Projet 4.
Cartographie de l’indice de suppression de mélatonine à partir d’images de la station spatiale internationale
Nikki Veilleux (1) , Justine Desmarais (1), Émie Bordeleau (1), Martin Aubé (1,2) et Alexandre Simoneau (2)
1 - Cégep de Sherbrooke, Sherbrooke, Canada, 2 - Université de Sherbrooke, Sherbrooke, Canada
Ce projet de recherche étudie la corrélation entre l’exposition à la lumière artificielle de nuit et le nombre de cancers hormonaux, tels les cancers du sein et de la prostate. La suppression de la mélatonine, qui se produit lorsqu’un individu est exposé à la lumière artificielle de nuit (surtout à la lumière de courtes longueurs d’onde qui tend vers le bleu), pourrait être la cause de cette corrélation. L’indice de suppression de la mélatonine (MSI) est une mesure intéressante à utiliser afin d’étudier cette corrélation. De plus, une photo prise à partir de la station spatiale internationale (ISS) de la lumière émise vers le ciel constitue un point de départ intéressant pour la cartographie du MSI dans une ville donnée. Une méthode a été développée afin d’obtenir des images représentatives, sans imperfections et géoréférencées de l’indice de suppression de la mélatonine à Montréal au Canada. Une carte présentera le MSI absolu et une autre, le MSI relatif à l’intensité lumineuse. Ces cartes pourront être utilisées dans le cadre d’une étude épidémiologique sur les cancers hormono-dépendants et la méthode pourra être utilisée pour cartographier d'autres villes pour lesquelles les données épidémiologiques sont disponibles.
Credit image: ISS-Nasa
Figure 1. Image de nuit de la ville de Montréal prise à bord de la station spatiale internationale le 6 avril 2013. On peut distinguer les différentes couleurs émises par la lumière. Un chercheur espagnol, Alejandro Sanchez de Miguel. a développé une méthode pour calibrer les couleurs de ces photos afin de les utiliser pour le calcul de la pollution lumineuse.
Ce travail a fait l'objet d'une publication scientifique dans la revue Remote Sensing en 2020. Pour en savoir plus: Evaluating the Potential Health Impact of Obtrusive Light: Application to Montréal, Canada.
Projet 5.
Cartographie dynamique des effets biologiques de la lumière artificielle à Sherbrooke
Amar Farkouh (1) , Adam Dufour (1), Charles Marseille (2), Martin Aubé (1,2) et Johanne Roby (1)
1 - Cégep de Sherbrooke, Sherbrooke, Canada, 2 - Université de Sherbrooke, Sherbrooke, Canada
L’exposition à la lumière artificielle de nuit (LAN) entraîne une perturbation du cycle circadien des organismes vivants. Elle augmente les risques de cancers hormono-dépendants en plus de perturber la faune et la flore. Aux États-Unis et en Europe, environ 99% des personnes sont exposées à la LAN. Les modèles numériques de pollution lumineuse utilisent les données de lumière provenant des satellites et des images de la NASA, c’est-à dire, à partir du ciel. Dans ce projet, nous avons développé une méthode novatrice qui permet la création de cartes interactives à partir de données multispectrales prises au sol qui montrent les effets biologiques de la lumière artificielle à Sherbrooke.
Les cartes sont générées en utilisant des données de radiance multispectrale enregistrées à partir d’un nouvel appareil de mesure développé par le groupe de pollution lumineuse du Cégep de Sherbrooke : le LAN3 (figure 1). Ce dispositif est un capteur multispectral et multidirectionnel de la lumière artificielle directe qui filtre la lumière détectée en trois couleurs principales: rouge, vert, bleu (R, G, B). La connaissance du type et de l'intensité des couleurs composant la lumière artificielle est essentielle pour définir son impact biologique. En effet, certains cancers liés à des perturbations du cycle circadien ont montré une forte corrélation avec l'exposition à la lumière nocturne riche en bleu.
Trois indices spectraux, développés par Aube et al. en 2013, permettent une estimation rapide et explicite des impacts biologiques potentiels associés aux dispositifs d’éclairage public et domestique. Ils tiennent compte du contenu spectral de la lumière et, par conséquent, de sa couleur. Ces indices sont : 1- l’indice de suppression de la mélatonine; 2- l’indice de photosynthèse; et 3- l’indice de visibilité des étoiles. Ainsi, les mesures spectrales prises par le LAN3 permettent de mettre en relation les radiances mesurées et les indices spectraux pour estimer rapidement leurs valeurs sur de grandes surfaces territoriales. À titre d’exemple, il est facile de répertorier les endroits où la lumière est riche en bleue.
