ÉTUDE D’IMPACT DE LA POLLUTION LUMINEUSE SUR LES
BATRACIENS ANOURES

Michel BONAVITACOLA ( Licorness )
Brice DESLANDRES ( Université Paul Sabatier de Toulouse - option Environnement et Licorness)

Afin d’évaluer l'impact de la pollution lumineuse sur les sites astronomiques et les zones à protéger ( parcs naturels , réserves ciel étoilées ….) l’association Licorness développe des processus et des méthodes spécifiques
Ces méthodes ont des applications multiples.
Elles peuvent être appliquées dans le cadre d'études d'impacts sur l'environnement et les écosystèmes.

I. Introduction :

Bien qu’il semble que certaines espèces nocturnes soient très sensibles à la lumière à ce jour peu d’études ont été menées et mise en œuvre sur le terrain.
L’étude que nous avons réalisée in natura a pour but de constater l’impact de l’éclairage artificiel sur certaines espèces.
En d’autres termes peut on corréler le niveau de pollution lumineuse et la densité de certaines espèces dans une zone géographique donnée ?
Nous avons sélectionné une classe d’organismes très sensibles à la lumière : les batraciens anoures.
Puis avons choisit des sites naturels dans lesquels ces batraciens vivent mais ou il existe de forts gradients de pollution lumineuse.
Nous avons aussi vérifié que les sites retenus sont peu ou pas affectés par d’autres types de pollutions.
Enfin nous sommes allé sur les sites retenus la nuit faire du comptage de batraciens et des mesures astronomiques et photométriques.
Cette étude a permis de développer une nouvelle procédure scientifique novatrice l'associant les trois domaines suivants : physique, écologie et environnement.

II. Définition de la pollution lumineuse :

L’expression pollution lumineuse est utilisée à la fois pour désigner la présence nocturne anormale et/ou gênante de lumière (on parlera alors plutôt de « nuisance lumineuse ») et les conséquences de l'éclairage artificiel, nocturne, sur la faune, la flore, la fonge (a), les écosystèmes , les paysages , la voûte céleste. Stricto sensu, l'expression « pollution lumineuse » désigne le phénomène croissant d'altérations fonctionnelles d'écosystèmes par immixtion de lumière artificielle dans l'environnement nocturne, et plus précisément quand cette lumière a des impacts négatifs significatifs sur certaines espèces réputées être des « espèces-clé » (dont par exemple certains insectes nocturnes (papillons, coléoptères), chauve-souris, amphibiens...) et au delà sur l'intégrité écopaysagère.

III. Méthodologie :

Les méthodes de mesure que nous avons utilisé d’un point de vue astronomiques sont des méthodes normalisées et qui ont déjà été reproduites plusieurs fois en divers points d’étude.
Pour les mesures biologiques, bien que les méthodes n’aient encore jamais été normalisées, les matériels et protocoles ont été choisis pour faciliter la reproduction et la reproductibilité des mesures ce que nous vérifierons ultérieurement. La détermination des sites d’études est réalisée de la manière suivante.

1. Site d’étude

Pour son environnement particulièrement propice à la vie des amphibiens, ainsi que pour sa relative protection, le marais Poitevin a été choisi comme milieu d’étude. De plus, pour étudier de manière efficace l’impact de la pollution lumineuse, il a été décidé de choisir une zone où le gradient de pollution lumineuse était conséquent.
Dans ce contexte, les alentours de Luçon (85) ont fournit le meilleur environnement pour réaliser cette étude (voir figure 1 et 2) : en effet, le canal de Luçon baigne un ensemble de marais conséquent fournissant aux amphibiens un environnement propice à la vie et à la reproduction et le gradient de pollution de cette ville est conséquent également. La détermination théorique du gradient de pollution lumineuse (b) a été réalisée grâce aux cartes de pollution lumineuse tracées par le programme THOTPRO et grâce au programme THOT : modélisation théorique et numérique s’appuyant sur trois leviers développés par l’association LICORNESS sur la base de la théorie des indices de site mise au point par M.Bonavitacola (référence congrès de Rodez 1998 ) :
- Théorie des indices de site (voir « Principe de fonctionnement du programme THOT »)
- Le programme THOT
- Le programme THOTPRO : tracé des cartes de sites en coordonnées polaires (c)

