La presse régionale des Pays de la Loire vient de faire écho à un phénomène spectaculaire à Sablé-sur-Sarthe : des millions d’insectes tourbillonnants en soirée autour des lampadaires et mourants sur les trottoirs. Un article et une vidéo y ont été consacré. Analyse.

Des insectes très éphémères

Bien connues des pêcheurs, les éphémères sont des insectes ailés. Leur cycle se déroule sur une année. Après la ponte en été, l’œuf entre en diapause jusqu’au printemps, puis la larve se développe dans les sédiments au fond de l’eau des rivières calmes. L’espèce qui nous intéresse ici est Ephoron virgo. Les adultes émergent massivement en quelques jours (phénomène qualifié de swarming par les anglo-saxons) : les nymphes montent à la surface de l’eau et se métamorphosent en adultes lors de quelques soirs d’été. Après accouplement, les femelles pondent à la surface de l’eau. Ensuite, mâles et femelles meurent rapidement, ce qui leur vaut le nom d’éphémères. Poissons, oiseaux, batraciens et chauves-souris profitent de cette nourriture abondante.

Exploitation de la « manne blanche »

« En France l’Ephemera virgo est parfois assez abondante, au bord des rivières, pour présenter, comme le dit Latreille, l’apparence d’une neige épaisse et tombant à gros flocons » (Charles d’Orbigny (dir.), Dictionnaire universel d’Histoire naturelle, t. V, Masson 1844).

 Cette « manne blanche » comme on l’appelait, était déja exploitée au XVIIème siècle comme engrais, puis commercialement en France à partir des années 1930. Séchés, les insectes étaient vendus à des grainetiers pour l’alimentation des oiseaux d’élevage. On se servait du pouvoir d’attraction de la lumière pour les attirer avec des torches ou des phares de voitures. Un article de Nicolas Césard, paru dans Études Rurales en 2010 retrace cette histoire.

Années 80 : le déclin des populations

A partir des années 80 le commerce de la « manne blanche » perd de son intérêt du fait d’une moindre abondance des éphémères. La dégradation des habitats aquatiques et différentes pollutions ont diminué drastiquement les populations, ce qui a conduit l’UICN et le Muséum National d’Histoire Naturelle à publier en 2018 une liste rouge des Ephémères de France métropolitaine. A ce propos, un article paru dans Libération rapporte la disparition des éphémères aux abords des lacs comme ceux du lac d’Annecy à cause de la pollution lumineuse émise par l’éclairage urbain.

Pondre sur le bitume : un comportement totalement anormal

Au vu des nombreux témoignages sur leur régression, on peut se réjouir de voir à nouveau des émergences massives d’Ephoron virgo. D’après la liste rouge, l’espèce n’est pas menacée actuellement mais l’évolution de ses populations est inconnue. Les efforts pour l’amélioration de la qualité des cours d’eau payent probablement. En revanche, on ne peut que s’inquiéter de voir ces mortalités massives sous les luminaires avec des femelles qui viennent par millions pondre sur le bitume (les œufs sont ces petits sacs jaunes que l’on voit sur les photos) Ce comportement totalement aberrant est une impasse démographique qui interroge l’avenir local de l’espèce. Quelle est la raison qui pousse ainsi les femelles à compromettre leur progéniture ?

Impact de la lumière polarisée

Il est connu que de nombreux insectes nocturnes sont attirés par la lumière artificielle nocturne. Tout le monde a fait l’expérience de papillons de nuit entrant le soir par les fenêtres ouvertes. Moins connu est le rôle de la lumière polarisée, qui nous est invisible à moins d’utiliser un filtre polarisant, sur l’orientation de nombreuses espèces. De nombreux matériaux créés par l’homme, comme les vitres, l’asphalte ou les voitures, émettent lorsqu’ils sont éclairés, une lumière polarisée horizontale qui imite la surface de l’eau. Ce phénomène a surtout été étudié de jour, jusqu’à ce qu’une équipe de chercheurs hongrois s’intéresse à la mortalité massive d’éphémères sur un pont éclairé du Danube (Szaz et al., 2015).
Les chercheurs ont mis en évidence l’interaction entre l’attraction connue des insectes à la lumière artificielle et l’attraction à la lumière polarisée réfléchie par des matériaux éclairés, comme le bitume de la route.

Les insectes sont leurrés à la fois par l’éclairage qui stimule leur capacité à s’orienter à la lumière lunaire (voir vidéo des auteurs sur l’impact d’une lame torche) et par la lumière polarisée qui imite la surface de l’eau. Ces phénomènes conjugués conduisent à des attractions massives sous les lampadaires et à des pontes de millions d’œufs sur l’asphalte (voir la vidéo des auteurs).

