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La pollution lumineuse
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Le ciel du Pic-du-Midi est aujourd'hui pollué par les lumières
des grandes villes parfois distantes de plus de 200 km. Malgré
cette pollution lumineuse, visuellement la situation est moins dramatique
(cf. cette autre
photo) et le site du Pic-du-Midi est même classé "Réserve
Internationale de Ciel Etoilé", la 1ere en Europe
continentale et la 6e au monde. Document IDA/DarkSky Lab. |
La fée électrique (I)
Combien
nos grands-parents devaient être heureux d'être nés à "l'âge de
l'électricité", la lumière éclairant les rues et les habitations ! Mais
entre éclairer et noyer de lumière, la nuance est...éblouissante, au grand
dam des astronomes pour lesquels un site plongé dans l'obscurité est un
prérequis à toute exploration du ciel !
La
lumière qui tombe du ciel présente en effet un contraste si faible que la moindre
lumière parasite cache son éclat qui ne peut plus émerger du bruit de fond ambiant.
C'est la même raison pour laquelle on ne peut pas observer les
étoiles en plein jour, sauf exception.
Etat
des lieux
Certains
d'entre vous ont certainement déjà été abusés par de beaux horizons situés
non loin de leur domicile. Une ville, une entreprise ou un village proche voire
ou autoroute qui passe à 20 km n'apparaît pas durant la journée, mais la nuit alors,
quel débauche de lumière ! En effet, depuis les années 1980 cette lumière pose
de sérieux problèmes en astronomie, tout le moins pour ceux qui observèrent le ciel
de nuit dans le spectre visible. Car il existe une série d'activités qui peuvent se
pratiquer de jour ou qui ne souffrent pas de cette pollution telle la
radioastronomie ou l'étude du Soleil par exemple.
A
l'heure où les politiciens luttent pour contrôler les dépenses
d'énergie, en décembre 2001 des chercheurs italiens et américains sous la direction de
Pierantonio
Cinzano de l'Université de Padoue publièrent dans les "Monthly
Notices de la Royal Astronomical Society" le premier
Atlas Mondial de la brillance artificielle du ciel, c'est-à-dire
de la pollution lumineuse. Leur étude révéla que les deux-tiers
de la population mondiale et 99% des habitants des Etats-Unis
subissent une pollution lumineuse durant la nuit. Pire, plus des
deux-tiers des Américains et la moitié des citoyens européens ne
peuvent plus discerner la Voie Lactée à l'oeil nu, même lors des
nuits claires et "noires". L'expression "have a clear
and dark sky" (ayez une nuit claire et noire) n'aura
malheureusement bientôt plus de sens pour beaucoup d'observateurs !
Cette pollution lumineuse combinée à une météo peu clémente
expliquent en grande partie pourquoi l'astronomie est relativement
peu pratiquée en Europe du Nord comparée aux habitants d'autres
régions du monde comme l'Italie, la Grèce ou des pays plus éloignés
comme le sud des Etats-Unis, l'Afrique ou l'Amérique du Sud, où les
astronomes amateurs ont la chance de pouvoir observer soit en haute
altitude (plus de 1500 m) soit dans des régions désertiques, loin de
toute pollution lumineuse. Heureusement, il reste encore quelques lieux
préservés un peu partout en Europe où la Voie Lactée est encore
visible et l'horizon peu lumineux mais il faut tout de même
s'écarter d'une centaine de kilomètres des villes et de quelques
dizaines de kilomètres villages où gravir les montagnes ou les
hauts-plateaux. Quant à espérer trouver un site éloigné de plus de
100 ou 200 km de tout éclairage artificiel, sauf dans le désert et dans
quelques îles du Pacifique, cela n'existe plus, même dans les hauts-lieux
de l'astronomie comme au Chili. L'homme a voulu profiter des
bienfaits de la modernité et de la fée électrique, à nous à présent
d'en gérer les désagréments !
