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.

 

 

 

 

Le rapport de l’ANSES « Effets sur la santé humaine et sur l’environnement (faune et flore) des diodes électroluminescentes (LED) », très attendu depuis 2 ans, est enfin sorti !
Le rapport est principalement axé sur la santé humaine mais, au vu des préoccupations environnementales croissantes, l’ANSES a étendu ce travail aux questions de l’impact sur le vivant en général. Ceci est particulièrement important dans le contexte de généralisation des LEDs et de régression de la biodiversité.

Un rapport remarquable et riche en informations, qui mérite d’être lu
Tout le monde n’est sans doute pas prêt à prendre le temps de lire les 458 pages du document publié, et c’est compréhensible ! La plupart des articles parus dans la presse sont donc basés sur le communiqué de presse ou, au mieux, sur le dossier de presse, qui se focalisent sur la lumière bleue et les impacts sur l’homme. Malheureusement, dans un cas comme dans l’autre, le message est réducteur comparativement à la richesse du contenu du rapport et, osons le dire, parfois un peu orienté. Les impacts sur les non-humains sont évoqués rapidement et les autres impacts comme celui sur le ciel nocturne, ou l’analyse du cycles de vie des produits, n’y sont pas abordés.
La presse a ainsi généralement fait l’impasse sur des éléments essentiels concernant les impacts environnementaux.

Qui souhaite se faire une idée objective, aura donc tout intérêt à consulter le rapport in extenso.
Pour aider le lecteur courageux, voici quelques explications utiles : le document pdf comprends l’avis officiel de l’ANSES (les 30 premières pages), dont les recommandations de l’Agence, puis le rapport (les pages 33 à 458). Ce rapport comporte lui-même une synthèse (identique à l’avis) ainsi qu’une conclusion assortie de recommandations du groupe d’expert. Il y a donc pas mal de redites dans ce document volumineux, qui peuvent perdre le lecteur. Les  annexes sont dans un document séparé.
Le rapport est basé sur une synthèse bibliographique de qualité qui met à disposition des non anglophone les résultats de nombreuses publications scientifiques. L’analyse est rigoureuse et emploie à dessein le conditionnel quand les certitudes ne sont pas acquises.

Une sortie tardive
Comme le souligne l’avis, la recherche bibliographique a été menée sur une période qui s’étend de janvier 2010 à juillet 2017. Ponctuellement quelques études importantes plus récentes ont été intégrées par le groupe d’expert, même si les références ne figurent pas toujours dans la bibliographie (ex. : Kyba et al, 2017. Artificially lit surface of Earth at night increasing in radiance and extent. Science Advances, ou Kinsey 2017. An Investigation of LED Street Lighting’s Impact on Sky Glow. U.S. Department of Energy).
Plus gênant, cette parution tardive rend le paragraphe sur la réglementation obsolète, l’arrêté du 27 décembre 2018 n’y figurant pas. Des personnes peu au fait de cette évolution majeure de la réglementation de la pollution lumineuse, pourraient être induites en erreur en considérant ce rapport comme une synthèse à jour.

Impact sur la biodiversité
Le rapport démontre l’impact de l’éclairage nocturne, dont les LEDs, sur la biodiversité. Il rappelle que les réponses à l’alternance jour-nuit sont « le résultat de millions d’années d’adaptation ayant conduit à la mise en place de stratégies qui permettent aux organismes d’adapter leurs fonctions vitales à la nature et aux variations de l’éclairage naturel. ».
Les mécanismes physiologiques mettant en œuvre la mélatonine (hormone inhibée par la lumière bleue) sont largement présents chez l’ensemble des vertébrés, et des horloges biologiques pilotées par la lumière existent également chez les végétaux et les champignons. Les systèmes de vision présentent également un certain nombre de points communs au sein du règne animal.
Le rapport analyse un nombre important de publications scientifiques qui concluent à l’impact négatif avéré de la lumière artificielle la nuit sur les espèces et les écosystèmes, avec « une augmentation de la mortalité et un appauvrissement de la diversité des espèces animales et végétales ».

