Pollution lumineuse

L’expression pollution lumineuse (light pollution, ou photopollution pour les anglophones) désigne à la fois la présence nocturne anormale ou gênante de lumière et les conséquences de l'éclairage artificiel nocturne sur la faune, la flore, la fonge (le règne des champignons), les écosystèmes ainsi que les effets suspectés ou avérés sur la santé humaine.

Elle se distingue des nuisances lumineuses en ce qu'elle affecte également les écosystèmes et les humains. Elle est souvent associée à la notion de gaspillage d'énergie, dans le cas d'un éclairage artificiel mal adapté, s'il constitue une dépense évitable d’énergie.

Comme celle de pollution du ciel nocturne qui la remplace parfois et qui désigne particulièrement la disparition des étoiles du ciel nocturne en milieu urbain, la notion de pollution lumineuse est récente. Apparue dans les années 1980, elle a évolué depuis.

La pollution lumineuse est souvent évaluée par l'échelle de Bortle.

Histoire de la notion

Cette notion a originellement concerné les effets de la lumière artificielle sur l'environnement nocturne pris au sens large. On avait observé durant plusieurs siècles que les oiseaux tournoyaient, jusqu'à s'y tuer autour des phares, et que les papillons étaient attirés par les lumières. Des constats plus scientifiques ont ensuite été faits au XIX siècle par des naturalistes, ornithologues notamment qui notaient que l'éclairage, de nuit, pouvait désorienter les oiseaux migrateurs, avec des mortalités conséquentes (Kumlien dans le Milwaukee dans les années 1880, Munro dans les années 1920 , et Lewis en 1927 …)
Cette notion a en France d'abord été portée par des astronomes nord-américains puis européens et par leurs organisations représentatives (Association française d'astronomie en France, CieloBuio en Italie, International Dark-Sky Association en Amérique du Nord), puis par d’autres acteurs confrontés à une dégradation rapide de l’environnement nocturne ; écologues, aménageurs, énergéticiens, médecins, universitaires, juristes, éclairagistes, agences impliquées dans le champ du développement durable se sont inscrits dans ce nouveau champ d'étude et de travail.

Elle intègre aussi des impacts de certains rayonnement modifiés, dont ceux de la lumière UV (pollution photochimique) sur la flore en particulier, et de la lumière polarisée sur la faune capable de la percevoir. Gábor Horváth et son équipe ont en 2009 proposé l'expression « Pollution par la lumière polarisée » (ou « polarized light pollution » pour les anglophones) ou PLP pour la mieux décrire et comprendre, afin de pouvoir solutionner - lorsque possible - les conséquences écologiques spécifiques (directes ou différées dans l’espace et le temps) de la lumière qui a été polarisée (à la source, ou en interagissant avec des objets fabriqués ou modifiés par l'homme).

Éléments de définition

Stricto sensu, l'expression « pollution lumineuse » désigne le phénomène d'altérations fonctionnelles d'écosystèmes par immixtion de lumière artificielle dans l'environnement nocturne, notamment quand cette lumière a des impacts négatifs significatifs sur certaines espèces réputées être des « espèces-clé » (dont par exemple certains insectes nocturnes (papillons, coléoptères), chiroptères, amphibiens...) et au-delà sur l'intégrité écopaysagère. Longcore et Rich en 2004 incluent plusieurs sous-phénomènes et nuisances associés :

• sur-illumination (puissance lumineuse excessive) ;
• éblouissement (trop forte intensité, contraste excessif) ;
• luminescence du ciel nocturne (halos causés par la lumière perdue vers le ciel).

Pour Kobler (2002), c'est « le rayonnement lumineux (infrarouge, UV et visible) émis à l’extérieur ou vers l’extérieur, et qui par sa direction, intensité ou qualité, peut avoir un effet nuisible ou incommodant sur l’homme, sur le paysage ou les écosystèmes »

Depuis peu s'ajoute la Pollution par la lumière polarisée, qui elle est diurne.

À échelle géobiologique, c'est un phénomène tout à fait récent (quelques décennies) alors que ses conséquences se font déjà sentir à l'échelle de temps de la vie des individus et de l'évolution des espèces. Pour cette raison, ses conséquences nécessitent encore des études spécifiques, mais une prise de conscience tardive du problème, la faiblesse du budget et de moyens humains alloués à son étude, font que son ampleur et son importance ne sont pas encore complètement cernés. Ses impacts n'ont été que partiellement étudiés sur la flore et la fonge, et de manière plus approfondie, mais uniquement pour certains groupes d'espèces (essentiellement oiseaux, chauve-souris et insectes) pour la faune.

Mesure

Divers moyens de mesure de la luminosité nocturne existent, variant généralement selon la taille de la zone à mesurer.
Des mesures au sol sont facilement acquises au moyen d'un photomètre (généralement posé au sol et précisément orienté vers le zénith grâce à un niveau à bulle ; les mesures étant données en millilux (mlx) en cas de ciel noir ou en lux en ville éclairée). Différentes mesures peuvent être faites par ciel noir et sans lune et par brouillard ou ciel à nuages bas pour la mesure des halos lumineux ou avant et après extinction nocturne de l'éclairage (dans les communes qui coupent l'éclairage une partie de la nuit).
À l'échelle d'un pays ou d'une région ou sous-région, les mesures par satellite civils ou dans le cadre d'une thermographie aérienne donnent des résultats, mais moins fins.
On peut quantifier l'éclairage d'une collectivité par voies aériennes , permettant, par exemple à Genève d’identifier des zones urbaines sur-éclairées ou mieux éclairées (on n'y voit pas la source lumineuse, mais uniquement leurs « cibles » (carrefours, passages piétons, etc.) et des éclairages « polluants » (ce sont souvent des centres commerciaux, enseignes publicitaires, éclairages intégrés dans les trottoirs...).
D'autres protocoles sont proposés ou à l'étude (par des ONG telles que l'ANPCEN et Darksky association). Enfin, pour une mesure ponctuelle, des équipements individuels sont proposés à la vente .
La mesure héliportée consiste à photographier la zone par hélicoptère à 600-800 m d'altitude, de 20 h à 24 h, pendant qu'une équipe au sol étalonne l'analyse grâce à des sources lumineuses calibrées. Les photos traduisant le niveau d'éclairage, par exemple prises en 4096 niveaux de gris, sont ensuite converties en lux et intégrées à un système d'information géographique ou à une cartographie d'aide à la décision. Le coût de cette technique est 5 à 10 fois inférieur à celui d’une thermographie aérienne.