Ensemble du règne des champignons (a)
Diminution de la pollution avec la distance (b)
Les systèmes de coordonnées polaires sont des systèmes de coordonnées particulièrement adaptées pour l'écriture des rotations ou des homothéties (c)

Le programme THOT permet (entre autres) à un utilisateur de calculer la pollution lumineuse générée par des villes avoisinantes. L'utilisateur rentre les coordonnées et la population des villes voisines, ainsi que les coordonnées du lieu où il désire calculer la pollution générée. Le programme lui indique alors l'indice du site considéré, ainsi que la répartition en azimut de la pollution. Il permet aussi de calculer la carte de pollution des sites en coordonnées polaires et ainsi d’identifier l’impact de chaque source sur le site considéré.
Le programme THOTPRO permet, lui, le traçage de cartes de pollution lumineuse type IGN d’une zone.Chaque site d’étude précis a ensuite été défini sur le terrain en prenant soin d’étudier des zones humides identiques en terme de pollution, eutrophisation, végétation, dimension, écoulement et population de batraciens anoures.

Simulation de pollution lumineuse (programme THOTPRO) et localisation des sites d’étude

Ainsi les 5 sites d’études choisies pour le travail ont les caractéristiques suivantes :

2. Mesures astronomiques

Les mesures astronomiques ont pour but de déterminer quantitativement et qualitativement la pollution lumineuse. Pour cela nous devons déterminer expérimentalement et théoriquement quelle note sur l’échelle de Bortle (voir Annexe) ou indice de pollution nous pouvons attribuer à la zone considérée.
Les mesures astronomiques consistent tout d’abord à déterminer, sur le terrain, la note en terme de pollution lumineuse que l’on peut attribuer au site d’étude. Cette note sur l’échelle de Bortle traduit en fait deux types de pollution :

- PLVC : Niveau calculé de l’impact de la pollution lumineuse sur l’éclairement de la Voûte Céleste .
Ces calculs sont fait par les logiciels THOT et THOTPRO qui traduisent cette pollution en terme d’indice de qualité de site .
- PLTP : Pollution Lumineuse / éclairement Terrestre Proche : cette pollution traduit l’éclairage direct et l’éblouissement consécutif par les éclairages nocturnes.
Pour mesurer cette PLTP, nous utilisons un luxmètre (mesure de l’éclairement en Lux)

L’échelle de Bortle est une échelle de mesure de la pollution lumineuse créée pour l'édition de février 2001 du magasine Sky & Telescope par John Bortle.
C'est une description de la noirceur du ciel basée sur l'observation de différents objets astronomiques et des perturbations lumineuses.
La détermination de cette note repose sur six critères que l’on doit caractériser par des observations de terrain :
Magnitude limite à l’œil nu, Voie Lactée, Objets étendus, Vision des objets au sol, Fond de ciel, Environnement du système solaire.
A noter que pour des sites calibrés lors des campagnes de mesures régulières le niveau calculé (PLVC) par les logiciels est parfaitement recalé sur l’échelle de Bortle.
Le fait de comparer sur le terrain la mesure effectuer avec l’échelle de Bortle au niveau calculé permet de traquer des erreurs de mesures ou de processus.