Figure 1. La capteur multispectral LAN3 a) première version b) seconde version: plus compact et plus convivial (@Martin Aubé)
Figure 2. Carte du MSI de la ville de Sherbrooke réalisée par acquisition de données avec un LAN3. La carte de droite (b) montre une vue agrandie du MSI pour le secteur Mi-Vallon de Sherbrooke (carré noir A dans le panneau (a)). Les zones B – D délimitent trois zones résidentielles de Sherbrooke. Sur la carte, la couleur bleu est associée aux valeurs les plus élevées. Les cartes des indices nous permettent d'identifier les zones critiques en fonction de leur impact potentiel attendu. À titre d'exemple, la carte ne montre que quelques valeurs supérieures à MSI = 0,6 dans la ville de Sherbrooke (points bleus en a). Ces données correspondent à des emplacements critiques en ce qui concerne leur impact potentiel sur la suppression de la mélatonine (@Martin Aubé).
Ce travail a fait l'objet d'une publication scientifique dans la revue Remote Sensing en 2020, pour en savoir plus: Mapping the Melatonin Suppression, Star Light and Induced Photosynthesis Indices with the LANcube.
Projet 7.
Transformation de Fourier rapide pour le calcul de cartes de pollution lumineuse pour l’identification de corridors de noirceur dans la Réserve de ciel étoilé du Mont-Mégantic
Jérôme Leblanc (1) , Florence Lacharité (1), Alexandre Simoneau (2), Martin Aubé (1,2) et Johanne Roby (1)
1 - Cégep de Sherbrooke, Sherbrooke, Canada, 2 - Université de Sherbrooke, Sherbrooke, Canada
La brillance du ciel d’un vaste territoire est une information cruciale pour les études écologiques analysant les impacts de la lumière artificielle sur les écosystèmes. Toutefois, la mesurer peut comporter quelques difficultés en fonction de la résolution spatiale et temporelle de l’étude. De plus, la modélisation de la brillance du ciel pour plusieurs points d’un territoire peut nécessiter un grand temps de calcul selon la complexité du modèle utilisé. Récemment, Bará et al. (2019) ont élaboré une méthode qui permet un calcul rapide de la brillance du ciel pour un large territoire en exploitant la transformation de Fourier rapide et une fonction de propagation de point (FPP) qui est invariante en translation. Nous avons appliqué cette méthode avec différentes FPP à la région de la Réserve de ciel étoilé du Mont-Mégantic. L’objectif est d’identifier des corridors de noirceur utilisés par les espèces animales nocturnes pour leur navigation dans ce secteur.
Nos FPP sont trouvées avec le modèle Illumina (Aubé & Simoneau 2018) en utilisant des paramètres atmosphériques, des modèles d’élévation, la réflectance du sol et les propriétés d’obstacles typiques de la région. Nous avons calculé un ensemble de FPP dans le but d’étudier les effets des variations saisonnières de la végétation et de la neige sur la propagation de la lumière en plus de prendre en compte la variation spatiale dans les fonctions d’émission de la lumière. Nous avons aussi comparé les données de la brillance du ciel prédites de deux sources de lumière nocturnes: les images VIIRS et un inventaire des installations d’éclairages publics.
Ce travail a fait l'objet d'une publication scientifique dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society en 2021, pour en savoir plus, cliquer ici.
Projet 6.
Implantation d'une trame noire entre la parc du Mont-Bellevue et la rivière Magog
Si-Lian Ruel (2) , Tanya Vinet (2), Éliane Lego (2), Emeline Sallé (2), Vincent Thériault (2), Jean Delaisse (2), Caroline Dionne (2), Maud Pagé (2) et Johanne Roby (1)
1 - Cégep de Sherbrooke, Sherbrooke, Canada, 2 - Université de Sherbrooke, Sherbrooke, Canada
Une trame noire est un corridor de milieu naturel dont le but est de relier plusieurs grands espaces naturels et de créer un réseau permettant aux animaux de se déplacer sans subir les conséquences de la pollution lumineuse, figure 1. Elle vise à préserver des zones sombres pour la biodiversité. L'objectif de la trame noire est d’atténuer les effets de la lumière artificielle de nuit (LAN) sur la biodiversité nocturne. Cette lumière vient fragmenter les habitats naturels et empêche certaines espèces nocturnes de se déplacer. Tout comme nous, la faune a besoin de voies de circulation pour se nourrir, se reproduire, se reposer et migrer. De façon globale, on dénombre que 28 % des vertébrés et que 64 % des invertébrés sont ou en partie nocturne.