Une analyse qualitative affinée est possible (infrarouge, ultraviolet, lumière polarisée, réverbération sur l’eau ou des surfaces claires ou enneigées, modélisation d'impacts directs ou indirects estimés sur les espaces verts et cours d’eau, mesure de halos, etc.), mais les outils ne sont pas encore disponibles hors de la recherche et du domaine militaire.

Modélisation et cartographie

Les principes optiques de la réfraction et diffusion de la lumière sur les matières existaient déjà. Développés puis améliorés pour le cinéma, les jeux vidéo et les logiciels graphiques ou de simulations, ils ont guidé les premiers modèles scientifiques d'étude de la pollution lumineuse, avec d'autres modèles mathématiques élaborés par des physiciens de la lumière et de l’atmosphère, avec des astronomes et des spécialistes de l'imagerie satellitale pour tracer des cartographies et faire des études prospectives (dont pour positionner les nouveaux observatoires astronomiques). Ces modèles donnent des résultats de plus en plus précis en comparaison avec les mesures de terrain ou les images satellitales.

Quelques cartographies grand-public ou destinées aux astronomes ont été publiées après les années 2000, dont par exemple ;

• « Atlas mondial de la clarté artificielle du ciel nocturne » , souvent renommé « Atlas mondial de la pollution lumineuse ».
• une Carte de France de la pollution lumineuse construite d'après les résultats d'un modèle simple, dit de Walker (d'après le nom de son auteur), qui estime l'intensité du halo d'après le nombre d'habitants des agglomérations et diverses cartes faites par Michel Bonavitacola (avec le modèle « THOT », et notamment dans le cadre du Projet Licorness)
• La carte AVEX de Frédéric Tapissier .

L'expression « pollution lumineuse » regroupe des phénomènes différents aux conséquences très variées, économiques, humaines ou sur les espèces vivantes. Pour la faune, il correspond aux perturbations endocriniennes ou comportementales, notamment liées aux phénomènes de « phototaxie positive » (attraction irrésistible vers la lumière), ou de « phototaxie négative » (répulsion)

Au XX siècle, une augmentation conjointe de la production électrique, de l'offre en matériels d'éclairage et dune demande de sécurité (de la part du public et des élus) sont généralement citées comme principales causes d'une tendance à l'augmentation de l'éclairage urbain et périurbain. Les politiques d'éclairage public ont conduit à une augmentation du halo lumineux et de la pollution lumineuse a été mesurée par satellite (à +5 à +10 % par an pour la fin des années 1990, avec 19 % de la surface planétaire concernée selon Cinzano). Les enjeux commerciaux, électoraux et d'image alimentent l'augmentation des éclairages. Le recours à des panneaux et enseignes lumineuses a augmenté la luminance de l'environnement nocturne (urbain et routier notamment).

L'abondance d'électricité et son prix moins élevé la nuit (notamment dans les pays recourant à une production nucléaire) n'incitent pas aux économies d'éclairage, dans un contexte où les lois encadrant l'éclairage nocturne (quand elles existent) ne tiennent que peu en compte les préoccupations environnementales. Quand l'électricité est « nucléaire » (en France par exemple), il est complexe de ralentir une centrale nucléaire pour la nuit, où la consommation d'énergie est moindre : l'énergie étant de toute façon produite, elle est vendue à moindre coût la nuit (ce qui encourage la consommation nocturne d'énergie électrique... dont pour l'éclairage urbain).

Au phénomène des publicités lumineuses, néons, magasins et édifices publics (monuments, châteaux, ponts, berges, églises, etc.) illuminés, parfois toute la nuit s'ajoutent les impacts des « canons à lumière » ou « skytracers » (souvent improprement nommés lasers), ou des lasers qui balaient le ciel au-dessus des édifices. Enfin l'éclairage public des rues a longtemps été réalisé avec des luminaires qui n'étaient pas conçus pour limiter les émissions vers le ciel (luminaires en forme de boules) ou de grande puissance (lampes à vapeur de mercure haute pression, ballast très consommateurs d'énergie).

Sur-illumination

La sur-illumination fait référence aux usages inutiles ou pour partie inutiles d'éclairages.

Elle peut être due à divers facteurs matériels ou humains ;

• sources lumineuses inutilement surpuissante eu égard aux besoins réels d'éclairage ;
• mauvaise conception de locaux ou mauvais positionnement des luminaires ;
• éclairage ou illumination de locaux en dehors des moments où cette illumination est nécessaire (souvent en l'absence d'une régulation horaire appropriée de l'éclairage, ou de détecteurs de présence) ;
• choix volontaire d'éclairage nocturne uniquement décoratif des bâtiments publics.

Éblouissement

L'éblouissement est une gêne visuelle due à une lumière trop intense ou parfois à un contraste trop intense entre des zones éclairées et sombres (on est alors ébloui en passant brutalement du sombre à l'éclairé). Il peut être simplement gênant, handicapant ou aveuglant selon l'intensité de la lumière. Il peut constituer un danger sur la route.

Luminescence nocturne du ciel

La luminescence nocturne du ciel est induite par la lumière diffuse ou directe émise en direction du ciel par les éclairages non directionnels, le plus souvent en milieu urbain. La couleur du ciel luminescent dépend de la "couleur des sources", mais aussi de la qualité de l'atmosphère locale. Par temps clair et en air pur, cette luminescence provient du phénomène de diffusion Rayleigh, qui tend à donner au ciel nocturne une couleur légèrement jaunâtre.

Pour l'œil humain, en raison de l'effet Purkinje, les lumières bleues ou blanches contribuent plus significativement à l'impression de luminescence du ciel que les lumières jaunes.