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Evolution
de la pollution lumineuse à Los Angeles entre 1908 et 2012 vue depuis le
mont Wilson situé à 1741 m d'altitude. Document Mt.Wilson
Obs./KPNO et Kevin
Balluff. |
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Ainsi que le montre l'image globale de la Terre présentée
ci-dessous, tous les pays industrialisés sont touchés par ce phénomène,
y compris les campagnes car certains pays voient affluer des dizaines de milliers de touristes et doivent
construire des voies d'accès rapides sur leur territoire. L'Europe est
particulièrement concernée, en particulier la Belgique qui présente le
réseau routier le plus dense et le mieux éclairé au monde ! Mais ce n'est pas
pour autant que les accidents y sont moins fréquents, leurs causes n'ayant la
plupart du temps rien à voir avec l'éclairage public.
Grâce
aux observations des satellites DMSP réalisées entre 1996-97, Cinzano et son équipe ont repris le travail commencé
par Roy Garstang de l'Université du Colorado publié dans les
années 1980 et 1990. Leur but était de développer une méthode pour
étudier à l'échelle mondiale l'évolution de la pollution
lumineuse et ses effets. L'étude de ce changement global intéressa
également les écologistes et les naturalistes qui avaient déjà
constaté que certains animaux étaient perturbés par l'éclairage
artificiel qui ne leur permettait plus de différencier le jour de la
nuit ou de se cacher à l'abri des prédateurs. Finalement, cette
étude intéressa un nombre croissant de spécialistes, allant des
experts traditionnels en astronomie et en sciences de l'atmosphère,
aux experts en sciences environnementales, en sciences naturelles et
même en sciences humaines par ses implications psychologiques,
physiologiques, philosophiques voire religieuses.
A
voir : The
Black Marble,
NASA
Pour obtenir une base de référence et pouvoir exploiter des données
objectives provenant de diverses sources à travers le monde, Cinzano et son équipe ont calibré les
données de brillance du ciel en utilisant des relevés effectués à partir
d'observatoires terrestres et ont intégré dans leurs calculs l'effet des aérosols et
de la topographie sur la propagation de la lumière dans l'atmosphère.
Les mesures sont exprimée en magnitude/sec d'arc2
ou en candela/m2
(parfois en rayleigh dans le système CGS).
Les cartes du projet DMSP
sont codées arbitrairement en fonction du rapport entre la brillance
artificielle du ciel et sa brillance naturelle :
noir
< 1.1%,
bleu
= 1.1-3.2%,
vert
= 3.3-9%,
jaune
= 10-29%,
orange
= 30-90% et
rouge
> 90%.
Suite
à cette cartographie, on a découvert sans vraiment être étonnés que nos
principales villes et leurs banlieues sont dans le "rouge".
Avec l'extension des villes et l'urbanisation croissante, la campagne
est de plus en plus dans le "jaune", localement
dans le "vert" mais rarement mieux. Les zones
"bleues" et "noires" sont réduites à
des zones forestières, des réserves naturelles ou des sites
désertiques y compris de montagnes. Concrètement, aujourd'hui en
raison de la pollution umineuse environ un tiers des habitants de la
planète ne voient plus la Voie Lactée !
À
mesure que les années passent, la situation empire. En effet, dans
une étude publiée en 2017 dans la revue "Science
Advances", Christopher C. M. Kyba de l'institut de
recherche GFZ en Géosciences d'Allemagne et ses collègues confirmèrent
qu'entre 2012 et 2016, l'espace extérieur artificiellement éclairé de la
Terre augmenta de 2.2% par an, avec une croissance totale de
l'irradiance de 1.8% par an. Les zones éclairées de manière permanente
ont augmenté de 2.2% par an bien qu'il y ait de grandes disparités
d'un pays à l'autre. Enfin, l'éclairage LED renforce également la
pollution lumineuse. Malheureusement, ces chiffres alarmants
confirment les tendances simulées en 1998 par Cinzano et ses
collègues.
Mesure
de la brillance du ciel
Le site de l'ASCEN
en Belgique dédié à la protection du ciel et de l'environnement nocturne propose
une procédure pour mesurer la brillance du ciel au moyen d'un APN. Cette méthode
qui demande de réaliser une calibration des photos
(tout est expliqué dans le document téléchargeable ci-dessous) est intéressante
car elle respecte un protocole scientifique et standardisé facile à mettre en
oeuvre qui permet de suivre l'évolution de la pollution lumineuse dans le temps
et de comparer les résultats entre différents lieux.
