L'OASIS DE NUIT ÉTOILÉE

Un projet éducatif régional et sociétal

©️ Johanne Roby

Le site de l'oasis

Réserve naturelle du parc du Mont-Bellevue à Sherbrooke

©️ Johanne Roby

©️ Michel Caron - Université de Sherbrooke

©️ Élysé Lapalme

Historique du projet 

Nous avions un rêve extraordinaire et fou, celui de créer la première oasis de ciel étoilé en milieu urbain, en plein cœur de la Ville de Sherbrooke, dans la 1ère réserve internationale de ciel étoilé. Un endroit qui serait accessible à tous et d'où on pourrait contempler la splendeur de la Voie Lactée à deux pas du centre-ville. Un site dédié à la créativité scientifique et artistique...

...un lieu ou la nuit étoilée est protégée et procure un milieu de vie respectueux pour la faune et la flore.

Phase 1 : Mise en place d'une oasis de ciel étoilé en milieu urbain dans le parc du Mont-Bellevue

C'est à l'automne 2019 que la première phase de ce projet s'est mise en place. Elle a pu être réalisée grâce au soutien financier du pôle régional en enseignement supérieur de l'Estrie (PRESE) et repose sur une collaboration collège-universités visant à consolider les efforts pour stimuler l’intérêt, la rétention et la réussite scolaire d’étudiant(e)s de niveau collégial. Les étudiant(e)s  ont eu l’opportunité de participer à la mise en place de ce projet sociétal estrien qui vise la création d'une zone d’intégrité nocturne dans la Réserve naturelle du Mont-Bellevue.

Des partenaires, dont trois établissements d’enseignement régionaux soit le Cégep de Sherbrooke (CdeS), l’Université de Sherbrooke (UdeS) et l’Université Bishop’s (UB), la Ville de Sherbrooke, par l’entremise d’Hydro-Sherbrooke (HS), l'entreprise DH éclairage et la Réserve internationale de ciel étoilé du Mont-Mégantic se sont concertés pour la mise en oeuvre de ce projet régional. La région de l’Estrie, et plus particulièrement la Ville de Sherbrooke, est déjà très engagée dans la préservation de l’intégrité nocturne de par sa législation et ses initiatives innovantes en matière d’éclairage. De plus, le comité conjoint du parc du Mont-Bellevue a donné son aval à l’intégration d’un objectif de protection du ciel étoilé en milieu urbain pour le projet de Réserve naturelle du parc du Mont-Bellevue dans le cadre de la demande de réserve naturelle déposée au Ministère de l'Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques en juin 2019. L'équipe travaille ensemble à la réalisation du projet commun.

 

Cette phase visait l'intégration des étudiant(e)s collégiaux, mentoré par des étudiant(e)s universitaires, dans des projets éducatifs regroupés autour de la caractérisation de l’intégrité nocturne sur le territoire du parc du Mont-Bellevue et ses alentours. Ils ont découverts les enjeux liés à la protection de l’intégrité nocturne tout en tentant de faire l’état des lieux du parc en ce domaine. Ils ont participé à la définition des conditions de mise en place de l’oasis afin de mesurer les impacts futurs. La création de l’oasis, une première mondiale, permettra à la Ville de Sherbrooke de maintenir sa position de leader dans le domaine de la protection de la nuit.

Phase 2 : Implantation d'une oasis de ciel étoilé en milieu urbain dans le parc du Mont-Bellevue

Encore une fois, grâce au soutien financier du pôle régional en enseignement supérieur de l'Estrie (PRESE), la phase 2 du projet a pu être réalisée avec l'implication des mêmes partenaires. Une deuxième cohorte étudiante est impliquée dans le projet pour implanter l'oasis et mettre en place les outils pour mesurer son évolution. Les différents projets en cours sont présentés dans la section ci-dessous. 

 

Au terme du projet, la population sherbrookoise ainsi que les communautés académiques pourront bénéficier de l’accès à la première oasis de ciel étoilé en milieu urbain. Un endroit unique au monde offrant des opportunités dans le domaine de l'astonomie, de l'éducation, de la recherche et du développement récréotouristique.

Maillage inter-odre et intersectoriel des différents intervenant(e)s impliqués dans le projet

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Le site de l'oasis 

     L’oasis de nuit étoilée est située dans la Réserve naturelle du parc du Mont-Bellevue (RNPMB) au cœur de la ville de Sherbrooke. Ce parc est le plus grand de la ville et abrite un écosystème et une biodiversité remarquable. Il représente une caractéristique typique du paysage de la région. Il a une superficie de 2,06 km² (200 ha) et deux pics qui culminent à 333 m (Mont-Bellevue) et un autre à 381m (Mont JS-Bourque), figure 1. La ville de Sherbrooke est située à environ 130 kilomètres à l'est de Montréal et à environ 50 kilomètres au nord de la frontière américaine. Depuis 1960, la Ville de Sherbrooke et l'Université de Sherbrooke sont les deux propriétaires à respectivement 25% et 75%. Le parc fait également partie du campus principal de l’Université de Sherbrooke et il est ouvert au public toute l’année de 6h à 23h.