Cette forme de pollution lumineuse peut être évaluée par l'échelle de Bortle de couleur du ciel.

Lumière intrusive

Dans le langage courant, l'expression « lumière intrusive » désigne la lumière non désirée ou non sollicitée qui pénètre la nuit dans un logement, un jardin, un élevage, une serre... à partir de l’extérieur via des parois transparentes ou translucides (type vélux, véranda, briques de verre, etc.) ou via d'autres parties non vitrées ou non closes par des volets étanches à la lumière. Plus généralement, pour les éclairagistes, c’est le flux lumineux qui traverserait une fenêtre ou un mur imaginaire dessinant la limite d’une propriété ou d'un lieu de vie.

La lumière intrusive est une nuisance lorsqu'elle empêche l'accomplissement des tâches habituellement dévolues au lieu, comme le sommeil aux chambres, ou l'observation des étoiles dans un jardin, le sommeil pour les terrasses extérieures dans certains pays chauds.
Au Royaume-Uni, depuis 2006, une loi prend en compte ce problème au motif qu'il peut perturber la santé des victimes (la définition OMS de la santé considérant à la fois la santé physique et mentale, qui peuvent toutes deux être altérées par le manque de bon sommeil).

C’est une des composantes de la pollution lumineuse dès que cette lumière peut perturber le sommeil et la santé d'occupants susceptibles de dormir dans un lieu (chambre, dortoir, camping, hôpital, EHPAD, maison de retraite, hôtel, cellule de prison, etc.). On peut étendre le concept aux animaux domestiques qui subissent cet éclairage (animaux de zoos ou d'élevage). Occulter les fenêtres ou ouvertures permet de se protéger de cette lumière, mais sans que l'horloge interne de l'organisme puisse alors s'accorder au rythme nycthéméral (rythme naturel des levers et couchers de soleil).

La notion de lumière intrusive traduit une préoccupation récente, liée à la généralisation de l’éclairage nocturne qui ne date que de quelques décennies. Elle n'est par exemple pas encore reprise par le dictionnaire du vocabulaire normalisé de l’environnement (AFNOR). La Commission internationale de l'éclairage a néanmoins émis une norme sur la lumière intrusive admissible à la limite de propriété. Cette norme est cependant méconnue et donc peu utilisée, et elle impose des calculs parfois complexes, notamment pour la détermination de l’origine des sources de lumière intrusive (éclairage commerce, enseignes lumineuses, rue, voisins, avec ou sans phénomènes de réflexion sur l’eau ou sur une paroi réfléchissante, etc.).

Sources de pollution lumineuse

La pollution lumineuse a comme source physique :

• la lumière artificielle perdue ou réfléchie, émise par des sources fixes et permanentes telles que les luminaires des villes, des ports, des aéroports, des parkings, routes, et autres voies de transport, des installations industrielles et commerciales, publicitaires, des locaux et bureaux éclairés la nuit et dont les parois vitrées et fenêtres ne sont pas occultées, par les phares des littoraux, etc.
• des sources mobiles comme les phares de véhicules ; elles y contribuent également pour une part encore difficile à mesurer, mais qui ne devrait pas être sous-estimée, étant donné l'importance du phénomène dit de Roadkill.
• très localement, des canons à lumière et éclairage lasers, qui peuvent aussi avoir des impacts sur certaines espèces.

Par extension, l'expression « pollution lumineuse » a souvent été utilisée pour désigner le halo lumineux urbain qui en est un indice. Ce halo est produit par la lumière « utile » ou plus souvent inutile « perdue » dispersée ou réfléchie par les molécules de certains gaz et les particules en suspension dans l'atmosphère terrestre. Ainsi se forme un halo lumineux diffus qui - en augmentant la luminance générale du ciel – masque la vision de la voûte céleste et donne une couleur orangée à brunâtre au ciel nocturne.

Ce halo diffus visible à des dizaines de kilomètres est un indice de probable pollution lumineuse à grande échelle. Il est exacerbé dans les cas suivant :

• quand la basse atmosphère est humide (brume, bruine) ;
• quand la basse atmosphère est polluée par des particules (micro-gouttelettes d'eau provenant de cheminées ou d'évaporateurs et autres tours de refroidissement, particules émises avec les gaz d'échappement, poussières, fumées et autres suies et particules fines..) ;
• quand la lumière est émise de manière peu directionnelle (par exemple par un lampadaire-boule), ou volontairement dirigée vers le ciel ;
• quand la lumière est réverbérée par une surface réfléchissante (neige, glace, eau, miroir ou surfaces claires).

D'un point de vue chronologique, l'expression a, en fait, d'abord désigné la gêne occasionnée par les halos lumineux aux astronomes qui ont besoin d’un ciel pur et d’une bonne obscurité pour observer les astres. Ils doivent s’éloigner de plus en plus des villes et des zones éclairées pour pouvoir correctement observer le ciel. De nombreux observatoires astronomiques d’universités situés en ville ou dans leurs banlieues ont du être abandonnés en Europe et aux États-Unis, dont l’observatoire royal de Greenwich.

Liens entre pollution atmosphérique et pollution lumineuse

Des liens existent entre ces deux formes de pollution ; Dans une atmosphère limpide, dépourvue d'aérosols, la lumière se propage potentiellement sur des centaines de kilomètres sans être diffusée. La pollution lumineuse paraitra alors moindre dans et autour des villes, mais elle sera active bien plus loin, dans une zone de covisibilité plus étendue. Inversement dans une atmosphère turbide, le halo sera plus dense dans et autour de la ville émettrice, mais la lumière portera moins loin dans la zone de covisibilité. Autrement dit la turbidité de l'air produit une pollution lumineuse plus intense, mais plus locale, alors que dans un air pur, le halo sera moindre, mais perçu de plus loin . la pollution lumineuse n'est donc pas causée par les polluants particulaires ou gazeux ; ceux-ci ne modifient que sa localisation et sa perception.