L’impact spécifique potentiel des LEDs est lié à la question de leur intensité et à la répartition spectrale de la lumière. Comme le montre le rapport, les sensibilités spectrales sont variables d’une espèce à une autre ; ainsi, plus le spectre est large (lumière blanche), plus le nombre d’espèces potentiellement impacté est important. Gaston et al. notent ainsi dans une publication de 2013 que l’évolution vers un éclairage blanc à spectre plus large et plus riche en bleu, comme celui des LEDs blanches, a, potentiellement, un impact écologique plus grand.
Ces résultats plaident en faveurs d’éclairages les moins blanc possibles, que ce soit avec des LEDs ou avec des sources conventionnelles.

Un chapitre surprenant sur la pollution lumineuse
Le rapport rappelle que le terme « pollution lumineuse » comprend :
– le halo lumineux qui transmet au loin les impacts de l’éclairage et qui voile le ciel,
– les impacts sur l’homme (santé, inconfort…),
– les impacts sur les autres espèces et les écosystèmes.

Il rappelle également de manière pertinente les facteurs d’influence :
– la quantité globale de lumière émise (puissance et nombre de sources),
– la quantité de lumière qui se disperse vers le haut,
– la répartition spectrale de la lumière,
– la temporalité de l’éclairement (heures de fonctionnement et variation d’intensités).

Suite à ces constats, le rapport fourni une évaluation « à dire d’expert » concernant les impacts sur le halo nocturne, les « nuisances » sur l’homme et les écosystèmes et la biodiversité. C’est ici que cela devient surprenant car le travail scientifique et rigoureux des chapitres précédents laisse place à des arguments partiaux et non étayés assez déconnecté des chapitres traitant spécifiquement de ces impacts.
Sans entrer dans le détail, on peut ainsi lire, à titre d’exemple, dans les tableaux de synthèse par type d’éclairage (pages 278, 281 et 284) :

– qu’en éclairage public, l’évolution du passage aux LED est favorable à la réduction du halo lumineux, aux effets sur l’homme et aux écosystèmes et à la biodiversité, grâce à la directivité et au contrôle électronique. Cette affirmation est en contradiction avec plusieurs études citées par ailleurs : celle de Falchi et al, 2016 (p. 313) qui montre l’augmentation du halo lumineux avec une simulation d’un changement de l’éclairage public au profit de LEDs blanches ; celles sur le vivant qui montrent la complexité du sujet (exemple des insectes volants attirés par la lumière de nuit : 48 % fois plus de captures avec des LEDs 4000K qu’avec des lampes au sodium haute pression – p331 ; exemple des chauves-souris à vol lent comme les Rhinolophes ou les Murins qui réduisent leur activité en présence de LEDs blanches, y compris à des éclairement très faible de 3,6 lux – p. 333).
L’impact du passage en LEDs blanches est de plus aggravé en milieu urbain avec une certaine tendance vers des sols très clairs qui renvoient la lumière vers le ciel.

– qu’en ce qui concerne les phares de voitures les experts affirment qu’il n’y a pas d’évolution ni positive ni négative vis à vis de la pollution lumineuse avec le passage en LEDs car « les technologies actuelles des lampes automobiles à décharge (xénon) sont déjà plus riches en bleu que l’halogène ». Cette comparaison est pour le moins abusive, les phares au xénon ayant toujours été très minoritaires par rapport aux phares halogènes. Les lampes à LEDs en revanche deviennent maintenant le standard du parc automobile et la dispersion de lumière blanche à forte luminance augmente donc de manière importante ; leur longue portée touche les écosystèmes dans l’environnement du réseau routier.

Le cycle de vie des LEDs : toujours des inconnues
Le cycle de vie d’un produit comprend toutes les étapes, de l’extraction des matériaux nécessaire à sa fabrication jusqu’à sa fin de vie et son recyclage éventuel. L’analyse du cycle de vie (ACV) cherche à évaluer les impacts environnementaux de tous les stades du cycle de vie.
Le groupe d’expert, en se basant sur une analyse bibliographique, conclu que les sources lumineuse à LEDs ont les impacts environnementaux sont les plus bas. Ils expliquent ce résultat par une durée de vie importante et un rendement lumineux en lumen/Watt plus important.
Cette affirmation est à nuancer pour plusieurs raisons :
– les experts notent eux même les lacunes de l’analyse en ce qui concerne les impacts sur le vivant et la pollution lumineuse,
– ils notent également la difficulté d’obtenir des informations précises de la part des fabricants sur les étapes de fabrication du fait des secrets industriels ,
– l’impact de la consommation des terres rares (l’indium pour les semi-conducteurs, les métaux rares contenu dans les luminophores) dont on connaît les impact environnementaux des extractions en Chine, ne sont pas pris en compte car les données sont peu accessibles (cf le film « La sale guerre des terres rares »),
– l’impossibilité actuelle d’un recyclage viable économiquement en fin de vie du fait de la forte imbrication des différents matériaux.