Des solutions pour réduire les impacts

La meilleure des solutions, lorsque ce cela est possible, est de supprimer les sources de lumière à proximité des rivières. Lorsque cela n’est pas possible pour des raisons de sécurité ou parce que l’éclairage est nécessaire au sein de zones urbanisées, une extinction temporaire ou une forte diminution d’intensité, temporaire ou non, peut rendre l’éclairage moins attractif pour les éphémères. La détection des premiers individus pourrait enclencher des mesures temporaires sur l’éclairage public et ainsi éviter les hécatombes d’insectes.

Il est a craindre que la conversion de l’éclairage public vers des LED (sauf exception, voir ci-après) n’accentue le phénomène car il est effectivement avéré que ce type de lumière exerce un plus fort pouvoir d’attraction sur les insectes. En cas de rénovation de l’éclairage public, des LED ambres à spectre le plus étroit possible auront globalement moins d’impacts négatifs sur la faune que des LED à spectre large qui comportent des courtes longueurs d’ondes.

Cet évènement marque les esprits et impacte les habitants dans leur vie quotidienne. Il est également le signe d’un dérèglement écologique dont les causes ont pu être comprises grâce à des travaux de recherche scientifiques. Le porter à connaissance de ces travaux peut permettre aux acteurs concernés d’agir pour la conservation des espèces tout en évitant des désagréments aux populations.
Athena-Lum propose des conseils aux collectivités et des formations sur la prise en compte des impacts écologiques de l’éclairage artificiel nocturne.

Ce ne sont pas moins de 1100 points lumineux, très majoritairement d’éclairage public, qui ont été mesurés par Athena-Lum en décembre 2019 sur 9 communes de l’agglomération grenobloise et consignés dans une base de données : mesures d’éclairement, de hauteur de mât, de spectre, de température de couleur et évaluation de la lumière non ciblée.

Fig. 1: captures d’écran du SIG de terrain : fond satellite Google, fond OSM et menu de saisie.

Ce travail a été réalisé dans le cadre d’une fiche action du Contrat Vert et Bleu de Grenoble Alpes Métropole intitulée « La trame noire : composante d’une TVB fonctionnelle ». Le Contrat Vert et Bleu est un outil dont l’objectif est la préservation ou la restauration des continuités écologiques contraints par l’urbanisation et les aménagements. Ces continuités écologiques forment des trames dont les principales sont la trame verte (milieux naturels agricoles et forestiers) et la trame bleue (milieux humides et aquatiques). Ce travail, porté par FNE Isère, part du constat que la fonctionnalité des trames vertes et bleue peut être mise à mal par l’éclairage artificiel nocturne du fait de la sensibilité du vivant à la lumière. Le concept de pollution lumineuse et de trame noire, pour qualifier des continuités protégés de la lumière, a ainsi vu le jour.

Athena-Lum a évalué la pollution lumineuse émise sur les 4 corridors prioritaires de la métropole de manière quantitative (quantité de lumière émise par la source ; direction de la lumière ; temporalité de la lumière) et qualitative (composition spectrale de la lumière). Cette évaluation est basée sur des critères mesurables pour permettre d’évaluer l’impact sur les espèces vivantes et de proposer des pistes d’amélioration pour les collectivités.

Fig. 2 : localisation des points lumineux sur le corridor n°1

Les données spectrales ont été analysées avec des outils issus de plusieurs équipes de recherche dans le monde. Différents indices ont été utilisés qui ont permis de classer les différentes sources lumineuses en fonction de leurs impacts biologiques et écologiques connus.

Les différents indicateurs concordent sur le fait que les sources à température de couleur chaude (≤ 2000K) sont globalement les moins perturbantes pour le vivant. Il s’agit soit des lampes au sodium haute pression, soit des LED ambres. Ce constat est en contradiction avec les pratiques actuelles de rénovation dont la tendance est aux LED blanches de 3000K.

Fig. 3 : classement des sources en fonction de l’un des indices utilisé (ici indice de suppression de la mélatonine)

Les 4 corridors prioritaires présentent tous un éclairage conséquent. 5 communes sur les 9 concernées par l’étude pratiquent l’extinction en milieu de nuit, ce qui est supérieur à la moyenne nationale de 38 %. Sur certains secteurs il reste des continuités sombres à préserver. Actuellement les sources majoritaires restent les lampes au sodium (68%) mais toutes les rénovations récentes se font en LED 3000K, ce qui est inquiétant pour la fonctionnalité écologique.