Histoire des causes

Au XVII siècle, l’éclairage public apparaît avec la création des compagnies de lanterniers pour éclairer certaines rues de Paris, puis des capitales de provinces. En 1667, Louis XIV imposa l’éclairage de toutes les rues de la capitale pour lutter contre les vols et les crimes.

Avec l’invention du gaz de houille (dit gaz de ville) produit par les usines à gaz, l’éclairage s’est étendu et a développé ses premiers impacts écologiques, signalés par quelques chroniqueurs de l’époque (nuages de douzaines de papillons s'épuisant à tournoyer autour des bec de gaz et venant pondre par dizaines, voir par centaines sur certains fûts des lanternes (au Cimetière du Père-Lachaise par exemple).

C’est avec l’apparition et la diffusion rapide de l’ampoule électrique et du réseau électrique, que l’éclairage public s’est répandu dans le monde, produisant dès les années 1940 un début de halo lumineux déjà signalé par les astronomes comme étant une gêne pour leur travail.

Des phares maritimes de plus en plus puissants ont été construits sur les littoraux et sur certaines îles (par exemple, l'ile d'Ouessant en comporte cinq). Dès le XVIII siècle on s'aperçoit que ces phares attirent les oiseaux, parfois par milliers. Ce phénomène a été peint en 1911 par Clarke dans un tableau intitulé Le Phare, et le néerlandais Anthonie Stolk semble être le premier à l’avoir scientifiquement décrit en 1963. Certains ornithologues ont procédé, dans les années 1960, au baguage des oiseaux qui tournoyaient autour des phares (en les attrapant avec des épuisettes, par exemple près des phares d’Ouessant en France) avant qu’on ne s’aperçoive que l’éclairage du fût du phare supprimait le problème.

En Europe, pendant les deux Guerres mondiales, les halos lumineux ont été fortement réduits dans les zones occupées et dans les zones de combats, pour économiser l’électricité et surtout à cause des couvre-feux imposés par l’occupant ou les forces alliées.

Ainsi, pendant la Première Guerre mondiale, alors que les véhicules motorisés étaient encore rares, les phares en position « code » étaient autorisés la nuit, mais il fallait s’arrêter et couper l'éclairage lors des alertes et en cas de passages d’avions. Lors de la Seconde Guerre mondiale, les vitres devaient être obturées ou teintées de bleu, généralement au moyen d’une peinture appliquée à l’extérieur, et en zone occupée, mêmes les phares des vélos – comme ceux des autos et camions – devaient être muni d’un cache ou d’une peinture bleue ne laissant visible qu’une fente produisant une fine raie de lumière, moins visibles d'avion ou de loin.

Après les guerres les périodes d’euphorie et de relance de la consommation se sont accompagnées d’incitations au développement de l’usage de l’électricité et de l’éclairage. De 1919 à 1939, les lampes à acétylène se sont développées dans les habitations, notamment pour éclairer le dimanche quand les moulins et certaines usines qui produisaient l'électricité s’arrêtaient. Les éclairages urbains extérieurs étaient alors alimentés par les nombreuses usines à gaz alimentées par le charbon.

Dans les années 1970-1980, la lumière perdue par les éclairages commence à être qualifiée de « pollution lumineuse » ; elle inonde les villes et de plus en plus la campagne, masquant la plupart des étoiles jusqu’à les masquer de la vision à l'œil nu. On parle en fait d'une nuisance plus que d'une pollution.

La notion de « pollution lumineuse » est née (sous cette dénomination) à la fin des années 1980.

• Elle regroupait alors principalement des facteurs aujourd’hui groupés sous l’expression « nuisances lumineuses », mêlant les artéfacts qui gênent ou rendent impossible l’observation astronomique de certaines parties du ciel à partir des observatoires, à des aspects complexes tels que les impacts potentiels, pressentis ou avérés de la lumière intrusive sur la santé des enfants ou des adultes qui y sont exposés.
• Dans les années 1990, les astronomes et physiciens de l’atmosphère ont commencé à développer des instruments pour mesurer cette nouvelle forme de modification de l’Environnement en général et de l’Environnement nocturne en particulier.
• À partir des années 1995, comme en témoignent les titres et contenus des colloques et symposiums qui traitent de ce problème, les impacts écologiques prennent une importance croissante. Les chercheurs et les naturalistes commencent à les mettre en évidence et à les quantifier, alors que la réflexion concernant les impacts sur la santé se poursuit, non sans difficultés en raison du manque de données épidémiologiques collectées spécifiquement pour étudier la question. Les chercheurs s’appuient aussi sur des données ou études relatives à la vision, au système hormonal (cf. mélatonine) et sur des études médicales ou de recherche appliquée (dont concernant par exemple les traitements contre le rachitisme par les U.V., les thérapies par exposition à la lumière pour resynchroniser l’horloge interne ou soigner des patients dépressifs, etc.).
• Quelques études sont en cours sur le moyen ou long terme portant sur les liens entre sécurité, criminalité, cambriolage et éclairage, qui mettent en évidence la complexité de la question et bousculent quelques idées reçues.
• D’autres disciplines, allant de la géographie et de l’urbanisme à l’ergonomie se saisissent de la question depuis la fin des années 1990, y compris au travers de l’étude de la vie nocturne, urbaine notamment. La première thèse universitaire exclusivement consacrée à la pollution lumineuse ne démarre en France qu'en 2006.

L’imagerie satellitaire commence à permettre de quantifier et cartographier d’une manière objective la pollution lumineuse, mais les images de haute précision ou de la face non éclairée de la terre prises dans l’infrarouge ou l’ultraviolet restent propriété des militaires ou inaccessibles pour des raisons de coût.

La pollution lumineuse qu'il s'agisse d'un halo diffus (à l'abord des villes) ou de points d'éclairages puissants (phares, grands bâtiments), éventuellement disposés en alignements ont diverses conséquences, en particulier sur la faune passant à proximité des villes. Des conséquences indirectes sur la flore semblent probables, mais encore mal cernées.

