Cartographier la nuit pour mieux la protéger

Quelle est votre méthode pour quantifier la pollution lumineuse ?

Sébastien Vauclair : Quand on parle de métrologie, il faut distinguer plusieurs niveaux :

• les mesures de pollution lumineuse réalisées depuis le sol (essentielles pour la calibration des modèles) ;
• les mesures de pollution lumineuse effectuées depuis les airs ou l’espace.

Cela suppose de bien maîtriser la chaîne de mesure : la réponse instrumentale, la diffusion de la lumière au sol, son passage dans l’atmosphère.

Notre valeur ajoutée vient en grande partie de notre culture astrophysique : comprendre comment la lumière est produite, comment elle se propage, comment elle est perçue, et surtout comment elle exerce une pression sur l’environnement.

L’objectif n’est pas seulement de mesurer de la lumière, mais d’évaluer son impact potentiel sur le vivant.

La diffusion par les particules atmosphériques joue-t-elle un rôle ?

Sébastien Vauclair : Oui, c’est le mécanisme fondamental à l’origine des halos lumineux autour des villes, visibles parfois à plusieurs centaines de kilomètres. Toutes les longueurs d’onde sont concernées. Le bleu diffuse plus efficacement, ce qui explique la couleur du ciel, mais il est aussi davantage absorbé dans l’atmosphère.

Contrairement à une idée répandue, remplacer les lampes au sodium par des LED à ambiance lumineuse plus froide ne conduit donc pas mécaniquement à une augmentation de la diffusion lumineuse. La réalité est en effet plus complexe et reste encore insuffisamment quantifiée expérimentalement. En revanche, les données disponibles indiquent que la composante bleue de l’émission des LED a un impact plus marqué sur la biodiversité.

Nos modèles vont se perfectionner pour mieux intégrer la longueur d’onde, tout comme les effets des aérosols et du relief.

Quelles sont les expertises apportées par DarkSkyLab ?

Sébastien Vauclair : Je résume généralement notre activité en quatre axes.

Le premier concerne la formation, la vulgarisation et la communication, indispensables pour diffuser les enjeux liés à la pollution lumineuse.

Le deuxième est le traitement de données, avec une forte expertise sur l’imagerie satellitaire et aérienne et les bases de données de parcs d’éclairage. En France, on estime à environ 12 millions le nombre de points lumineux publics. Nous avons analysé environ 5 millions d’entre eux, au fil des projets avec les collectivités et les syndicats départementaux d’énergie. À moyen terme, l’objectif serait de parvenir à constituer une base nationale quasi exhaustive, ce qui est tout à fait atteignable si les acteurs institutionnels s’en saisissent pleinement.

Le troisième axe est la modélisation numérique : transformer les données (points lumineux ou pixels satellites) en cartes de pollution lumineuse, en tenant compte de la propagation de la lumière dans l’environnement. Nous modélisons à la fois la luminance zénithale, c’est-à-dire la luminosité du ciel, et désormais aussi l’éclairement moyen au sol, avec un niveau de précision qui dépend des données d’entrée.

Enfin, le quatrième axe est la métrologie de terrain au sens strict : développer et utiliser des instruments pour mesurer la brillance du ciel, notamment la luminance zénithale, afin de confronter et de calibrer nos modèles. Sans mesure physique, la modélisation seule n’est pas suffisante pour produire un résultat fiable.

Sur quelles données satellitaires votre travail repose-t-il ?

Sébastien Vauclair : Nous utilisons principalement les données d’une constellation de satellites américains, opérée par la Nasa et le Noaa, l’Agence fédérale chargée de l’observation de la Terre et du climat. Ces données sont libres, gratuites et calibrées, ce qui est assez exceptionnel. Elles fournissent des images nocturnes quotidiennes depuis plus d’une décennie. La résolution spatiale est limitée, de l’ordre de 500 à 700 mètres, ce qui ne permet pas de travailler à l’échelle de la rue, mais elle est parfaitement adaptée aux analyses territoriales, à l’échelle d’un département, par exemple.

Un point clé est que ces images sont acquises en cœur de nuit. En France, comme environ une commune sur deux pratique l’extinction nocturne, cela devient paradoxalement un avantage : en croisant ces images avec les bases de données de points lumineux et autres informations sur les infrastructures, on peut détecter très précisément les extinctions, les rénovations progressives ou, à l’inverse, les rallumages. On peut suivre ces évolutions mois par mois sur dix ans, ce qui est extrêmement puissant pour analyser les politiques publiques.