A consulter : Light
Pollution Map - Google
Earthbuilder
A télécharger : Mesure de la qualité du ciel nocturne
avec un APN (PDF), ASCEN
A
lire : Artificial Light at Night: State of the Science 2022 Report,
IDA, 2022
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A gauche,
état de la pollution lumineuse en Europe en 1998 et la
prédiction pour 2025 : seuls la mer, le désert et quelques régions
montagneuses seront épargnés ! Nos principales villes et leurs banlieues
sont déjà dans le rouge. La campagne est encore temporairement... dans le
vert et seules les régions forestières et les sites montagneux sont dans le
"noir" et bien entendu les mers. Voici ce qu'une zone "verte"
donne en photo
près du village de Peppange au Luxembourg durant la conjonction de la Lune
avec Vénus, Mars et Saturne le 23 avril 2004. Même à moins de 1 km d'une autoroute,
le crépuscule peut aussi être magnifique comme le montre cette photo
prise depuis le même lieu de la conjonction entre la Lune, Vénus et Jupiter
le 26 mars 2012. Une nuit sans Lune, la radiance est de 2x10-9
W/cm2.sr
et la brillance du ciel ou sa noirceur (indice SQM ou
Sky Quality Meter) atteint la magnitude 20.7 par seconde
d'arc2.
Par comparaison, elle atteint la magnitude 21.5 au Pic-du-Midi
ou au Chili par ciel clair en l'absence de la Lune et peut dépasser
22 en l'absence de la Lune et de la Voie Lactée. A droite, un appareil
de mesure de la brillance du ciel Unihedron SQM-L équipé d'une lentille
de 20° (vendu 149 € chez Astroshop notamment). Documents P.Cinzano
et T.Lombry. |
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Depuis
la publication des études scientifiques, des appareils de mesure de la brillance du ciel ont été
mis au point et proposés au public (par ex. Unihedron)
et de nouvelles cartes nocturnes de la Terre ont été publiées, dont
une carte mondiale en 2012 présentée ci-dessus, ainsi que de nouvelles cartes
de distribution de la pollution lumineuse mises à jour annuellement dans le cadre du
nouveau projet
VIIRS (scanning radiométrique) de la NASA qui exploite le
satellite Suomi NPP.
De
son côté, depuis 2004 Cinzano propose Roadpollution,
un logiciel d'évaluation de la pollution lumineuse destiné aux
professionnels qui souhaitent contrôler le niveau de pollution
lumineuse local, y compris les déperditions énergétiques.
Mis
à part les services publics dont le rôle est de veiller à ce que l'éclairage
public fonctionne, certaines sociétés n'hésitent pas à éclairer le ciel de nos
villes au moyen de puissants phares halogènes ou de lasers de plusieurs milliers de
watts. Cette publicité n'est pas très appréciée par la communauté des
astronomes car pour 1000 kW ainsi dispersés dans l'atmosphère c'est plusieurs
magnitudes que vous perdez dans un quadrant de 90° autour de la source
d"émission et il va sans dire que de telles actions, même temporaires, contrecarrent la bonne
marche d'un programme d'astronomie, entendons bien sûr à des fins scientifiques,
tous les observateurs assidus ne bénéficiant pas nécessairement d'un site
d'observation idéal.
Si cette situation vous concerne, et même si vous êtes un amateur
isolé, des solutions sont envisageables. L'idéal est de trouver un
arrangement avec le propriétaire concerné ou de tenter une conciliation
avec le responsable de votre commune. Il est arrivé que des responsables
communaux aient acceptés de placer des caches sur les lampadaires, d'interdire
la projection de spots halogènes vers le ciel (cf. les discothèques) ou
exceptionnellement d'éteindre une série de lampes sur demande.
Il
est toutefois difficile à une personne isolée de faire valoir ses "droits à
l'obscurité" auprès d'une commune sur base d'arguments purement liés à
une activité qu'il ne pratique pas assidûment ou même en tant que professionnel.
En revanche, son avis aura plus d'impact s'il bénéficie du support
d'associations nationales ou internationales reconnues. Son avis sera également
mieux considéré si l'auteur peut par exemple démontrer qu'il
existe un lien de cause à effet entre l'augmentation de la
pollution lumineuse et la perte de biodiversité ou un changement de
comportement des animaux nocturnes. Dans ce cas, il est utile
d'obtenir des informations (données, articles, etc) d'une société
de protection des animaux ou d'un expert (éthologue, zoologue,
écologiste, etc).
