessus illustre le phénomène de diffusion de la lumière par la base des nuages au-dessus d’une commune de montagne assez fortement éclairée.

De nombreuses communes font des efforts pour pratiquer l’extinction de l’éclairage public en cœur de nuit afin de diminuer la pollution lumineuse et contribuer à préserver la biodiversité. Mais ces efforts sont bien souvent contrecarrés par l’augmentation des nuisances lumineuses issues des parcs d’éclairage privé. C’est le cas en particulier dans le Finistère où sont implantées de nombreuses serres qui pratiquent la culture de tomate hivernale. Ce type de culture utilise généralement un éclairage à base de LED avec une composante bleue importante qui cherche à reproduire le spectre solaire durant la nuit et accélérer la pousse des tomates. Cela se traduit par de très fortes émissions de lumière vers le ciel qui sont facilement repérables sur les images satellite nocturnes.
3 Modélisation

A titre d’exemple, on peut repérer sur la carte à gauche 5 zones de radiance très intenses associées à des serres (numérotées de 1 à 5). Les données de radiance montrées sur la figure sont issues du jeu composite mensuel VIIRS/DNB de décembre 2018 publié par le NOAA (voir la page VIIRS/DNB du site NOAA pour plus d’informations). Les seuils ont été ajustés sur cette carte pour bien faire ressortir les zones de radiance élevées.

L’éclairage des serres peut typiquement durer d’octobre à avril sachant que ce type de production permet un travail plus régulier et étalé tout au long de l’année. En analysant les composites mensuels depuis 2012 sur la zone, on peut constater des périodes d’extinction de certaines serres (probablement liées aux plages d’éclairage, au type de culture, aux périodes de désinfection et aux périodes creuses), mais d’une façon générale celles-ci sont éclairées durant toute la période hivernale. Des systèmes d'occultation peuvent être installés pour éviter l'émission de lumière dans l'environnement nocturne, mais les constatations sur les images de radiance satellite tendent à montrer qu'ils sont très peu utilisées.

Les vignettes ci-dessous montrent les données de radiance dans la même zone que dans la figure ci-contre mois par mois entre novembre 2019 et février 2020. Sur ces vignettes, les seuils n’ont pas été spécifiquement ajustés pour faire ressortir les zones de plus forte radiance.

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On voit très bien durant toute cette période 4 des 5 serres. Une des serres (labellée N° 5 dans la figure) est partiellement visible en novembre et décembre 2019.

Il est intéressant de comparer les radiances émises par les serres à celles émises par les agglomérations à proximité. Pour cela, il suffit de faire la somme des pixels de radiance associés aux serres et de faire de même pour le territoire de quelques agglomérations. Toutefois, comme les radiances sont à des niveaux extrêmement élevés sur les serres, une diffusion importante s’opère sur une échelle qui peut aller jusqu’à plusieurs kilomètres. On décide arbitrairement de délimiter les pixels les plus brillants autour des serres comme cela est montré dans les cartes de radiance des 5 serres ci-dessous (les pixels en bleu indiquent une valeur de radiance très basse voire nulle) :

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L’unité de mesure de la radiance émise par les sources lumineuses au sol et captée par depuis l’espace par des satellites est le watt par mètre carré et par stéradian (W·m−2·sr−1). On utilise ici une unité dérivée, le nW.cm−2.sr−1, qui permet de manipuler des valeurs plus lisibles.

La carte ci-dessous à gauche montre le pixel de radiance maximale sur chacune des zones de serres ainsi que pour 3 agglomérations à proximité (sur tout le territoire des communes) : Brest (140 000 habitants), Landerneau (15 746 habitants) et Landivisiau (12 200 habitants). Celle de droite montre la somme de toutes les radiances sur chacun des zones. Les radiances sont exprimées en nW.cm−2.sr−1.

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On peut constater que le pixel de radiance maximale sur la serre N°1 est presque 50 fois brillant que le pixel de radiance maximale de la ville de Brest. De même, la radiance intégrée sur la partie centrale de la zone de radiance de la même serre est presque 3 fois plus importante que celle de toute la commune de Brest. Cela implique donc que la serre N°1 a environ 3 fois plus d’effets délétères que la ville de Brest en termes de pollution lumineuse. Elle produit donc autant de radiance vers le ciel, et donc de pollution lumineuse, qu’une ville de 400 000 habitants. De façon similaire, la serre N°4 a deux fois plus d’impact que la ville de Landerneau. D’une façon générale, il est facile de constater que les serres industrielles sont d’intenses sources de pollution lumineuse.

Le tableau ci-dessous fournit les statistiques sur les pixels de radiance de chacune des zones.

ZoneNombre de pixelsSomme des pixelsMoyenne des pixelsMédiane des pixelsPixel minimalPixel maximalEntendue de valeurs
Serre 11612 312769.5792.5137.21 855.11 717.9
Serre 25522104.5105.084.0126.842.8
Serre 31151947.247.417.384.567.2
Serre 46996166.0184.083.1242.0159.0
Serre 5928031.222.67.463.656.2
Brest3464 32012.412.20.638.638.0
Landerneau  964334.53.90.816.015.2
Landivisiau1355774.32.60.420.420.0
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Le halo associé à la serre N°1 est particulièrement important et produit un impact sur plusieurs dizaines de kilomètres.

Il est important de noter que les estimations de radiance, et donc de pollution lumineuse, fournies dans ce post sont très probablement largement sous-estimées pour les serres qui utilisent des systèmes d’éclairage à base de LED. En effet, l’instrument VIIRS embarqué sur le satellite Suomi NPP du NOAA a une réponse spectrale très limitée dans la partie bleue du spectre[1]. Or, les éclairages utilisés dans les serres industrielles à base de LED ont une très forte émission dans le bleu (la lumière bleue est de plus beaucoup mieux diffusée dans l’atmosphère). Il est donc très probable que les impacts en termes de pollution lumineuse liés à l’éclairage de nuit des serres sans système d’occultation soient encore plus importants que ce qui est décrit ici.

Les serres industrielles qui mettent en œuvre sans précaution un éclairage nocturne participent de manière très importante à la pollution lumineuse comme cela a été démontré dans ce court article. Le déploiement de telles installations relativise très fortement les efforts des communes du Finistère pour le mise en place de l’extinction de l’éclairage public en cœur de nuit (qui est une pratique très répandue en Bretagne). Les effets néfastes de l’émission de lumière artificielle dans l’environnement nocturne ne sont plus à démontrer, et les serres industrielles éclairées représentent donc un problème environnemental préoccupant pour l'avenir.

[1] Cao, Changyong & Bai, Yan. (2014). Quantitative Analysis of VIIRS DNB Nightlight Point Source for Light Power Estimation and Stability Monitoring, Remote Sens. 2014, 6(12), 11915-11935; doi:10.3390/rs61211915. Remote Sensing. 6(12). 10.3390/rs61211915.

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