Utilisez-vous d’autres sources d’imagerie ?

Sébastien Vauclair : Oui, mais de manière plus ponctuelle. Il existe quelques satellites expérimentaux, notamment chinois, avec des résolutions bien plus fines, parfois jusqu’à quelques mètres, mais avec des contraintes d’accès et d’usage.

Nous utilisons aussi de plus en plus l’imagerie aérienne par avion, à très haute résolution. Sur certains territoires, cela permet d’observer finement les différences entre début et milieu de nuit, avec un niveau de détail impressionnant.

Enfin, tout récemment, nous avons engagé, dans le cadre d’un projet financé par le plan de relance France 2030,une collaboration avec le Cnes, Airbus, La TeleScop, le Cerema et Acrist autour du satellite CO3D, initialement conçu pour l’imagerie 3D de jour. Nous devrions avoir accès prochainement à des images nocturnes, avec des résolutions de l’ordre du mètre, voire meilleures. Cela ouvre une nouvelle étape dans l’étude de la pollution lumineuse.

Comment aboutissez-vous concrètement à une carte de luminance zénithale (brillance du ciel nocturne) ?

Sébastien Vauclair : Les images satellitaires donnent en chaque pixel le niveau de radiance mesuré depuis l’espace. À partir de là, on applique un modèle de propagation basé sur des fonctions d’émission qui sont ensuite convoluées spatialement pour produire une cartographie continue de la luminance zénithale, exprimée en magnitude par seconde d’arc carrée ou en candela par mètre carré. Cet indicateur de pollution lumineuse correspond à la luminance du ciel observée depuis le sol. Pour le grand public, on explique de façon simple que le niveau de luminance zénithale peut être associé au nombre d’étoiles visibles à l’œil nu.

L’ensemble du modèle est calibré par des mesures physiques au sol, indispensables pour garantir la robustesse des résultats. On a créé un instrument appelé Ninox, qui repose sur un photomètre dérivé du Sky Quality Meter, internationalement connu par les astronomes. Nous l’avons rendu autonome pour mesurer la lumière chaque minute, toutes les nuits, pendant des années.

Nous disposons d’environ 130 points de calibration couvrant une large diversité de situations : centres urbains denses, zones rurales, déserts comme l’Atacama ou sites astronomiques majeurs.

Le principe est simple : à des points précisément géolocalisés, on dispose de mesures de terrain robustes, parfois construites sur plusieurs années. On ajuste ensuite les paramètres du modèle pour qu’il corresponde au mieux à ces données. Une fois calibré sur l’ensemble de cette plage de situations, le modèle devient applicable quasiment partout dans le monde.

Que montre exactement votre carte de France ?

Sébastien Vauclair : Je pense que vous faites référence à l’indicateur national de pollution lumineuse que nous avons créé pour et avec l’Office français de la biodiversité (OFB). Cet indicateur permet de disposer d’une carte simplifiée de la pollution lumineuse diffuse (luminance zénithale) sur l’ensemble de la France, en cœur de nuit et désormais aussi en extrémité de nuit (soirée et petit matin), en distinguant trois niveaux de qualité du ciel nocturne :

• mauvaise (pollution lumineuse très élevée),
• moyenne (pollution élevée),
• bonne (pollution faible).

La luminance zénithale est modélisée de la même manière que pour nos autres cartes, mais c’est la représentation graphique qui diffère. L’objectif est de disposer d’un indicateur national cohérent et comparable dans le temps, pour objectiver les nuisances lumineuses du point de vue de l’astronomie et de l’écologie, et qui peut également servir de référentiel à l’échelle des territoires (une région, un département, un parc national, etc.).

Et si le ciel est nuageux ?

Sébastien Vauclair : Les nuages modifient ce que l’on mesure. Dans une zone très éclairée, ils amplifient la lumière diffusée, tandis que dans une zone plus isolée, ils la réduisent. Ces variations sont riches d’enseignements, et nous les utilisons pour comprendre la pollution lumineuse locale. On peut aussi modéliser différentes conditions météorologiques grâce à nos données et à nos instruments.

Les cartes de pollution lumineuse sont-elles très corrélées à la densité de population ?

Sébastien Vauclair : Bien sûr : la lumière suit l’urbanisation. Mais notre force, c’est de mesurer réellement la lumière là où elle existe, pas de l’inventer. Certaines zones rurales peuvent être complètement sombres malgré la présence de villages, et certaines infrastructures isolées peuvent créer des points lumineux très marqués, invisibles dans les bases de données classiques.