Ce projet de trame noire à Sherbrooke en est un à l’échelle locale. Il consiste à définir un corridor écologique viable qui relie le parc du Mont-Bellevue (PMB) à la rivière Magog pour en faire un corridor de noirceur protégé. La trame fait environ 8km et s’inscrit dans un projet plus global, celui de l’implantation d’une oasis de nuit étoilée dans le PMB. Pour mettre en place ce corridor, plusieurs étapes sont nécessaires, soit:
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Identifier les réservoirs de biodiversité dans le PMB et caractériser les espèces afin d'évaluer les espèces cibles à protéger et d'avoir une meilleure compréhension du milieu et de son écologie;
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Cibler un corridor écologique terrestre ayant une continuité dans le couvert naturel et semi-naturel, soit:
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Absence d'obstacle naturel infranchissable;
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Distance relative des constructions humaines;
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Présence d'infrastructures favorisant le passage de la faune et la connectivité entre les points d'intérêts
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Déterminer les endroits peu ou pas impactés par la pollution lumineuse et les points de conflits.
Dans un premier temps, une étude de caractérisation pour recenser toutes les espèces fauniques du parc du Mont-Bellevue a été réalisée afin de faire un lien avec les corridors de noirceurs potentiels. Un inventaire du site a été sélectionné (105 espèces, rapport publié par la ville de Sherbrooke en 2013), à partir duquel les habitudes de vie de chacune des espèces ont été recensées. Ensuite, les espèces nocturnes ont été identifiées pour un total de 43% des espèces qui sont en tout et en partie nocturne. Parmi les 3 classes fauniques du Parc du Mont-Bellevue (herpétofaune, mammifères, oiseaux), des groupes d’espèces nocturnes ont été déterminés en fonction de leurs habitudes de vie dans le but d'évaluer les espèces nocturnes cibles. Dans un deuxième temps, l'analyse du territoire permettant de relier le parc du Mont-Bellevue à la rivière Magog a été réalisée pour finalement proposer un corridor de noirceur à protéger.
Les espèces nocturnes et leurs habitudes de vie
La séparation des 3 classes fauniques est importante, car chaque classe est distincte et occupe des rôles différents dans les écosystèmes. Dans chacune des classes fauniques, les espèces sont regroupées en catégorie d’espèces semblables qui réagissent de façon similaire à la pollution lumineuse et qui sont susceptibles d’occuper une niche écologique semblable. Cette séparation permet d’abord de montrer les effets de la pollution lumineuse sur les groupes, et ce, afin de trouver des solutions visant à réduire les impacts. Cette catégorisation prend également en compte les déplacements de la faune, car une trame noire combine un corridor terrestre ainsi qu’un corridor de noirceur. Il est donc important de comprendre comment les espèces se déplacent sur le territoire afin d’assurer l’efficacité de la trame noire. Pour consulter chacune des classes (herpétofaune, mammifères, oiseaux), cliquer ici.
Pour en savoir plus sur les impacts de la pollution lumineuse et les habitudes de vie de chacune des classes d'espèces présentent dans le parc du Mont-Bellevue, cliquer ici.