L’étude aborde rapidement (pour des questions de manque de données) la question énergétique. Les LEDs bénéficient d’une image d’éclairage « vert » peu gourmand en énergie. Les quelques exemples donnés montrent que le sodium haute pression est tout à fait compétitif avec les LEDs du point de vue énergétique avec un bénéfice important en terme de faible perturbation écologique. Les lampes qu’il convient effectivement de remplacer sont les vapeurs de mercure haute pression (BF) qui éclairent peu et consomment beaucoup ; elles peuvent être remplacées à moindre coût par des sodium haute pression, notamment en présence d’enjeux écologiques.

Fig. 4 : puissance installée et éclairement en pied de mât (normé à 5 m) de quelques luminaires :
LED-a : ch. des Mûres Noyarey
LED-b : route dep. Noyarey
LED-c : échangeur A51 Varces
LED-d : parking le long de la route dep. Noyarey
LED-e = ZAC Champagnier
SHP-a : SHP lanternes de style Noyarey
SHP-b : échangeur A51 Varces
BF : : Lotissement Noyarey

En conclusion

Ce travail montre l’intérêt d’une approche de la pollution lumineuse au plus proche du terrain, c’est à dire au plus proche du lieu d’interaction entre l’éclairage et les espèces. L’analyse spectrale des sources s’avère être un outil pertinent pour comparer les sources entre elles. Cela apporte un élément d’information supplémentaire pour les choix d’installation en cas de renouvellement de l’éclairage.
Ces éléments doivent permettre d’établir un zonage différencié de l’éclairage d’une commune en privilégiant les éclairages les moins perturbants pour le vivant dans les lieux à enjeux biodiversité. C’est également l’occasion d’associer les habitants aux décisions qui concernent directement les ambiances nocturnes de leur lieu de vie.

C’est un fait maintenant bien documenté, l’effet de la lumière artificielle nocturne sur le vivant est variable en fonction de différents paramètres : intensité, distribution spatiale de la lumière, temporalité de l’éclairage et composition spectrale. Ce dernier facteur est possiblement le plus impactant pour la vie, et son évolution depuis 4,5 milliards d’années avec l’alternance jour / nuit, pour laquelle la composante bleue du spectre est un « Zeitgeber » (indicateur de temps) important.

Pour en savoir plus sur les effets de la lumière artificielle nocturne sur le vivant, je vous recommande d’ailleurs un ouvrage qui vient de paraître. Il n’existait en France, jusqu’au 10 octobre dernier, aucun livre expliquant simplement les effets de la lumière artificielle nocturne sur le vivant. Samuel Challéat l’a écrit et il nous fait partager toute la complexité de la nuit avec son regard de géographe interdisciplinaire. Notamment, vous apprendrez comment la composante bleu du spectre agit sur des cellules très particulières de notre rétine, les cellules ganglionnaires à mélanopsine, et comment celles-ci transmettent un signal à notre cerveau qui a pour effet d’inhiber la sécrétion de l’hormone du sommeil, la mélatonine.

 

Petite parenthèse : l’ouvrage est disponible dans toutes les librairies : ne l’achetez pas sur Amazon ! Au pire il vous faudra patienter quelques jours pour que votre libraire favori vous le commande s’il n’est pas en stock. La sauvegarde des libraires dans les villes et villages vaut bien ce petit délais (NB : la librairie  La Palpitante à Mens en avait encore quelques exemplaires samedi dernier : avis aux amateurs !).

A quelle lumière êtes vous soumis le soir ?

A la lecture de l’ouvrage vous vous demanderez certainement comment échapper à cette lumière bleue qui nuit à notre endormissement et à notre santé (sans évoquer ici le sujet à part entière de l’impact sur les autres êtres vivants). La question n’est pas simple car comme le rappelle Samuel, notre environnement nocturne s’est profondément et brutalement transformé avec l’arrivée massive des LEDs sur le marché. Elle sont partout : dans l’éclairage des maisons, dans les écrans d’ordinateurs et des tablettes, dans les jouets pour enfants, dans les phares de voitures et de vélos, dans la rue…

Si vous disposez d’un luxmètre (sur la plupart des smartphones), l’indication en lux ne vous aidera pas beaucoup. En effet, l’éclairement en lux ne vous dit rien sur la composition spectrale de la lumière et donc rien sur sa composante bleue… et par conséquent rien sur l’impact de la lumière sur votre organisme.