Impacts sur la faune

La plupart des animaux nocturnes ou partiellement nocturnes sont perturbés par l'éclairage artificiel, au point de parfois disparaitre de leur habitat quand il est éclairé. La plupart des invertébrés du sol fuient la lumière. Chez les espèces prédatrices, l'éclairage peut affecter la disponibilité alimentaire, la distribution des proies, la compétition inter-spécifique. Chez les espèces grégaires, les colonies de reproduction, les gîtes d’hibernation, les reposoirs peuvent être délaissés ou abandonnés ; Pour les espèces photophobes, l'éclairage fragmenter les paysages nocturnes .

Impacts sur les Oiseaux

Les espèces les plus visiblement touchées sont les oiseaux migrateurs. Leur sens de l'orientation est basé sur la vision, mais aussi sur la perception du champ magnétique terrestre, mais aussi la position des étoiles. Ce sens inné est perturbé par l'exposition à l'éclairage nocturne, notamment le long des littoraux et des grandes agglomérations. Les oiseaux peuvent heurter les immeubles éclairés et leurs superstructures.
L'impact de la lumière en particulier en pleine mer ou sur les littoraux (phares) sur les oiseaux migrateurs est mal connu et encore peu documenté. On sait par exemple que la lumière nocturne interfère avec leur système d'orientation, ou que le poussin du macareux, comme ceux de quelques autres oiseaux de mer (pétrels, puffins) est attiré par les lumières proches de son nid. Or, si son premier vol, qui ne peut durer que quelques dizaines de secondes, ne l'amène pas en mer où il se nourrira, ses chances de survie sont très faibles. Les récepteurs en cause dans le cerveau des oiseaux commencent à être identifiés.
La lumière blanche ou colorée (moindrement pour certaines couleurs et pour certaines espèces), certains flash lumineux perturbent les oiseaux. Certaines lumières (rouge, jaune, bleue, blanches) affectent plus certaines espèces.

Selon l'ONG FLAP, le nombre d'oiseaux tués chaque année aux États-Unis par an par collision avec des vitres ou éléments d'architecture sur l'ensemble de leur parcours migratoire pourrait atteindre les 100 millions. Le temps brumeux semble particulièrement propice à ces phénomènes, notamment dans les villes situées sur les axes migratoires les plus importants (littoraux, vallées, chaînes de lacs et de zones humides ou dans l'axe de certains cols de montagne).

À Toronto, le programme Fatal Light Awarness Program (FLAP) a dénombré près de 3 000 cadavres d'oiseaux (appartenant à plus de 140 espèces) retrouvés aux pieds de tours de Toronto en un an, notamment aux pieds de la Tour CN (553 m) éclairée la nuit. D'autres animaux blessés ou emportés par leurs prédateurs (chats, rats) ne peuvent pas être inclus dans le décompte. Une extrapolation donne un chiffre de un à dix millions d'oiseaux migrateurs tués annuellement par collision avec des immeubles à Toronto.

Rebekah Creshkoff (de la société Audubon) a en l'an 2000 dénombré 690 oiseaux morts et 305 blessé appartenant à 68 espèces, aux pieds des tours jumelles du World Trade Center. Certains oiseaux ne meurent pas brutalement de collision, mais s’épuisent en tournant dans les zones éclairées avant de tomber au sol épuisés, ou de finalement percuter une vitre, surtout les nuits brumeuses ou de pluies fines, en période de migration.

L'étourneau sansonnet s'est récemment et très bien adaptée aux conurbations éclairées.
Son comportement a néanmoins été fortement modifié : cet oiseau diurne a très mauvaise vision nocturne est normalement calme et silencieux la nuit, même en dortoirs rassemblant 300 000 individus et dérangés par un prédateur (renard, chat, rapace nocturnes)... alors qu'en ville où le halo lumineux leur permet de voir toute la nuit, ces mêmes étourneaux sont beaucoup plus actifs et nerveux, se déplaçant à n'importe quelle heure de la nuit, changeant de perchoir quand ils sont dérangés. Ils fientent plus, chantent et crient et dorment moins, mais ils bénéficient de la bulle de chaleur urbaine, ce qui permet à un nombre croissant d'étourneaux de devenir sédentaires en hiver, au lieu de migrer plus au sud (ou au nord dans l'hémisphère sud), au détriment d'autres espèces dont la niche écologique est maintenant occupée par l'étourneau qui devient invasif dans de nombreux pays.

Impacts sur les Mammifères

La plupart de ceux qui vivent la nuit ou surtout la nuit préfèrent l'ombre à la lumière, certains fuyant la lumière (parfois d'ailleurs utilisée dissuader des prédateurs . Micros-mammifères (ex : la souris des sables (Alabama Beach Mouse) qui vit sur les littoraux de plus en plus éclairés) et lagomorphes s'alimentent le moins dans les zones les plus éclairées . La luminosité d'une simple lampe à pétrole suffit à significativement diminuer le comportement de recherche alimentaire de micromammifères . Inversement, des comportements de surprédation peuvent être induits par l'éclairage qui attire le plancton ou de nombreuses espèces de poissons (Ex : Des Phoques veaux-marins (Phoca vitulina) se regroupent chaque printemps sous deux grands ponts, parallèles, qui enjambent la Puntledge River Courtenay en Colombie-Britannique). Ils se positionnent dans le sens du courant, ventre en l'air, forment une barrière vivante et interceptent et mangent là des milliers de salmonidés juvéniles (smolts) dévalant de nuit vers la mer. Ils le font avec un taux de prédation anormalement élevé, assez pour affecter la dynamique des populations de plusieurs espèces de salmonidés (La Puntledge River était historiquement l'une des zones les plus riches en saumon Chinook de Colombie britannique, mais en 1995, seuls 208 chinook ont été comptés en dévalaison ). On a tenté de perturber le comportement des phoques en posant là - en travers de la rivière - une barrière mécanique maintenue par des flotteurs de lièges. on a aussi testé un dispositif d'effarouchement acoustique (pinger (halieutique)). Le fait d'éteindre les lumières du pont a été plus efficace que de poser une barrière mécanique pour limiter cette surprédation, mais moins que le dispositif acoustique

Chiroptères : Dans les bâtiments illuminés (quand ils restent occupés), les juvéniles grandissent moins (moindre poids, et moindre taille de l'avant bras). Il y a retard de parturition et/ou le taux de croissance est inférieur dans les bâtiments illuminés .
Une seule espèce semble s'être localement adaptée à l'éclairage ; la pipistrelle, qui a localement appris à chasser autour des lampadaires, mais au risque de faire régresser ses proies (surprédation allié au phénomène dit de "puits écologique"). Au contraire, d'autres espèces (ex : grand rhinolophe dont les effectifs chutent depuis trente ans), ne chassent que dans une obscurité totale, de plus en plus rare, alors même qu'une partie de ses proies (papillons nocturnes notamment) sont attirés par les lumières.