Le site du parc du Mont-Bellevue
Le parc du Mont-Bellevue se trouve à l’intérieur du périmètre urbain de la ville de Sherbrooke, dans l’arrondissement du Mont-Bellevue, figure 2. Le campus de l’Université de Sherbrooke se trouve à l’ouest du territoire, alors que des zones résidentielles sont retrouvées au nord et à l’est. La portion sud-est est traversée par l’autoroute 410, alors que la rue Dunant et le chemin Sainte-Catherine se trouvent respectivement à l’est et à l’ouest. Le PMB est ainsi encloisonné de tous les côtés par des infrastructures routières ou des habitations. De plus, le PMB est un territoire d’une superficie impressionnante de 200 hectares de nature plus ou moins naturelle où est pratiqué une vaste gamme d’activités récréotouristiques. Le territoire est caractérisé par un relief côteux et abrite le mont Bellevue, d’une hauteur de ~327 m, et le mont John-S.Bourque, de ~370 m. Les pentes sont soit douces ou modérées, variant de 9 % à 30 %. Le PMB est une érablière à tilleul, comprenant une flore très diversifiée, avec une zone de végétation tempérée nordique dominée par des feuillus nordiques, dont l’érable à sucre (Pedneault, 2017).
Figure 1. Représentation schématique d'une trame noire. L'établissement de corridors écologique avec protection de l'intégrité nocturne permettemnt aux espèces animales de se déplacer facilement d'un territoire à l'autre (@Johanne Roby).
Figure 2. Emplacement du parc du Mont-Bellevue, Sherbrooke, Québec, Canada
Vu son emplacement urbain, le PMB est considéré comme étant un milieu naturel exceptionnel, composé d’une variété de 6 types de peuplements forestiers. Les dépôts de surface correspondent à du till épais, mais également des dépôts glaciolacustres et fluvioglaciaires. Le sol du parc est principalement composé de terre franche et de terre rocheuse de Berkshire. La composition est un podzol qui est peu épais et qui varie entre 25 cm et 1 m. Cette composition est souvent infertile et est propice à l’érosion si le sol n’est pas recouvert de végétation. Le climat régional est de type modéré subhumide et continental, ce qui représente des températures moyennes annuelles de 5,0 °C. Le PMB se trouve dans le bassin versant de la rivière Magog et de la rivière Saint-François, dont le réseau hydrographique est constitué majoritairement de ruisseaux de type saisonnier. Il existe un ruisseau permanent qui rejoint la rivière Magog, localisé au sud du parc dans une zone exempte de sentier. Plusieurs milieux humides de petite taille sont présents sur le territoire, dû à un drainage qualifié de bon à modérer dans l’ensemble du parc. Il existe également deux secteurs marécageux sur le versant nord et nord-est du PMB de même qu’une importante zone de concentration d’eau entre les deux monts (Pedneault, 2017). Tel que mentionné précédemment, un projet vise à y instaurer une réserve naturelle. La zone protégée se trouve au centre du parc, excluant les endroits où sont retrouvées les différentes installations pour les activités récréatives. On retrouve également des zones dites « de transition » appartenant à la Ville de Sherbrooke et à l’Université de Sherbrooke.
Un corridor de noirceur qui relie le parc du Mont-Bellevue à la rivière Magog
Pour assurer une meilleure connectivité dans le paysage naturel, une considération pour la mise en place ou encore la préservation de corridors naturels entre les différents habitats a fait partie du processus de réflexion. Un corridor écologique se définit comme un ensemble de conditions du milieu naturel vivant et non vivant permettant d’assurer le déplacement de certaines espèces entre les différents noyaux de conservation. Les noyaux de conservation, quant à eux, se définissent comme des zones naturelles de taille et de qualité suffisantes pour y héberger une espèce cible et combler une partie ou encore la totalité de ses besoins vitaux (Conseil Régional de l’Environnement du Centre-du-Québec (CRECQ), 2014).
Avec la diversité d’espèces animales qui fréquente le Parc du Mont-Bellevue, la taille de l’habitat et les conditions naturelles peuvent différer beaucoup d’une espèce à l’autre. À titre d’exemple, bien que très variable selon les conditions du milieu, le lynx roux, un félin répertorié dans le Parc du Mont-Bellevue, possède un domaine vital d’au minimum onze kilomètres carrés selon une étude de 1991 réalisé pour l’espèce en Amérique du Nord (Garant, 1991). Dans le domaine de la biologie, le domaine vital correspond à la région fréquentée par un animal pour la réalisation de ses activités normales telles que la reproduction, l’alimentation et le repos (Fédération Canadienne de la Faune, 2020). Le Parc du Mont-Bellevue, quant à lui, est d’une superficie de près de deux kilomètres carrés. Si l’espèce fréquente ce milieu et que sa superficie est largement plus petite que son domaine, il ne serait pas faux de supposer que son habitat s'étend sur une superficie plus grande que celle du parc. Autrement dit, il est possible de présumer que le lynx roux fréquente le territoire du Mont-Bellevue pour combler une partie de ses besoins et qu’il dépend de milieux naturels à proximité pour combler le reste de ses besoins. D’ailleurs, cette espèce serait actuellement « menacée par la perte et la fragmentation de son habitat dans de nombreuses régions du sud du Canada » (Conservation de la nature Canada, 2020). À l’opposé, d’autres espèces qui fréquentent le parc du Mont-Bellevue possèdent des domaines vitaux pouvant être compris à l’intérieur des limites du parc de deux kilomètres carrés. C’est entre autres le cas de la grenouille léopard pour laquelle le domaine vital est d’une superficie pouvant aller de 15 à 600 mètres carrés (COSEPAC, 2009).