Les indications sur l’emballage des lampes ne fournissent pas tellement plus d’informations : au mieux la température de couleur en Kelvin, mais quasiment jamais le spectre et encore moins un indice d’impact de la lampe sur notre horloge biologique.

Différents indices ont été développés ces dernières années pour évaluer l’effet des spectres lumineux sur la suppression de la mélatonine ainsi que sur la vision du ciel nocturne ou sur la manière dont ils impactent différentes espèces (Aubé et al 2013, Lucas et al 2014, Longcore et al 2017).

Ces chercheurs ont mis en ligne pour une utilisation libre plusieurs outils dont vous pouvez voir des applications sur le site de fluxometer, développé par les concepteurs de f.lux, le logiciel gratuit qui vous permet de moduler la couleur bleue de vos écrans (NB, f.lux était surtout utile avant que cette fonctionnalité ne soit intégrée nativement dans les nouveaux PC et tablettes mises sur le marché). Les possibilités de visualisation en ligne qu’offrent fluxometer sont nombreuses. Vous pouvez, par exemple, tester la capacité de filtration de plusieurs marques de lunettes anti lumière bleue, évaluer l’impact de la lumière émise par de nombreuses sources, visualiser pour la lumière du jour les variations en fonction de l’heure de la journée et des conditions météorologiques, et bien plus encore.

 

Je vous propose ici l’analyse de quelques lumières avec l’outil de Lucas et al.pour apprécier leur impact sur l’horloge biologique humaine :

• la lumière du jour en milieu de journée par beau temps, en tant que référence,
•  ma lampe frontale Petzl avec ses deux modes : lumière blanche et rouge,
• le phare du VTT de mon fils,
• mon écran d’ordinateur en 3 modes de réglage (jour, nuit et intermédiaire),
• ma lampe de bureau à LED,
• une ampoule halogène.

L’analyse des spectres avec l’outil de Lucas et al.permet de calculer un indice d’impact sur notre horloge biologique. Pour certaines sources un commentaire est ajouté sur l’impact phototoxique, qui constitue un autre aspect des conséquences négatives de la lumière bleue aux intensités élevées.

Explications sur les chiffres et les courbes présentés :

– les lux donnent une valeur de ce qui est perçu globalement par l’œil humain (ce que mesure votre luxmètre),

– la température de couleur en Kelvins donne une valeur de l’aspect plus ou moins « chaud » d’une couleur pour la vision humaine,

– le rapport M/P (lux mélanopiques/lux photopiques) fourni un indice d’évaluation de l’impact de la source lumineuse sur notre horloge biologique. Les lux mélanopiques sont ceux perçus par les photorécepteurs qui conduisent à l’inhibition de la mélatonine ; les lux photopiques sont ceux perçus par les 3 types de cônes qui permettent la vision diurne. Un rapport proche de 1 est à rechercher si l’on souhaite bénéficier d’une lumière proche du jour (utile en journée pour se sentir en forme) ; un rapport le plus faible possible est à rechercher en soirée pour se préparer au sommeil,

– en haut : le spectre de la lumière mesuré avec les couleurs perçues par l’œil humain (mesures pesonnelles),

– en bas : le spectre interprété par l’outil de Lucas et al. La courbe bleue montre le spectre perçu par l’œil au niveau de la cornée (identique au spectre du haut) ; la courbe rouge montre la partie du spectre d’action des cellules à mélanopsine impactée par le spectre de la lumière : il s’agit du spectre efficace pour inhiber la mélatonine,

–les unités de l’ordonnée des courbes sont des W/m²/nm (ou mW/m²/nm en fonction de l’échelle) à gauche et des μW/nm/cm² à droite. Il s’agit d’une unité d’éclairement énergétique, c’est à dire de quantité d’énergie par longueur d’onde, qui atteint notre rétine.

Lumière du jour

101 000 lux

5430 K

M/P= 0,97

 

Frontale Petzl

En mode normal (lumière blanche)

Distance de mesure à 1m

253 lux

5941K

M/P=0,8

NB : les lampes frontales ont un faisceau de lumière blanche très puissant. Elles sont à manier avec précaution et il ne faut jamais orienter le faisceau dans les yeux d’autres personnes, a fortiori vers des enfants dont les yeux sont plus sensibles. La frontale mesurée est classée en risque 2. Petzl communique correctement sur ce risque contrairement à d’autres fabricants (cf leur site internet). Néanmoins, l’ANSES recommande officiellement, au vu des risques sur la rétine, de restreindre la mise à disposition des objets à LED auprès du grand public à ceux de groupe de risque photobiologique 0 ou 1. Actuellement il n’y a aucune réglementation en ce sens.