Si
une négociation à titre individuel a peu de chance d'aboutir, contactez
l'International Dark-Sky Association, IDA,
ou expliquez votre problème auprès de son responsable régional, telle
l'association ASCEN
précitée en Belgique ou l'ANPCEN
en France. Leur site Internet reprend la législation, les normes, des outils,
des sujets d'animation de groupes et les actions
réalisées dans différentes communes. Ces associations peuvent vous aider à rédiger
des pétitions, proposer des solutions avec lesquelles vous pourrez constituer un
dossier que vous ferez valoir auprès de vos représentants locaux.
A
lire : Three Surprising Creatures Affected by Light Pollution,
IDA, 2016
Quand
la pollution lumineuse affecte la faune sauvage
Échelles de la pollution lumineuse |
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A
gauche, échelle d'évaluation de la qualité ou noirceur du ciel définie par
P.Cinzano et al. (2001)
comparée à l'échelle de Bortle et la mesure objective de la brillance du ciel exprimée
en magnitude par seconde d'arc² (mesurée par exemple avec l'appareil de
Unihedron). A droite, l'échelle de Bortle et le code couleur de
magnitude développé par P.Cinzano appliqués sur le terrain. Voici
la photo originale de la Voie Lactée prise dans des conditions
idéales part Royce
Bair. Montage de Gavin
Heffernan et Harun
Mehmedenovic. |
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Mais
il s'agit souvent d'un combat disproportionné, du pot de fer contre
le pot de terre. Bien souvent, surtout dans les grandes
agglomérations, le bien-être de la communauté l'emporte sur le droit
individuel ou même sur la bonne volonté des membres de l'IDA. Si aucune solution
n'est envisageable, comme bon nombre d'amateurs vous devrez vous résigner à subir
cette pollution lumineuse ou trouver un lieu plus proprice. En moyenne, malgré
des dossiers convaincants et lorsque l'État a édicté des lois en matière de
pollution lumineuse, on constate que 16% des communes ne
respectent pas les règles ou ne les appliquent pas tandis que 67%
des communes en tiennent compte et ont par exemple éteint
l'éclairage des monuments historiques ou des buildings à partir de 1
heure du matin. Mais ce ne sont pas ces petites mesures qui
permettront de retrouver nos ciels noirs d'autant.
L'échelle
de Bortle
En février 2001, l'amateur
américain John
E. Bortle, un chasseur de comètes réputé qui tenait une rubrique
sur le sujet dans la revue "Sky and Telescope" publia dans ce
magazine un article intitulé "Shedding Light on Dark
Skies: Build a "Dark Meter" and New Dark-Sky Rating Scale"
dans lequel il décrivit une méthode pour estimer le degré de
pollution lumineuse du ciel. Cette gradation sera connue sous le nom
d'"échelle de Bortle".
La
magnitude visuelle (Mv) indiquée correspond à ce que les
scientifiques appellent la magnitude apparente, c'est-à-dire la
mesure de l'irradiance d'un objet céleste observé depuis la Terre
sous la couche atmosphérique en fonction des conditions locales. On
n'est donc pas étonné d'apprendre que la magnitude visuelle limite
varie d'un site d'observation à l'autre; ce n'est pas sans raison
que les plus grands observatoires ont été installés à l'écart des
villes et en altitude, au-dessus de la couche la plus dense et la plus
polluée de l'atmosphère, dans des endroits isolés, géologiquement
stable et au climat sec où l'air est très stable et le ciel pratiquement
noir d'encre.
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Echelle de Bortle
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Echelle
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Qualité
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Mv
max
(oeil nu)
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Mv
max
(T.320 mm)
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Description
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1
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Excellent
ciel noir
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7.6-8.0
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17.5
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Site
excellent. La lumière zodiacale, le
gegenschein et la bande zodiacale sont tous
visibles - la lumière zodiacale est
impressionnante et la bande zodiacale
traverse tout le ciel. Même en vision
directe, la galaxie M33 est un objet
évident à l'œil nu.