Impacts sur les amphibiens

À la saison des amours, la reinette ou la grenouille américaine Rana clamitans melanota chantent moins. Divers serpents et grenouilles testées se sont aussi montrées perturbées dans leur développement lorsqu'elles sont éclairées la nuit.

Impacts sur les insectes

Un nombre important d’insectes, attirés par la lumière, sont directement tués par les ampoules non protégées, sont mangés par des prédateurs (chauve-souris le plus souvent) qui les trouvent ainsi plus facilement, ou sont victimes de mortalité animale due aux véhicules (roadkill), qui engendre un déséquilibre de la chaîne alimentaire animale.

Flore

Des effets néfastes indirects (et peut-être directs) sont décrits (ou soupçonnés) sur les algues et plantes qui peuvent moins se « reposer » la nuit, et effectuent une photosynthèse dégradée, malgré un allongement de la durée du feuillage.
Les impacts sur le débourrage sont discrets, mais l’éclairage artificiel retarde fortement la chute des feuilles (de plusieurs mois parfois). Les plantes produisent aussi de la mélatonine, mais son rôle n'est pas complètement cerné.
L'éclairage artificiel pourrait causer une diminution de certaines récoltes (es adventices (mauvaises herbes) sont par exemple plus nombreuses lorsque les graines sont éclairées dans les 4 heures qui suivent leur mise à jour lors d'un labour).

Étude de cas : le pont de Øresundsbron

Le pont de Øresundsbron reliant la Suède au Danemark était au jour de son inauguration, le plus long pont d'Europe. L'impact de l'ouverture de ce pont sur l'avifaune a été évalué.

L'éclairage du pont, comportant un alignement de lampadaires, a été mis en service pour la première fois la nuit du 8 octobre 2000. Après la mise en service de l'éclairage, les automobilistes ont constaté que de nombreux oiseaux gisaient par terre ou se jetaient sur leurs voitures. Selon une association ornithologique suédoise, l'ornithologue appelé pour constater les premiers dégâts après la nuit du 8 octobre 2000 a pu ramasser et identifier 344 oiseaux migrateurs parmi les cadavres, la plupart (288) étant des grives en migration. Un nombre équivalent d'oiseaux, dont les cadavres ont été écrasés par des véhicules, n'étaient pas identifiables. On peut estimer qu’au moins autant étaient tombés dans la mer. Ce sont donc environ un millier d'oiseaux qui ont péri en une seule nuit, attirés par les halos lumineux dans le brouillard. C’est autour des endroits les plus éclairés, sur la partie la plus haute du pont, que le maximum de cadavres ont été trouvés. Ce risque avait été sous estimé par l'étude d'impact.

L'inventaire des oiseaux ramassés morts et identifiés après la première nuit est le suivant :

Ces oiseaux, comme la plupart de leurs congénères migrent essentiellement de nuit. On estime qu'ils ont été attirés par le halo (amplifié par la brume et le reflet sur l'eau) ou par les lumières fortes, et qu'ils se sont soit assommés ou blessés sur les structures et superstructures puis sont tombés sur le pont ou en mer, soit assommés ou tués par collision avec des véhicules puis ont été écrasés sur la voie. Un certain nombre ont probablement poursuivi leur migration en étant blessés.

L'ornithologue suédois note que le phénomène se reproduira sauf changement dans l’éclairage et suggère qu'on diminue la lumière les nuits où existent des risques de pluie et/ou brouillard coïncidant avec les dates des grandes migrations.

Ce type de phénomène n'est pas isolé, il semble que des cadavres d'oiseaux aient également été retrouvés lors de l’ouverture de l’éclairage de l’autoroute A 16 entre la Belgique et Calais. Il n’y a cependant pas eu de comptage.

Sécurité et confort

La justification initiale de l'éclairage était la sécurité des passants, qui sans cela devaient s'en remettre à des porte-falots. Un éclairage trop puissant, ainsi que l'éclairage diffus du ciel, peuvent cependant avoir des conséquences adverses.

Éclairage ponctuel

L'éclairage ponctuel est utilisé pour augmenter le sentiment de sécurité des passants. Ce sentiment de sécurité a cependant tendance à inciter les automobilistes à augmenter leur allure, ce qui peut avoir des effets adverses sur la sécurité. En outre, l'utilisation d'un éclairage ponctuel très intense peut éblouir et gêner la conduite automobile. Les éclairages mobiles (projecteurs pointés vers le ciel, etc.) ont d'autre part tendance à distraire les conducteurs et les aviateurs.

Éclairage diffus

Quand la lumière s'immisçe dans les habitations par les fenêtres non obturées par des volets, le halo lumineux urbain peut déranger les habitants, nuire au sommeil mais aussi perturber nos rythmes hormonaux et biologiques (liés à l'alternance veille/sommeil, jour/nuit)La fermeture des volets nous coupe également du rythme jour-nuit.

L'éclairage diffus nocturne nuit à la pratique de l'astronomie par les amateurs dans et autour des villes où le ciel apparait opacifié, coloré, avec des étoiles de moins en moins visibles à l'œil nu. L'éclairage complique le travail des astronomes, dont pour l'imagerie électronique du ciel.