La désignation des corridors écologiques a été déterminée à l'aide de diverses sources d’informations telles que des photographies aériennes, des cartes de relevé topographique, des cartes du réseau hydrologique, des cartes produites par la ville de Sherbrooke et des données de suivi de passage de la faune dans les ponceaux déjà aménagés sous les routes. La figure 3 montre le tracé du corridor de noirceur retenu. Celui-ci montre la direction générale envisagée pour assurer une connectivité entre le parc du Mont-Bellevue et la rivière Magog. Il mesure ~8km. La figure 3 montre le premier tracé proposé. Les étoiles rouges représentent les ponceaux excitants sous les routes. La figure 4 montre un tracé alternatif lorsque les zones de conflits de développement résidentiel ultérieur seront réalisées.
Figure 3. Tracé du corridor de noirceur retenu. Une zone tampon de 100 mètre est prévue. Les étoiles rouges représentent les ponceaux déjà existants qui passent sous les routes (@Google, Johanne Roby).
Figure 4. Tracé du corridor de noirceur alternatif retenu suite au développement résidentiel ultérieur (ligne orange) (@Google, Johanne Roby).
Plusieurs zones de conflits en ce qui a trait à l'éclairage artificiel ont été identifiées sur le parcours. Une campagne de sensibilisation auprès des résidents et commerces qui sont à proximité du corridor de noirceur est en cours. Celle-ci vise à informer la population à l'importance de protéger des habitats de noirceur pour la faune pour préserver l'équilibre de nos écosystèmes. Il faut trouver des stratégies pour atténuer les effets de la lumière artificielle de nuit (LAN) aux endroits problématiques, car tout comme nous, la faune a besoin de voies de circulation pour aller se nourrir, se reproduire ou se reposer et pour migrer. La campagne de sensibilisation vise aussi à sensibiliser la population aux pratiques d'éclairage respectueuses de l'environnement nocturne.
...en construction... pour en savoir plus, cliquer ici
Pour en savoir plus sur les classes d'espèce présentes dans le parc du Mont-Bellevue et leurs impacts en lien avec la pollution lumineuse...
Les anoures (crapauds et grenouilles) et la pollution lumineuse
Les anoures sont affectés de façon similaire par la pollution lumineuse. Premièrement, lorsqu’ils se retrouvent sur la route, ils sont susceptibles de s’immobiliser face à la lumière aveuglante et donc de se faire frapper. Deuxièmement, une étude faite sur la grenouille verte a montré qu’en présence de lumière artificielle, celle-ci modifie son cri de reproduction. En effet, la L. clamitans diminue le nombre de cris qu’elle envoie, le nombre de notes dans les cris et augmente la fréquence de ses déplacements. Ce comportement se manifeste normalement lors de la pleine lune, car en présence de lumière, les individus sont plus prudents afin d’éviter la prédation. La pollution lumineuse a donc comme effet de stimuler ce comportement chez les anoures en permanence. Cette modification comportementale a pour conséquences potentielles d’affecter le succès reproducteur et donc de diminuer l'abondance d’individus dans les populations du Parc du Mont-Bellevue. De plus, la plupart des amphibiens nocturnes se déplacent par phototaxie positive, c’est- à-dire qu’ils se déplacent vers la lumière, lorsque présente. En présence de lumière trop intense, les yeux des amphibiens demandent un temps d’adaptation pouvant aller de quelques minutes à quelques heures. Par exemple, si la grenouille léopard reste trop longtemps sous une source de lumière, elle développe des irrégularités rétiniennes. Par contre, une fois adaptées à la lumière ambiante, les espèces nocturnes sont attirées par celle- ci. C’est la raison pour laquelle les espèces telles que le crapaud d’Amérique (Anaxyrus americanus americanus) et la rainette versicolore (Hyla versicolor) sont souvent retrouvées dans les jardins ou les étangs domestiques, car ils sont attirés par la lumière des cours arrière.