En mode lumière rouge

Distance de mesure à 1m

5,5 lux

env 1000K

M/P=0

 

 

NB : Outre le fait de n’avoir aucun impact sur l’horloge biologique, le mode rouge de votre frontale présente deux avantages importants :

• il permet de préserver notre vision nocturne car son spectre est presque entièrement hors du spectre d’action de la rhodopsine des bâtonnets (les photorécepteurs qui permettent de voir la nuit). C’est intéressant pour observer le ciel étoilé, mais attention : pour bénéficier pleinement de cet avantage, l’œil a besoin d’une période de plusieurs dizaines de minutes sans lumière blanche ; c’est le temps nécessaire à la rhodopsine des bâtonnets pour se régénérer,
•  il permet de réduire le dérangement lorsqu’on observe la faune sauvage la nuit.

Phare LED de VTT

Distance de mesure à 1m

3570 lux

5270 K

M/P = 0,78

 

NB : comme l’indique la publicité « Make the night to the day on the bike », ce phare est extrêmement puissant et donc dangereux pour la rétine. Le fabricant ne donne aucune information sur la classe de risque. Ce phare est non homologué en Allemagne (norme StVZO), mais aucune information n’est disponible France.

Un ordinateur portable ASUS pro

Distance de mesure équivalente à un travail sur ordinateur (longueur du bras)

3 modes en fonction du réglage de l’écran

Mode jour

28 lux

7000 K

M/P=0,9

NB : l’indice de suppression de mélatonine M/P est très élevé. Ce mode d’écran est à réserver à l’utilisation de l’ordinateur de jour.

Mode intermédiaire jour/nuit

16 lux

3500 K

M/P=0,5

NB : ce mode intermédiaire pourrait être un bon compromis pour l’activité sur l’ordinateur le soir, en baissant par précaution l’intensité au maximum.

Mode nuit

8 lux

K<1500

M/P= 0,16

NB : il subsiste un petit pic de bleu ; la vision des couleurs de l’écran très dégradée.

Une lampe de bureau à LED

658 lux

2700 K

M/P= 0,48

NB : la distance de mesure a été choisie arbitrairement pour pouvoir comparer, à lux quasi égaux, cette ampoule LED avec l’ampoule halogène suivante. Cela permet de comparer les 2 sources pour un éclairement reçu identique.

Une lampe domestique comparable mais halogène

655 lux

2600 K

M/P= 0,48

 

NB : en comparaison avec la lampe de bureau à LED, à luminance et température de couleur similaire, le rapport M/P est également similaire. Pour ce cas précis, la crainte d’un effet supérieur de la LED sur l’horloge biologique est, a priori, infondé.

Attention en comparant les spectres à la différence d’échelle sur l’axe y.

Résumé des différents indices

 

Source lumineuse	Indice M/P
lumière du jour	0,97
ordinateur mode jour	0,9
frontale lumière blanche	0,8
phare LED VTT	0,78
ordinateur mode intermédiaire	0,5
lampe halogène 2600K	0,48
lampe bureau LED 2700K	0,48
ordinateur mode nuit	0,16
frontale lumière rouge	0

En conclusion

Le rapport M/P, en tant qu’indice d’impact sur l’horloge biologique et notamment l’inhibition de la mélatonine, permet d’évaluer différentes sources indépendamment de leur intensité. En revanche l’effet réel sur l’horloge biologique dépend de seuils lumineux qui sont encore mal connus, même si certaines études montrent qu’il peuvent être très bas. La comparaison de plusieurs sources permet en revanche, pour une même quantité de lux perçus, de les classer en fonction de leur impact sur l’horloge biologique.

L’horloge biologique ne règle pas uniquement le sommeil mais elle a de nombreuses implications dans une multitude de processus physiologiques au sein de notre organisme. Il y a donc un lien entre la lumière que nous recevons et notre santé. Pour plus d’explications je vous renvoie à l’ouvrage précédemment cité de Samuel Challéat.

 

Les chiffres mesurés et calculés dans les exemples ci-dessus ne concernent que l’œil humain ; des courbes d’actions sont disponibles pour un certain nombre d’autres espèces (obtenues soit par données physiologiques soit par données comportementales). Cependant, les photorécepteurs à mélanopsine sont présents chez de nombreuses autres espèces avec des sensibilités spectrales identiques. On peut donc penser que des effets très proches existent également chez celles-ci.