Au vu de ces éléments, l’impact environnemental global du cycle de vie des LEDs, comparativement aux autres sources de lumière, doit être réévalué.

Des amalgames entre LEDs domestiques et LEDs de fortes puissances
Le rapport revient régulièrement sur l’efficacité lumineuse (en lumens produits / Watt consommés) plus importante des LEDs par rapport aux autres sources lumineuses.
Le rapport de l’ANSES de 2010 avait développé un intéressant chapitre technique sur l’éclairage LED et leur efficacité lumineuse ainsi que sur les facteurs limitants. Des scénarios d’évolutions étaient présentés pour les 10 années à venir. Quels sont, 9 ans plus tard, les évolutions réelles et constatés de la technologie ?  Le rapport ne donne pas de réponse. A défaut, on pourra néanmoins se référer l’avis de l’ADEME de 2017 sur l’éclairage à LEDs  : « Les luminaires LED sont encore mal adaptés à l’éclairage de grande hauteur de forte puissance en raison de la surchauffe que peut entraîner l’utilisation de nombreuses LED accolées. ».

Il est regrettable que le rapport ne différencie pas les LEDs domestiques des LEDs de forte puissance utilisées en éclairage public comme le fait l’ADEME dans son avis. En effet, le rendement lumineux des LEDs chute avec la puissance  : en d’autres termes, une LED remplace avantageusement, du point de vue énergétique, une ampoule à incandescences ou même une fluo-compacte domestique, mais non une sodium haute pression moderne pour l’éclairage public ; ceci d’autant plus que la limitation de température de couleur imposée par la récente loi pour les nouvelles installations vient encore réduire leur efficacité lumineuse.
L’intérêt principal des LEDs en éclairage public réside dans leur capacité à être fortement gradables en intensité et à pouvoir être couplées à des détecteurs de présence, mais ceci a un coût et n’est pas forcement utile partout.

Vers une vision plus globale
En éclairage domestique le passage en LED peut se faire par simple changement d’ampoule ; le marché est fourni en produits imitant parfaitement les anciennes ampoules à incandescence et  on n’y voit quasiment que du feu. En éclairage public, en revanche, le passage en LED se traduit dans la plupart des cas par la mise au rebut de tout ou partie du luminaire et on peut légitiment se poser la question du bilan énergétique global du remplacement d’un matériel qui fonctionne. Cet aspect n’est pas pris en compte dans le calcul des gains qui se limitent toujours à la consommation en fonctionnement.

Il est légitime également de s’interroger sur la dépendance des LEDs aux métaux rares, aux impacts environnementaux de leur extraction évoqué plus haut, et aux impacts géopolitiques qu’entraîne notre dépendance à leur égard vis à vis de la Chine. Un récent ouvrage « La guerre des métaux rares » est très explicite sur ce sujet.

Conclusions / perspectives
Du point du vue de la protection de la biodiversité et de l’environnement nocturne, quelques points de l’avis de l’ANSES et des recommandations du groupe d’experts méritent d’être soulignés et, surtout, appliqués.

Pages 20 et 26 de l’avis :

– « effectuer, là où l’éclairage s’impose, une étude d’impact de cet éclairage sur l’écosystème local dans les zones naturelles et périurbaines » ;

– « limiter le nombre d’installations lumineuses en extérieur, de réduire les surfaces des zones éclairées au strict nécessaire »  ;

– renforcer la prévention de la pollution lumineuse et faire respecter la réglementation.