3. Mesures biologiques

Le but des analyses biologiques est de déterminer, par l’intermédiaire d’enregistrements et de traitements audio, l’activité des batraciens anoures, exprimée par la densité des chorus , en fonction de la pollution lumineuse présente sur chaque site d’étude.
Pour analyser l’activité des batraciens anoures, on assimile cette activité à la densité des chorus, c’est-à-dire au nombre de coassements par batracien par unité de temps.
En effet, à l’époque où sont faites les mesures (début Juin 2007), les batraciens ont terminé leurs déplacements saisonniers et ne bougent que très peu autour de leur zone humide.
La manipulation consiste simplement en un enregistrement, sur site, des coassements des batraciens.
Aux vues des performances du matériel utilisé, il est nécessaire de diriger correctement le micro pour récupérer un maximum de chorus et de s’approcher suffisamment des batraciens pour obtenir des enregistrements exploitables.
En effet, nous avons pu estimer sur le terrain que les chants qu’il était possible d’enregistrer et d’interpréter se situaient à environ 50 m du micro.
De plus, le micro utilisé est un micro d’ambiance qui a une amplitude d’enregistrement de 90° à 100°.
Le traitement des données nous emmène directement à définir le nombre de batraciens présents sur le site enregistré ce qui est principalement réalisé par écoute des enregistrements.
Ensuite, la méthode est de compter exactement le nombre de coassements audibles : ces coassements nous servant d’indicateur d’activité.
Avec l’ensemble de ces données il est alors possible d’exprimer nos résultats sous forme de « nombre de coassements par batracien par heure ».

IV. Résultats et interprétation

Les résultats obtenus après correction de divers paramètres tels que l’influence de la lune sur les mesures astronomiques et photométriques, sont les suivants :

Nous avons souhaité vérifier la reproductibilité des résultats.
Pour cela, nous avons effectué une seconde série de mesure sur les sites 1 et 2. Les premières mesures ont été réalisées le 21/05/2007. La seconde série d’enregistrements est, quant à elle, réalisée le 22/05/2007.
Nous obtenons alors des valeurs similaires aux premières mesures.
Cependant, il faudrait vérifier cette reproductibilité en réalisant à nouveau des mesures sur d’autres sites d’étude et en multipliant les types de sources lumineuses.

Il s’agit de savoir si l’activité des batraciens anoures, assimilée ici à la densité des chorus (nombre de chorus / batracien / unité de temps) est modifiée par la présence d’une source lumineuse qui diffuse dans l’atmosphère.
Nous allons séparément analyser les trois paramètres de pollution lumineuse dont nous disposons et nous verrons également si d’autres facteurs ont pu jouer sur nos résultats.
A l’écoute des enregistrements, nous avons pu déterminer les espèces d’amphibiens que nous avons enregistré.
La principale source de coassements de nos enregistrements provient de la rainette verte (Hyla arborea).
Sur l’ensemble des enregistrements, nous avons également pu repérer des coassements provenant de grenouilles de Graf (Rana grafi) et de grenouilles de Perez (Rana perezi).

1. Mesure sur site : Note sur l’échelle de Bortle : (NEB)

Dans un premier temps, nous avons souhaité étudier l’impact global de la pollution lumineuse sur l’activité des batraciens anoures.
Pour cela nous avons utilisé la note obtenue par chaque site sur l’échelle de Bortle
En analysant le graphique l’activité des batraciens en fonction de la NEB (voir figure ci dessous) ,nous remarquons que plus la dégradation du site est importante ,plus l’activité des batraciens diminue.

D’autre par on constate la présence d’un point de cassure (cassure de Brif ).
Cette dernière est située à environ 4.2 sur l’échelle de Borttle.
A partir de ce point le niveau de pollution lumineuse impact fortement l’activité des batraciens.

2. Niveau de pollution calculé sur le voute céleste ( PLVC ) :

Il semble que l’impact de la PLVC se fasse principalement ressentir dans les premiers sites.
A partir du site situé à environ 5 Km, la courbe se modifie pour laisser apparaître un ralentissement de l’accroissement d’activité. Comme nous l’avions vu précédemment, la valeur d’indice de site que nous obtenons au niveau de la cassure de Brif est de 0,27.
Cela correspond, lorsqu’on la traduit en échelle de Bortle à une note de 3,5 à 4,5.
Ceci correspond parfaitement à la cassure que nous avions vue précédemment lors de l’analyse des coassements en fonction de la note sur l’échelle de Bortle.
Nous pouvons alors définir une distance limite à une source lumineuse (qui serait unique) située à environ 6 km pour une zone comme celle que nous avons étudié.