L'éclairage diffus du ciel n'a aucune utilité pour l'homme, mais à un coût, évalué à 1,5 milliard de dollars/an pour les seuls États-Unis selon l'association International Dark-Sky.

Prévention

La prévention de la pollution lumineuse consiste à adapter la politique d'éclairage aux nécessités réelles. De telles politiques, mises en place dans des municipalités, peuvent contribuer à une économie d'énergie électrique et ainsi à la rentabilisation des moyens mis en place pour la lutte contre la pollution lumineuse. Ainsi, la ville de Lille a ainsi fait 35 % d'économies en un an, tout en éclairant mieux, grâce à des lampes et luminaires plus « éco-performants ».

La réduction de la pollution lumineuse passe par différentes solutions dépendant de la source principale de pollution dans l'environnement considéré. Elle peut ainsi passer par :

Réduction de la lumière émise en direction du ciel

La réduction de la lumière émise en direction du ciel peut être réalisée par la rénovation du matériel d'illumination urbain, notamment, l'utilisation d'abat-jours diffusant la lumière vers le bas. De nombreux éclairages de façades et de panneaux comportent des éclairage superflus dirigés vers le ciel, qu'il est possible de repenser ou de supprimer. Les optiques des luminaires peuvent être choisis pour réduire la diffusion de la lumière dans toutes les directions, notamment en préférant les verres plats plutôt que courbes. L'angle d'incidence de la lumière au sol doit être si possible proche de la perpendiculaire, de 10° ou moins.

Spécifiquement, les nuisances causées aux astronomes peuvent être réduites en sélectionnant pour l'éclairage urbain des lampes à vapeur de sodium à basse pression, qui ont un spectre monochromatique, et dont les rayonnements peuvent donc être facilement filtrés. Des éclairages directifs, comme ceux à diode électroluminescente, réduisent les émissions de lumière dans toutes directions où elles ne sont pas requises.

En France, la loi du 2 février 1995 (J.O. du 3 février 1995) a soumis à autorisation l'utilisation des faisceaux d'éclairage à laser dirigés vers le ciel. Une circulaire ministérielle du 26 mai 1997 précisait que ce texte entendait d'appliquer aux seuls éclairages lasers, « compte tenu de la spécificité technique et des effets physiologiques de ce procédé », et non pas à l'ensemble des éclairages de même puissance ou portée.

Réduction de la sur-illumination

La sur-illumination peut être réduite en posant des minuteries et des systèmes de détection de personnes, animaux et véhicules. L'illumination des édifices publics, des panneaux publicitaires peut être réduite en pleine nuit ou en dehors de la période touristique. L'éclairage peut être modulé en fonction des conditions météorologiques. Ainsi, un rond-point pourrait être éclairé à plus forte puissance en cas de mauvaise visibilité, mais avec une seule lampe basse par nuit claire.

Réduction des effets sur la faune

Les différents types de lumières n'ont pas le même effet sur la faune. Il est possible de choisir des couleurs d'éclairage ayant un moindre effet sur les oiseaux. Lorsque la lumière des bureaux ne peut être éteinte la nuit, des stores, ou des films spéciaux peuvent aider l'oiseau à comprendre qu'il y a un obstacle. Des films « anti-collision » peuvent aussi être efficaces le jour en limitant l'effet miroir ou l'invisibilité de la vitre. Il semble que l'éclairage stroboscopique soit plus efficace pour la sécurité (dans le brouillard notamment) et qu'il perturbe moins les oiseaux, mais il peut être perçu comme plus fatiguant.

Réduction des éclairages

Dans un certain nombre de cas, il est possible de réduire les éclairages publics sans remettre en cause la sécurité des passants et des usagers des transports.

Ainsi, des dispositifs rétroréfléchissants (catadioptres), c'est-à-dire renvoyant vers l'émetteur (mobile ou non) la lumière reçue favorisent la visibilité sans rendre nécessaire l'utilisation de lumières supplémentaires. Ces systèmes sont adaptés aux besoins de signalisation d'objets (bordures de trottoirs, piquets, poteaux, pieds de panneaux, rambarde de sécurité, pieds de ronds points, d'axes ou passages ou situations dangereuses, etc.), ils ne sont pas éblouissants, discrets de jour, peu onéreux et permettent de renvoyer la lumière dans diverses couleurs. Dans les pays où la neige est abondante, ils peuvent être fixés en hauteur sur des piquets.

Des éclairages modulables en fonction des risques peuvent être utilisés, par exemple des points lumineux (par exemple conçus à l'aide de fibres optiques) de faible intensité guidant les voitures au lieu d’éclairer directement le sol.

Les bandes de métal, tissus ou plastique rétro-réfléchissant fixées sur les vêtements, chaussures et cartables améliorent aussi grandement la sécurité des enfants, des personnels affecté aux travaux publics ou à la surveillance des routes, voies ferrées, aéroports, canaux ou autres installations à risque. Au-delà des sujets à risque, ces dispositifs peuvent contribuer à protéger tous les objets et toutes les personnes exposés à des véhicules circulant de nuit et munis de phares. Des couleurs fluorescentes sont parfois utilisées (surtout utiles le jour).

La prise en compte des préoccupations environnementales fait l'objet de travaux de recherches. Un groupe d'ornithologues travaille sur ce thème à Toronto. Aux États-Unis, un projet d'illumination de pont à Los Angeles a ainsi été complètement revu après évaluation environnementale.

Application de la réduction des éclairages

On utilise le terme réserve de ciel étoilé, lorsque l'ensemble de ces mesures est appliqué de façon systématique sur un territoire.

Le parc naturel Natural Bridges National Monument aux États-Unis a été désigné, au milieu de l'année 2007, « premier parc du ciel noir au monde », par l'association International Dark Sky, sur la base de sa visibilité de la voie lactée. En septembre 2007, la même association a déclaré le Parc national du Mont-Mégantic, situé au Québec, comme étant la première réserve internationale de ciel étoilé en milieu habité.