Localisation
de M33. Document Akira Fujii.
La Voie Lactée dans la
région du Scorpion et du Sagittaire projette
au sol une ombre diffuse évidente. A l'œil
nu, la magnitude limite se situe entre 7.6 et
8.0 (avec effort); la présence de Jupiter ou
de Vénus dans le ciel semble dégrader la
vision nocturne. Une lueur diffuse dans
l'atmosphère est perceptible (un très faible
halo naturel, plus particulièrement notable
jusqu'à 15° au-dessus de l'horizon). Avec un
instrument de 32 cm d'ouverture, les étoiles
de magnitude 17.5 peuvent être détectées
avec effort, tandis qu'un instrument de 50 cm
avec un grossissement modéré atteindra la 19e
magnitude. En observant depuis une étendue
bordée d'arbres, le télescope, vos
compagnons, votre voiture, sont pratiquement
totalement invisibles. C'est le site
d'observation idéal (en excluant les autres
paramètres météos).
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2
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Ciel
noir typique
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7.1-7.5
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17
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Ciel
considéré comme vraiment noir. La Voie Lactée
est toujours bien visible et très
structurée. La lumière zodiacale est
encore assez forte pour projeter une ombre au
crépuscule et l'aube. Les étoiles les
plus faibles visibles à l'œil nu ont une
magnitude de 7.1 à 7.5. Un halo est
faiblement visible près de l'horizon. La
galaxie M33 est facilement visible à l'œil
nu et de nombreux objets de Messiers (amas globulaires)
sont encore distincts à l'œil nu. Les seuls nuages
visibles ressemblent à des trous noirs dans le
ciel. Le paysage est à peine visible "en
silhouette contre le ciel". On distingue
à peine le matériel posé au sol.
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3
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Ciel
rural
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6.6-7.0
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16
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On
distingue quelques signes évidents de
pollution lumineuse (par ex. des zones éclairées
à l'horizon). Les nuages sont légèrement
visibles, surtout près de l'horizon, mais le
zénith est noir et l'apparence complexe de la
Voie lactée est encore perceptible. Les étoiles
les plus faibles à l'œil nu ont une magnitude
comprise entre 6.6 et 7.0. Les objets M15, M4, M5,
M22 peuvent encore être distingués à l'œil nu pour un
œil exercé; la lumière zodiacale est visible au
printemps et en automne, sa couleur est encore visible.
Le matériel posé au sol est visible à
quelques mètres de distance.
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4
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transition
rural/banlieue
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6.1-6.5
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15.5
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Dans
ce ciel de transition entre zone rurale et la
banlieue, des halos lumineux bien éclairés formant
des "dômes de pollution lumineuse" sont
visibles à l'horizon. La Voie Lactée n'est
bien discernable qu'en levant bien la tête,
les détails en diminuent au fur et à mesure
que le regard se porte vers l'horizon. Les
nuages sont bien éclairés par le dessous
dans les zones de halo ou illuminés du côté
des sources lumineuses, mais encore peu
visibles à l'aplomb du site. La magnitude
limite à l'œil nu est de 6.1 à 6.5. La
galaxie M33 est à peine visible et seulement quand elle est
à plus de 55° au-dessus de l'horizon.
Le matériel au sol est visible sans difficulté,
mais encore très sombre.
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5
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Ciel
de banlieue
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5.6-6.0
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15
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La Voie
Lactée est à peine discernable ou paraît terne.
Elle est invisible près de l'horizon. Un halo
lumineux entoure quasiment tout l'horizon. Les
nuages sont bien visibles. Les étoiles les
plus faibles ont une magnitude comprise entre
5.6 et 6.0. Seules quelques traces de lumière
zodiacale sont perceptibles par nuit claires
en automne et au printemps. Des sources
lumineuses sont visibles dans tout ou partie
du paysage nocturne; Les nuages sont
notablement plus clairs et lumineux que le
ciel. Le matériel au sol est parfaitement visible.
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6
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Ciel
de banlieue éclairée
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5.1-5.5
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14.5
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Ciel
de banlieue lumineuse. La lumière zodiacale
est invisible. La Voie Lactée est invisible
sauf à l'aplomb du site, et encore. La magnitude
limite à l'œil nu est d'environ 5.5.