3. PLTP :

Aux vues de la précision du luxmètre utilisé et donc des incertitudes présentes sur les mesures d’éclairement réalisées aux luxmètres, aucune conclusion n’est réellement possible à apporter au niveau de l’impact de l’éclairement direct.
Cependant, il a semblé évident que les résultats semblaient présenter une décroissance similaire aux deux paramètres précédents (NEB et PLVC).

4. Conclusion partielle

Pour les Batraciens que nous avons étudié, nous pouvons donc fixer une cassure (cassure de Brif), située à une valeur moyenne de 4 sur l’échelle de Bortle.
A partir de cela, il nous est possible d’établir des cartes avec le programme THOTPRO pour visualiser à partir de quelle distance de chaque ville est située cette cassure.
Il faudrait maintenant reproduire ce type d’étude sur d’autres espèces pour voir si la cassure se situe au niveau de la même note ou si cela diffère selon les espèces.

V. Conclusions et perspectives

D’un point de vue biologique, et aux vues des résultats obtenus il semble que la pollution lumineuse affecte sensiblement l’activité des batraciens ce qui peut engendrer une suite de réactions en chaîne entraînant une dégradation significative des écosystèmes.
Ceci peut être expliqué par les nombreux résultats obtenus pour différentes espèces qui mettent en évidence que l’obscurité constitue un milieu refuge pour les espèces nocturnes ou partiellement nocturnes : de ce fait, il est compréhensible que, dans un but de survie, les coassements se fassent moins présents lorsque la luminosité augmente.
Or, l’activité des batraciens anoures nous indique leur intensité de reproduction.
En effet, les chorus étant généralement des appels à but reproductif, toute baisse d’intensité de ces chants provoque à posteriori une diminution de la reproduction jusqu’à arriver, dans un terme plus ou moins long, à la disparition de l’espèce dans la zone considérée.

Il est à noter que le but de ces études, bien qu’elles nous permettent d’avoir un aperçu de l’impact de la pollution lumineuse sur la faune nocturne, avait pour but principal de vérifier et valider les protocoles mis en place précédemment.
De ce point de vue, nous pouvons dire que les études présentent des résultats tout à fait satisfaisants.
En effet, il nous a été possible de mettre en place un nouveau type de mesure d’impact de la pollution lumineuse sur la faune et la flore. Il en résulte alors une cassure indiquant une baisse significative d’activité lorsqu ‘on se rapproche d’une source de pollution : la cassure de Brif.

Néanmoins, les résultats obtenus nécessiteraient d’être reproduits sur un ensemble de zones différentes pour éliminer les incertitudes reposant sur des paramètres propres à chaque zone d’étude.
Pour cela, les protocoles mis en place et l’étude réalisée pourront servir de modèle pour reproduire les études dans chaque zone choisie. Les mesures ont été réalisées à cause d’un manque évident de données à ce sujet.
Un certain nombre d’analyses sont réalisées en laboratoire notamment aux Etats-Unis mais les études de terrain et les études en Français sont des pièces rares dans ce domaine.
De ce fait, les analyses que nous avons effectuées doivent permettre une multiplication des études et des analyses sur différentes espèces nocturnes, différents milieux récepteurs et sur différentes sources lumineuses.( bandes Infrarouge, bande visible, bande ultraviolet).

D’autre part l’arrivée sur le marché de photomètres très sensibles ( SkyQuality Meter ) devrait permettre de gagner beaucoup de temps dans les mesures photométriques de la voûte céleste.