Les salamandres et la pollution lumineuse
Comme les anoures, les salamandres sont carnivores et se nourrissent d'invertébrés terrestres et aquatiques. Par contre, elles sont affectées différemment par la pollution lumineuse, malgré certaines similitudes. Contrairement aux anoures, les salamandres se déplacent par phototaxie négative, c’est-à-dire qu’elles sont repoussées par la lumière (Wise & Buchaman, 2006). De plus, les salamandres parcourent plusieurs kilomètres à la recherche de nourriture. Lorsqu’elles se retrouvent près des routes, elles ont une probabilité très faible de survivre à la traversée. Comme pour les anoures, en présence de l’intense lumière projetée par les automobiles, les salamandres s’immobilisent, ce qui augmente le temps passé sur les routes et donc le risque de mortalité (Mazerolle, Huot & Gravel, 2005). Lorsqu’elles cherchent de la nourriture, la lumière artificielle augmente l’efficacité de la chasse, car la lumière permet une meilleure vision des proies (Perry et al., 2008). Par contre, une étude faite sur la salamandre cendrée (plethodon cineus) montre qu’en présence de cette lumière, elle commence à chasser plus tard dans la nuit. Normalement, la salamandre cendrée commence sa recherche de nourriture une à deux heures après le coucher du soleil, alors qu’en présence de lumière artificielle, elle repousse l’heure de commencement de la chasse. Cela a comme effet de diminuer le temps de chasse et donc de réduire le nombre de proies attrapées (Wise & Buchanan, 2006). De plus, les salamandres démontrent des comportements agonistiques et sont très protectrices envers leur nourriture, leur habitat et leurs partenaires sexuels (Mathis et al., 1995). Ce comportement est affecté par la pollution lumineuse, car en présence de lumière artificielle, les salamandres se défendent majoritairement avec des signaux visuels imposants. Cette façon d'agir est énergivore, ce qui oblige la salamandre à s'alimenter plus fréquemment (Perry et al., 2008). Finalement, certains animaux tels que les mouches, les oiseaux et les salamandres s’orientent avec des modèles de magnétoréception suivant de la lumière. Les salamandres juvéniles migrent de leur étang natal vers la forêt pour ensuite y retourner lorsque devenues adultes afin de se reproduire. Ce retour au lieu natal ne peut se faire qu’à l’aide de leur boussole intérieure dépendante de la lumière. Par contre, en présence d’une longueur d’onde supérieure à 500 nm (spectre du jaune), les salamandres sont désorientées de 90° dans le sens antihoraire de la direction du champ magnétique. Cette réaction rend donc le retour au lieu natal difficile et peut empêcher la reproduction de plusieurs individus. Cela représente une menace importante puisque la majorité des lumières urbaines émettent le jaune (Deutschandler, Phillips & Borland, 1999).
Les mammifères et la pollution lumineuse
Les espèces de mammifères du parc du Mont-Bellevue ont été divisées en 4 catégories. L’impact de la pollution lumineuse sur les grands mammifères a été mise de côté pour cette étude en raison des grands domaines vitaux de ces mammifères, le Parc du Mont-Bellevue n’étant pas pour eux un écosystème préférentiel. De plus, les espèces telles que l’ours noir sont inventoriées, mais ne sont pas présentes en abondance dans le Parc du Mont-Bellevue. Ils ont déjà été observés, mais cela ne signifie pas qu’ils possèdent des populations actives sur le territoire à l’heure actuelle.