Aspect
du ciel à 5 km d'Arlon
(exposition de 15 s à 800 ISO) |
Au-delà de 35° au-dessus de horizon
le ciel apparaît lumineux et coloré et les
nuages bas – où qu'ils soient – apparaissent
éclairés à fortement éclairés. La galaxie M33 est invisible sans
disposer au moins d'une paire de jumelles, la
galaxie d'Andromède M31 est à peine
visible à l'œil nu. Le matériel au sol
est parfaitement visible.
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7
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Transition
banlieue/ville
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4.6-5.0
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14
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Le
ciel montre une couleur légèrement bleutée
teintée d'orange et de marron. La Voie Lactée
est invisible. Les nuages sont
très bien éclairés. La présence de sources
lumineuses puissantes ou nombreuses est évidente
dans les environs. La magnitude limite est
voisine de 5.0. La galaxie M31 et l'amas
ouvert M44 sont à peine visibles par un observateur
expérimenté, même avec un télescope et seuls les
objets de Messier les plus brillants
peuvent être observés. Les étoiles
formant les constellations familières apparaissent
indistinctement ou sont invisibles.
Les objets environnants sont visibles à
plusieurs dizaines de mètres de distance.
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8
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Ciel
urbain
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4.0-4.5
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13.5
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On peut sans difficulté
lire les titres d'un journal sans éclairage.
La magnitude limite est de 4.5. Le ciel apparaît
blanchâtre à orangé.
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9
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Ciel
d'un centre-ville
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<4.0
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13
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On ne distingue quasiment plus d'étoiles
dans le ciel, uniquement la Lune et les planètes.
La magnitude limite est inférieure à 4.0.
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Cette
échelle empirique est principalement utilisée par les amateurs. Les
professionnels utilisent d'autres échelles dont celle proposée par
Cinzano. Notons que le programme Stellarium
utilise également les bases de données de pollution lumineuse et propose
une échelle entre 0 et 9 qui est généralement assez pessimiste.
On
peut être étonné de lire que la magnitude visuelle limite dans un
site idéal varie entre 7.6 et 8.0 quand nous avons dit dans plusieurs
autres articles que la magnitude visuelle limite à l'oeil nu était
voisine de 6.
En
fait, il serait possible en théorie d'observer à l'oeil nu des objets
célestes de magnitude comprise entre 6 et 8. Mais pour y parvenir il
faut réunir des conditions d'observations qu'on retrouve uniquement
dans les hauts lieux de l'astronomie tel que le sommet du mont Paranal
au Chili, le Mauna Kea à Hawaï ou le Pic-du-Midi, et encore car la
limite va dépendre de la transparence et la noirceur du ciel ainsi que
de facteurs physiologiques propres à chaque observateur.
Ailleurs,
et même au Mont Palomar, l'effet de l'atmosphère y compris le degré
d'humidité de l'air, la présence de poussière, de lueurs nocturnes,
l'âge de l'observateur (l'adaptation de nos yeux à
l'obscurité) sans oublier l'omniprésente pollution lumineuse sont
autant de facteurs qui vont réduire la magnitude apparente des
astres.
A
lire : NamibRand
Nature Reserve: first Dark Sky Reserve (sur le blog)
En
pratique, pour peu que vous observiez le ciel à quelques dizaines
voire même 100 km d'une ville de plusieurs milliers d'habitants - et il y en
a quasiment partout - l'éclairage public ainsi que celui des voies d'accès
comme les autoroutes vont émettre un halo brillant qui vous fera perdre entre 1
et 2 magnitudes. C'est le prix à payer pour vivre "à l'occidental" !
Si
la pollution lumineuse vous empêche d'observer ou de photographier le ciel
profond dans de bonnes conditions, une solution consiste à acheter un filtre anti-pollution lumineuse (LPR)
afin de réduire son effet ainsi que nous l'avons expliqué dans ce rapport
rédigé en anglais. Ce type de filtre est très efficace et, si l'on peut dire, vous
réconciliera avec la pollution lumineuse ! C'est l'objet du prochain chapitre.
Deuxième partie
L'usage
des filtres anti-pollution lumineuse
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