Les mesures concrètes de restauration de l'environnement nocturne sont rares et ponctuelles, mais des colloques sur ce thème se font périodiquement depuis les années 1990. Sur la base d'études scientifiques, des modules de formations apparaissent dans quelques pays (écoles d'ingénieurs ou de techniciens, formation continue, etc.). Des lois et règlements sont mis en application dans quelques pays, comme cela a été le cas sur les iles Baléares.

L'efficacité des mesures prises peut être évaluée par la suite, notamment par des comptages d'oiseaux. Ainsi à Chicago, les comptages faits de 2000 à 2001 a montré que l’extinction des lumières des immeubles la nuit réduisait la mortalité des oiseaux de 83 %.

Réglementation

La législation concernant l'éclairage varie fortement selon les pays et elle est parfois récente. Elle comprend toujours une composante sécurité pour l'éclairage embarqué des véhicules, l'éclairage ou la signalisation de sites dangereux (aéroports et objets élevés en particulier) ou l'éclairage routier, portuaire, etc. Une réglementation particulière est apparue concernant certaines lampes émettant des rayonnements potentiellement dangereux (rayons X, UV, infra-rouge)..

En Belgique, une proposition de décret « visant à lutter contre les pollutions lumineuses et à favoriser les économies d’énergie » et divers travaux et expériences (dont sur autoroutes) existent.

En France, avant 2009, une grande partie de l'éclairage public n'était pas précisément cadré par la loi, mais par des « recommandations » techniques édictées par l'association française des éclairagistes.
En 2009, suite au Grenelle de l'Environnement, le projet de loi Grenelle II a confirmé les principes énoncés par la loi cadre Grenelle I) via plusieurs projets d'articles qui sont (sous réserve de modification avant fin 2009) :

• Article L. 583-1 : Il cadrera les objectifs et le champ d’application de la loi Grenelle II, et précise que les installations, équipements, ouvrages concernés seront ensuite définis par décret en Conseil d'État selon de leurs caractéristiques (dont leurs émissions lumineuses),

• Article L. 583-2 : il précisera que le ministre chargé de l’environnement établira « des spécifications techniques applicables de plein droit immédiatement aux installations, activités, ouvrages ou équipements nouveaux et après un délai pour les existants, et pour en définir les modalités de contrôle » ; Le ministre « pourra imposer des interdictions (temporaires ou permanentes) pour certains types d’éclairage ou d’émissions lumineuses sur tout ou partie du territoire » ; Des arrêtés ministériels pourront attribuer au préfet, « dans des conditions définies par les arrêtés ministériels, le pouvoir d’adapter les spécifications techniques ou les interdictions prévues aux circonstances locales ».

• Article L. 583-3 : il autorisera le maire à contrôler certains aspects de l'éclairage (sauf pour les installations activités ouvrages ou équipements communaux, et pour les installations ou ouvrages déjà régis par une police spéciale d’État, dont le contrôle est attribué à l’État).

• Article L. 583-4 : il précise que seront exclus de ce chapitre de la loi certains éclairages (d'installations classées, d'installations nucléaires de base, publicités, enseignes et pré-enseignes).

• Article L. 583-5 : il précise les sanctions administratives prévues pour le non-respect des prescriptions générales ou particulières ;

• mise en demeure de respecter les prescriptions, puis le cas échéant

• suspension de fonctionnement de l’installation.

L'été 2010, le ministère en charge de l'environnement a mis en consultation publique jusqu'au 30 septembre 2010 le projet de décret relatif à la prévention et à la limitation des nuisances lumineuses (4 pages) . le ministère a donné suite à loi Grenelle I dont le 1er paragraphe de l’article 41  dispose que : « les émissions de lumière artificielle de nature à présenter des dangers ou à causer un trouble excessif aux personnes, à la faune, à la flore ou aux écosystèmes, entraînant un gaspillage énergétique ou empêchant l'observation du ciel nocturne feront l'objet de mesures de prévention, de suppression ou de limitation », avec une Note explicative et une note intitulée Nuisances lumineuses datée du 19 janvier 2010 (Service : Prévention des risques), qui a suivi un communiqué sur la « reconnaissance de la pollution lumineuse » , ainsi qu'un dossier précisant le sujet .

Dans de nombreuses civilisations, les étoiles et les constellations ont joué un rôle dans l'établissement des calendriers, dans la navigation maritime avant l’invention des sextants. Les astres guident encore les hommes sur terre, au travers des déserts et sur mer. La vision du ciel étoilé est présente dans de nombreuses mythologie et de nombreuses religions. Elle a été la cause chez d'anciennes civilisations d'alignements de menhirs, de configurations de sites préhistoriques et historiques alignées sur les astres des solstices. La poésie a également puisé une source d'inspiration dans le ciel étoilé. L'observation de ce ciel étoilé est cependant de nos jours très difficile pour 75 % de la population de la planète vivant dans des zones suffisamment urbanisées pour être concernées par la pollution lumineuse. La pollution lumineuse contribue à déshabituer l'Homme du noir et par conséquent à entretenir sa dépendance à la lumière artificielle. Ces aspects socio-psychologiques sont complexes et demandent pour y répondre une approche pluridisciplinaire.

L'alternance du jour et de la nuit est d'autre part une donnée sur laquelle se sont appuyées la plupart des espèces terrestres dans leur évolution. Chez l'être humain, plusieurs processus hormonaux en dépendent et sont localisés dans les parties les plus primitives du cerveau. Les adaptations physiologiques ne sont pas possibles chez la plupart des espèces, dont peut-être l'espèce humaine, où l'alternance du jour et de la nuit a probablement profondément modelé le psychisme. Depuis les années 1970, divers acteurs s'interrogent ainsi sur les conséquences socio-psychologiques de la perte du contact de l’homme avec l'environnement nocturne et l'observation du ciel profond et de la voie lactée. L’ONU a accordé au ciel étoilé une valeur particulière, comme patrimoine commun de l’humanité.

Par ailleurs, les solutions techniques envisagées et localement testées pour limiter la pollution lumineuse convergent avec des enjeux de développement durable, en particulier d'économies d'électricité et d'émissions de gaz à effet de serre, ou de diminution de l'empreinte écologique.