Les effets de la lumière artificielle sur les mammifères se manifestent à plusieurs niveaux. La pollution lumineuse affecte entre autres le comportement, la reproduction, les interactions entre les individus. Le comportement et la physiologie des mammifères sont influencés par le cycle circadien. Ce dernier est contrôlé par l’horloge interne qui régule les activités des animaux. Cette horloge biologique est stimulée par des photorécepteurs dans la rétine qui lorsque la noirceur est détectée, envoient un message à la glande pinéale. Celle-ci est responsable de sécréter la mélatonine, l’hormone permettant aux espèces diurnes de s’endormir le soir venu (Robert, Lesku, Partecke & Chambers, 2015). En présence de lumière artificielle, la mélatonine est peu ou pas sécrétée, ce qui a des conséquences à plusieurs niveaux (Boyce & Kennaway, 1987). Grâce aux photopériodes, c’est-à-dire la variation de la durée entre les jours et les nuits, les animaux arrivent à connaître les saisons dans lesquelles ils se trouvent. C'est entre autres ces indices qui permettent de réguler les périodes annuelles de reproduction. Par contre, en présence de pollution lumineuse, les mammifères qui se reproduisent selon les saisons peuvent en être grandement affectés (Robert et al., 2015). C’est particulièrement le cas au Québec, car l’hiver est trop froid pour permettre aux espèces de s’y reproduire. En effet, les mammifères doivent s’assurer que leur environnement leur permettra d’avoir assez d'énergie pour allaiter et de s’occuper de leurs petits (Robert et al., 2015). Dans un environnement tel que le Mont-Bellevue, la présence de lumière artificielle a le pouvoir de déréguler la reproduction des espèces, tant nocturnes et diurnes.
Les moyens et petits mammifères sont spécifiquement affectés par la pollution lumineuse car ils sont chassés par les carnivores et sont surexposés en présence de lumière. Une étude a notamment montré que les petits rongeurs réduisent leurs activités, leurs mouvements et leur consommation de nourriture en présence de lumière artificielle. Tel que mentionné pour les anoures, ce comportement ne se manifeste normalement qu’en présence de la pleine lune, car ces derniers optent pour des déplacements plus prudents dû au risque plus élevé de prédation (Beier, 2006). Ce comportement fait en sorte que les petits mammifères réduisent leur stockage d’énergie, aux dépens de leur masse corporelle. Cela démontre que les espèces de petits et moyens mammifères nocturnes sont particulièrement affectées par la pollution lumineuse et qu’une prédation trop importante pourrait déséquilibrer et faire disparaître les populations existantes au Parc du Mont-Bellevue.
Pour les mammifères volants présents dans un milieu donné tel que la chauve-souris, la lumière artificielle semble les affecter différemment. En effet, certaines espèces de chauves-souris seront avantagées par la lumière, chassant les insectes près des lampadaires, en particulier les lampadaires émettant de la lumière ultraviolette (Stone, Jones & Harris, 2015). Les lampadaires à ampoules LED semblent attirer moins d’insectes et sont donc doublement négatifs pour les chauves-souris (Langley, 2019). Les espèces de chauves-souris ayant un vol rapide, tel que les pipistrelles, sont avantagées par la présence de lampadaire. Cette concentration en insectes semble seulement être bénéfique pour les espèces qui peuvent exploiter les sources lumineuses ce qui pourrait donc influencer la structure des communautés (Longcore & Rich, 2004). Cependant, les lampadaires augmenteraient également le taux de mortalité de la colonie, dû à une recrudescence des collisions avec les voitures. De plus, les mammifères juvéniles, qui ont un vol plus lent et sont largement moins habiles que leurs aînés, deviendraient des proies plus faciles pour les prédateurs (Straka, Wolf, Gras, Buchholz & Voigt, 2019). La majorité des espèces de chauves-souris, par contre, vont éviter tout type d’environnement éclairé durant la nuit. Elles vont même éviter complètement un site de chasse si une présence lumineuse brise le corridor de noirceur pour s’y rendre (Stone, Jones & Harris, 2015). Ainsi, un territoire affichant une grande quantité de zones lumineuses verra les individus s’envoler pour trouver une nouvelle région pour habiter ou alors une diminution dans les taux de reproduction de la colonie (Langley, 2019). Les lumières artificielles auraient également des impacts potentiels sur l’hibernation des chauves- souris, les réveillant régulièrement de leur torpeur. Si elles se réveillent régulièrement, les chauves-souris perdent une énergie précieuse qui est destinée à survivre durant ces mois hivernaux sans nourriture (Straka, Wolf, Gras, Buchholz & Voigt, 2019). Il semblerait par contre qu’une présence importante en arbres diminuerait les impacts de la lumière. Ainsi, malgré une forte présence lumineuse, un couvert végétal important offrirait une protection contre la lumière et les chauves-souris pourraient vaquer à leurs occupations nocturnes. Ce phénomène pourrait être associé non seulement à la relative protection à la lumière qu’offrent les arbres, mais également à la capacité de ceux-ci de diminuer l’impact du vent sur le vol des animaux (Stone, Jones & Harris, 2015).
