Télédétection des propriétés optiques de l’environnement nocturne pour la modélisation du transfert radiatif de la lumière d’origine anthropique
La pollution lumineuse est un problème qui préoccupe les astronomes depuis plusieurs décennies. L’étude de ce phénomène repose sur des mesures de la brillance du ciel et des mesures des propriétés optiques de l’environnement nocturne, notamment la caractérisation de l’émission des sources lumineuses, et de la modélisation de la propagation de la lumière artificielle. Les récentes découvertes sur les impacts de la pollution lumineuse sur l’environnement et la santé humaine ont propulsé la recherche dans le domaine. Cette expansion met en évidence le besoin d’avoir des outils d’analyse et de mesures plus facilement utilisables par des chercheurs novices en la matière. Le présent travail répond en partie à ces besoins en proposant deux nouveaux outils : 1) une méthode de modélisation de la propagation de la lumière d’origine anthropique dans l’environnement nocturne simple d’utilisation et basée sur des principes physiques et 2) une méthode d’étalonnage d’appareils photographiques numériques nécessitant un minimum de matériel à coût prohibitif pour la caractérisation des propriétés des sources lumineuses qui contribuent à la brillance artificielle du ciel. Le premier article présenté dans ce travail décrit la méthode de modélisation élaborée. Elle repose sur l’utilisation d’une équation de transfert liant la brillance des sources lumineuses présentes sur le territoire étudié à la brillance du ciel en fonction de la distance à la source de lumière et le point d’étude. Des techniques de traitement d’image de convolution de fonction d’étalement de point (point spread fonction) sont utilisées pour convertir les cartes de brillance des sources de lumière en cartes de brillance du ciel. La particularité de cette approche est que la fonction de transfert est obtenue à l’aide du modèle de transfert radiatif le plus complexe au monde pour l’étude de la pollution lumineuse (Aubé et Simoneau, 2018; Aubé et al.,2020b), plutôt que des mesures in situ. Cela permet de définir des fonctions de transfert basées sur la physique du phénomène ainsi que sur les caractéristiques de l’environnement étudié. De plus, cette approche a le potentiel de décrire aisément des situations théoriques, comme de potentielles modifications à l’infrastructure d’éclairage, permettant ainsi d’évaluer l’impact de décisions administratives sur la pollution lumineuse. Cependant, cette versatilité requiert une bonne connaissance des propriétés optiques et géométriques de l’environnement, particulièrement les caractéristiques des sources lumineuses, des obstacles et des aérosols. Le second article décrit une méthode d’étalonnage de d’appareils photographiques numériques pour la caractérisation des émissions des sources de lumière artificielle. Cette méthode est conçue pour être utilisée en combinaison avec la méthode faisant l’objet de l’article précédent, tout en pouvant être utilisée à d’autres fins. L’étalonnage de ce type d’appareils photographiques se fait en plusieurs étapes. Tout d’abord, une correction par un cliché sombre est appliquée pour le biais du capteur ainsi que les effets thermiques. Puis, un champ plat est utilisé pour compenser la sensibilité réduite en bordure des images. Ensuite, la linéarité du capteur est étalonnée en variant le temps d’exposition d’une source de brillance constante. De plus, une procédure de photométrie synthétique stellaire sert à établir l’étalonnage absolu du capteur. Finalement, les distorsions géométriques du système optique sont établies à partir d’une photographie d’un champ stellaire. Des appareils photographiques étalonnés selon cette méthode installés à bord de plateformes aéroportées permettent d’établir les caractéristiques des sources de lumière artificielle étudiées.
Pollution lumineuse, Modélisation, Caractérisation, Capteur
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