Pages 365 à 367 du rapport (recommandations des experts) :

– « pour l’éclairage public : de promouvoir une gestion intelligente (détection, programmation, gradation, abaissement nocturne), le contrôle précis de la directivité (pas de lumière vers le ciel), l’abaissement des températures de couleur, rendus possibles par la technologie LED »  ; à noter que les lampes à décharge au sodium haute pression modernes répondent également en grande partie à ces spécifications ;

– « pour l’éclairage de mise en valeur architecturale et paysagère : de limiter le nombre d’installations lumineuses, diminuer les niveaux de luminance, utiliser moins de lumière bleue »  ; du fait de la sortie tardive du rapport, cette préconisation n’a malheureusement pas pu être intégré dans l’arrêté du 27 décembre 2018 qui ne fixe aucune de ces limites ;

– « pour les enseignes et affiches lumineuses : de limiter le nombre d’installations lumineuses, diminuer les niveaux de luminance, utiliser moins de lumière bleue, éteindre ces installations pendant la nuit » : au vu des dérives constatées sur le terrain, il est effectivement urgent de légiférer ;

– « réduire les surfaces des zones éclairées au strict nécessaire » et « éteindre aux périodes les plus creuses de la nuit » : du bon sens qui rejoint également les économies d’énergie ;

– « créer des espaces protégés (NDLR : de la lumière) en particulier dans les zones naturelles et périurbaines »  . NB : il s’agit ici de préserver une trame noire ;

– en ce qui concerne les serres agricoles, il convient de s’assurer « du bon confinement, quand cela est possible, n’entraînant pas une pollution lumineuse supplémentaire vers l’extérieur. ». Voir ici un exemple de serres bretonnes qui montre les dérives actuelles ;

– enfin, « le groupe de travail souligne la nécessité de sensibiliser les décideurs et la population sur les impacts négatifs de la lumière artificielle sur tout le vivant (afin d’en limiter l’usage) et sur les avantages économiques qu’ils peuvent tirer d’une gestion adaptée. Ce n’est qu’avec une compréhension claire et globale de ces problèmes que des stratégies de gestion efficaces pourront être développées. ». Cette dernière recommandation ne saurait mieux illustrer l’objectif que s’est donné Athena-lum !

Durant la dernière décennie les LEDs ont connu un développement fulgurant dans de nombreux domaines : l’éclairage public, sujet qui nous intéresse ici, mais aussi les éclairages domestiques, automobiles, publicitaires, informatiques, ou pour des applications particulières comme les feux tricolores, les lampes frontales, les jouets pour enfants et les nombreux gadgets dont les LEDs augmentent l’attractivité.
Cette technologie a rapidement séduit le marché en ouvrant un vaste champ à l’innovation. Il est désormais possible d’adapter pratiquement la lumière à toutes les formes, à lui faire prendre toutes les couleurs et à moduler l’intensité à souhait. Tout cela pour une consommation énergétique censé être bien moindre comparativement aux sources lumineuse antérieures. En éclairage domestique par exemple, à éclairement égal, les LEDs ont permis de remplacer une ampoule à incandescence consommant 70W par une ampoule de 13W seulement (NB : nous verrons une autre fois qu’en éclairage public le gain n’est pas aussi évident par rapport aux traditionnelles lampes à décharge).
Solution idéale pour les uns ou scepticisme pour les autres, les LEDs sont au centre de controverses depuis plusieurs années, ce qu’atteste la matière importante disponible sur internet. Les débats et les publications montrent que la réalité est bien plus proche des cinquante nuances de gris que du noir et blanc… Les LEDs sont incontestablement une technologie qui a de l’avenir et qui est portée par un marché dynamique ; la recherche scientifique sur les impacts de ce changement majeur dans nos vies (et dans celle de toutes les autres espèces que nous côtoyons) peine à suivre.

En 2010 : une alerte sur la lumière bleue et les fortes luminances
Il est important que le débat puisse bénéficier de rapports d’experts pluridisciplinaires et indépendants. En 2008 l’Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail (ANSES) était saisie de la question des effets sanitaires des LEDs et constituait un groupe d’experts. Deux années plus tard, en 2010, un rapport de plus de 300 pages était rendu public.
Ce rapport était accompagné d’un avis synthétique qui pointait les problèmes liés au déséquilibre spectral des LEDs et aux très fortes luminances. L’avis souligna notamment les risques liés à la lumière bleue, les risques d’éblouissement ainsi que les perturbation des rythmes circadiens.
Les expert notaient que la norme NF EN 62 471 sur la sécurité photobiologique des lampes et des appareils utilisant des lampes  est « insuffisamment adaptée à des éclairages utilisant des LED ».
La France n’a pas été le seul pays à s’inquiéter des possibles impacts sanitaires liés à l’implantation rapide de la technologie LED. L’association médicale américaine (AMA : Américan Médical Association) a produit un rapport qui a alimenté la controverse entre les représentants de la profession éclairagiste et ceux défendant les positions de l’AMA. Son avis, qui concerne spécifiquement l’éclairage public, préconise notamment d’abandonner des luminaires à LEDs « blanc froid » en raison de leur forte proportion de lumière bleu et de favoriser les sources à couleur plus chaude (températures de couleur > ou égale à 3000°K). Il est à noter que cette recommandation rejoint les récentes prescriptions du législateur français (arrêté du 27/12/2018).