L’intérêt apparaît surtout en regardant plus localement et dans le temps : c’est là que l’on peut mettre en évidence des évolutions et des effets plus subtils.

Quelles sont les limites de votre méthode ?

Sébastien Vauclair : Elles sont surtout géographiques et instrumentales. Au-delà de 65-70° de latitude, les projections satellitaires deviennent peu fiables. Et dans certains contextes extrêmes, par exemple autour de villes comme Moscou ou dans des zones de production pétrolière, où certains niveaux lumineux sont particulièrement élevés, on peut s’interroger sur la linéarité du modèle. Mais ce sont des cas très spécifiques.

Par ailleurs, nous continuons à perfectionner la méthode, par exemple pour tenir compte plus précisément du relief et des impacts des différentes longueurs d’onde. Cela constitue un de nos objectifs majeurs pour 2026.

Vous disiez précédemment que vous pouviez également modéliser l’éclairage au sol ?

Sébastien Vauclair : Oui, avec deux approches différentes selon les données utilisées. Avec des données satellitaires ou aériennes, nous pouvons estimer l’éclairement moyen par pixel à l’échelle de vastes territoires (chaque pixel représentant une surface au sol de plusieurs dizaines ou centaines de mètres de côté). Avec des données de points lumineux (géolocalisation, caractéristiques techniques), nous avons développé des modèles qui permettent d’estimer l’éclairement au sol en différents points du territoire étudié, en simulant les flux émis par ces points lumineux dans un environnement 3D (en prenant en compte le masquage dû au relief, au bâti, à la végétation).

Cela nous permet d’analyser comment la lumière directe – et plus seulement le halo lumineux diffus – influence la faune et l’environnement.

Arrivez-vous à mesurer des niveaux de lumière très faibles, par exemple dans les parcs naturels ?

Sébastien Vauclair : Oui, et c’est même l’un de nos points forts. En brillance du ciel, nous atteignons des niveaux où le signal est parfois dominé par la Voie lactée ou la densité stellaire. Nous corrigeons donc explicitement la contribution des étoiles.

En revanche, pour l’éclairement au sol, c’est beaucoup plus compliqué. Les luxmètres du commerce ne sont tout simplement pas conçus pour mesurer en dessous du lux. Il existe des instruments de recherche très coûteux, mais rien d’opérationnel et d’accessible. C’est précisément ce que nous cherchons à développer dans les prochaines générations de capteurs.

Réalisez-vous des mesures spectrales ?

Sébastien Vauclair : Les mesures spectrales se font essentiellement sur le terrain, dans le cadre de diagnostics ciblés. J’interviens souvent directement avec des spectromètres en éclairement, notamment lorsque les enjeux portent sur la biodiversité ou la conformité réglementaire.

Ces mesures permettent de caractériser précisément les températures de couleur et les spectres réels, ce que l’imagerie ne permet pas encore complètement. En revanche, nous commençons à développer, à partir d’imagerie haute résolution, des indicateurs permettant d’estimer des classes de température de couleur à distance. On ne parle pas de spectre fin, mais c’est déjà un outil opérationnel intéressant.

Propos recueillis par Lionel Simonot en visio, les 16 et 18 décembre 2025.

A suivre…

De la mesure à l’action : comment réduire la pollution lumineuse ?

Approfondir le sujet

• Carte de la pollution lumineuse en France métropolitaine
• L’éclairage public participe-t-il moins à la pollution lumineuse
• Rolf Buhler, Philippe Deverchère, Christophe Plotard, Sébastien Vauclair, Multi-faceted light pollution modelling and its application to the decline of artificial illuminance in France,Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer,Volume 351, mars 2026, 109778
• Pollution lumineuse en France en 2023, SDES pour l’ONB
• Moins de lumière, plus de nature et d’étoiles ? Où en est la pollution lumineuse en France ? 31 juillet 2025, Commissariat général au développement durable
• Philippe Deverchère, Sébastien Vauclair, Gonzague Bosch, Sylvain Moulherat, Jérémie H. Cornuau, Towards an absolute light pollution indicator. 11 October 2022, Scientific Reports, Nature, 12, 1705011

Photo en tête de l’article : Carte mondiale de la pollution lumineuse diffuse en cœur de nuit par ciel clair – Photo © DarkSkyLab, Light Pollution Platform