Les oiseaux et la pollution lumineuse
Il sera question ici des impacts de la lumière artificielle sur les différentes espèces d’oiseaux qui sont actifs durant la nuit. Les groupes d’oiseaux incluent les migrateurs nocturnes, qui migrent durant la nuit et les prédateurs nocturnes, qui commencent à chasser au crépuscule.
Le groupe de migrateurs nocturnes est un groupe important, car les oiseaux migrateurs sont largement affectés par la lumière artificielle. Les raisons principales de l’attraction des oiseaux par la lumière artificielle ne sont pas encore comprises à 100 %, mais quelques hypothèses sont proposées. Premièrement, plusieurs suggèrent que lorsque les oiseaux migrent en présence de lumière artificielle, ceux-ci perdent leur sens de l’orientation. Normalement, ceux-ci utilisent notamment l’horizon comme repère visuel. Par contre, en présence de pollution lumineuse, les oiseaux perdent ce repère et se retrouvent désorientés. C’est donc l’une des raisons pour lesquelles beaucoup de migrateurs nocturnes entrent en collision avec les établissements projetant de la lumière. Ces accidents ne sont pas les seules conséquences de la désorientation engendrée par la lumière. En effet, la lumière artificielle empêche l’efficacité normale d’un vol direct dans la bonne direction. Les oiseaux vont ralentir leur vol, tourner en rond, changer de direction et planer (Gauthreaux & Belser, 2006). De plus, dans leurs migrations les oiseaux utilisent les repères visuels tels que l’horizon, mais également leur boussole interne. L’orientation des oiseaux est stimulée par la lumière ainsi que par certaines longueurs d’onde. Les oiseaux possèdent dans leurs yeux des récepteurs de lumière qui nécessitent des longueurs d’onde du spectre bleu et vert pour le bon fonctionnement de l’orientation magnétique. Les études laboratoires ont prouvé que les longueurs d’onde dans le spectre de la lumière rouge perturberaient l’orientation des oiseaux (Poot et al., 2008).
Les prédateurs nocturnes ont développé de nombreuses capacités, entre autres visuelles, auditives ou sensorielles afin d’être complètement adaptés à la chasse nocturne. La présence de lumière artificielle la nuit peut ainsi avoir plusieurs conséquences sur de tels chasseurs (National Park Service, 2018). Par exemple, les petits rongeurs se déplacent moins en présence de lumière artificielle afin d’éviter la prédation. Cela est dû au fait que les prédateurs nocturnes, tels que la chouette, deviennent des prédateurs encore plus efficaces en présence de lumière. Cependant, la présence lumineuse peut également augmenter la vigilance et la capacité de s’échapper plus efficacement de certaines espèces de rongeurs et donc d’augmenter le niveau de difficulté de la chasse nocturne (Yuen & Bonebrake, 2017). Le dérèglement des cycles de jour et de nuit peut également forcer certaines espèces de rapaces à compétitionner pour les mêmes ressources en nourriture. En effet, l’ajout de lumière artificielle le soir augmente les capacités des oiseaux diurnes à s’alimenter en soirée ou durant la nuit (Debus, 2015). Il est cependant à noter qu’il s’agirait majoritairement d’un changement dans l’habitat, par exemple la construction d’un nouveau quartier, et non la présence accrue en luminosité qui affecte les oiseaux de proie. En effet, les rongeurs utilisent la végétation pour se déplacer et se nourrir. La diminution en habitat naturel cause une diminution du nombre d’individus dans les populations de rongeurs qui à son tour amène une diminution des populations de prédateurs nocturnes (Brown, Kotler, Smith & William, 1988). Les effets de la lumière artificielle sur les prédateurs nocturnes ont peu ou pas été étudiés au cours des dernières années et il est donc impossible de déterminer hors de tout doute les effets sur l’ensemble des prédateurs nocturnes.