2014 : nouvelle saisine de l’ANSES sur les effets sanitaires des LEDs
En 2010 l’ANSES avait noté la nécessité de poursuivre des recherches au vu des manques de connaissances et la nécessité d’adapter les normes existantes concernant les risques photobiologiques.
L’évolution de la technologie LED étant très rapide et la recherche sur la phototoxicité ayant avancé, l’ANSES a de nouveau été saisie en 2014 pour une mise à jour des effets sanitaires des LEDs. Un appel à candidature pour la constitution d’un nouveau groupe d’experts a été publié en 2015 pour un travail prévu sur 18 à 24 mois.
En toute logique ce travail aurait du être terminé fin 2017. A à ce jour rien n’est publié, ce qui est regrettable car le cahier des charges de l’étude prévoyait de nouveaux axes d’investigations :

→ L’impact des effets réels d’exposition de la population aux LEDs :
Cette approche est particulièrement importante et intéressante car nous sommes de plus en plus exposé à de multiples sources LED tout au long de la journée et de la nuit. L’effet cumulatif de ces expositions, dont les intensités et les répartition spectrale sont potentiellement problématiques, est actuellement mal évalué. Une grande partie de la population passe en effet de moins en moins de temps dehors au quotidien ; la lumière artificielle LED remplace la lumière naturelle et augmente les durées d’exposition au domicile, au travail, sur la route et même souvent pendant les loisirs (éclairages d’intérieur, écrans numériques d’ordinateur et de téléphonie, éclairages routiers fonctionnels, phares de voiture, écrans publicitaires, écrans d’information des abris-bus…).

→ L’impact des LEDs sur l’environnement et le non-humain
Le rapport de 2010 était essentiellement centré sur les impacts humains et n’avait abordé qu’à la marge, et sans éléments précis, les questions liées au cycle de vie des produits. L’évaluation des impacts sur les écosystèmes, quant à eux, n’étaient pas concernés par la saisine.
Ce nouveau travail a prévu de s’intéresser aux « risques environnementaux » et sous ce terme générique les attentes son nombreuses au vu des publications qui se sont multipliées sur ce sujet depuis 2010. On peut penser à l’impact sur la flore et sur les espèces animales dont les systèmes de vision sont sensiblement différents du notre. Elles subissent l’extension de l’éclairage nocturne qui accompagne généralement l’artificialisation des sols en évolution rapide, comme le montre les chiffres récents pour la France (rapport IDDRI 2019). Même hors des zones non habitées, l’éclairage LED très puisant des phares des voitures, balaye les écosystèmes sur de grandes surfaces et perturbe ses habitants (Gaston et Holt, 2018).
L’empreinte énergétique globale du passage massif en LEDs nécessiterait également d’être évaluée au regard des économies d’énergies annoncées, que ce soit au niveau de l’extraction des métaux rares, du remplacements des luminaires complets ou du recyclage. Sur ce dernier point peu de données chiffrées sont disponibles.

→ L’évaluation des risques liés aux LEDs comparativement aux autres technologies d’éclairage
Les particularités des éclairages à LEDs ne doivent pas amener à ignorer ou minimiser les impacts et risques liés à d’autres sources lumineuses. La répartition spectrale des lampes HMI (lampes à halogénures métalliques produisant une lumière blanche) par exemple, montre également une forte proportion de bleu. L’objectivation d’éventuels risques spécifiques aux LEDs par rapport aux autres sources lumineuses répondrait aux interrogations récurrentes sur ce sujet.

Un avis très attendu
L’avis officiel de l’ANSES sur ces thèmes est donc indispensable. Ce travail d’experts est essentiel pour permettre une évaluation pertinente des normes, de la réglementation et pour que l’information soit disponible en toute transparence pour le grand public, les services de l’état, les collectivité et les prescripteurs.
Il est grand temps que cette mise à jour, qui devait être disponible fin 2017, conformément au cahier des charges, soit enfin publiée.

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