En construction

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Figure 1. Image satellite de la ville de Sherbrooke où le polygone rouge représente la superficie du parc du Mont-Bellevue. (Images de Google Map)

     La région de Sherbrooke est déjà très engagée dans la protection de l'intégrité nocturne avec sa réglementation et ses initiatives en matière d'éclairage nocturne. En effet, la ville, et par conséquent le parc du Mont-Bellevue, font partie intégrante de la Réserve internationale de ciel étoilé du Mont-Mégantic (RICEMM) dont le centre est situé à 60 km. La région est fière de participer à l'effort de protection du ciel étoilée en adoptant des pratiques d'éclairage respectueuses de l'environnement nocturne (PEREN).  Elle est devenue un leader mondial dans ce domaine. De plus, de nombreux experts locaux travaillent dans le domaine de recherche en pollution lumineuse et contribuent à cette renommée.

Vue aérienne du parc du Mont-Bellevue à Sherbrooke au coeur de la ville de Sherbrooke. ©️ Michel Caron - Université de Sherbrooke, octobre 2019

Les projets en développement

Pour mettre en place l'oasis de nuit étoilée, un collectif travaille en synergie pour mener à terme ce projet multidisciplinaire basé sur une pédagogie socioconstructiviste et le mentorat inter-ordre. Les étudiant(e)s de niveau collégial, répartis en équipe de 3 à 4, forment le pilier central autour duquel viennent se greffer des étudiant(e)s au baccalauréat, à la maîtrise et au doctorat inscrits à l’Université de Sherbrooke et à l'Université Bishops qui agissent comme mentors. Ils sont encadrés par une équipe transdisciplinaire chevronnée regroupant des professeurs-chercheurs des niveaux collégial et universitaire. Cette mise en relation inter-ordres favorise l’accessibilité et la rétention aux études postsecondaires et stimule l’émergence de futurs agents de changement.  La collaboration de chacun favorise la création de ponts entre les chercheus(e)s générateurs de savoirs et les organismes. Elle favorise également le transfert des informations techniques et l’optimisation de la conversion des systèmes d’éclairage. Ce type d’activité pédagogique est unique au niveau collégial.

 

Chaque équipe s'est vu confié un projet spécifique contribuant à la réalisation du projet commun. Chaque projet est en cours de réalisation et ceux-ci sont présentés ci-dessous.

 
 

Vue aérienne de nuit du parc du Mont-Bellevue situé au coeur du parc du Mont-Bellevue  ©️ Guillaume Poulin - Astrolab du Mont-Mégantic, octobre 2020

 

Projet 1. 

Analyse de la radiance artificielle du ciel pour des plans de conversions de lampes en zone urbaine

Julien-Pierre Houle (1) , Vlad Orb (1), Alexandre Simoneau (2), Martin Aubé (1,2) et Johanne Roby (1)

1 - Cégep de Sherbrooke, Sherbrooke, Canada,  2 - Université de Sherbrooke, Sherbrooke, Canada  

     L’intégrité du ciel nocturne dans les milieux urbains est de plus en plus préoccupante. Les ilôts de noirceur et la qualité des nuits étoilées sont de plus en plus rares.  Par conséquent, la radiance artificielle du ciel augmente due à la lumière artificielle de nuit (LAN) devenue omniprésente. De plus, les recherches scientifiques ont démontré plusieurs effets néfastes de la LAN sur l'environnement nocturne. Afin de préserver un une intégrité nocturne dans le parc du Mont-Bellevue (PMB) à Sherbrooke, nous travaillons sur la simulation de plan de conversion des lampadaires dans la ville de Sherbrooke qui vise à diminuer la LAN au cœur de ce parc. Ce plan de conversion est réalisé à l’aide du modèle de simulations numériques Illumina, développé par Pr. Aubé et s’inscrit dans le cadre du projet collaboratif d’implantation d’oasis de nuit étoilée dans le PMB. Différents scénarios de conversions ont été réalisés à partir de l'inventaire de l'éclairage public actuel dans la ville. Les sénarios ont été réalisés à l'aide de simulations multi-spectrales qui utilisent des données sur les caractéristiques des différents lampadaires dans la ville. La contribution de l’éclairage privé a aussi été prise en compte en calculant un différentiel de luminosité entre les images satellites VIIRS et la contribution de l’éclairage provenant de l'inventaire des lumières de la ville de Sherbrooke (figure 1).

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Figure 1. Une partie de l'inventaire de l'éclairage dans la ville de Sherbrooke, en image, autour du parc du Mont-Bellevue. Beu- éclairage public, Orange - éclairage privé, Vert - éclairage du campus principal de l'Université de Sherbrooke.

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Figure 2. Cartographie de la contribution de l'éclairage privée versus l'éclairage public.

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Projet 2.

Implantation d'un quartier d'intégrité nocturne

Mathilde Lavoie (1) , Béatrice Couture (1), Johanne Roby (1), Martin Aubé (1,2) et Alexandre Simoneau (1)

1 - Cégep de Sherbrooke, Sherbrooke, Canada,  2 - Université de Sherbrooke, Sherbrooke, Canada  

​     La lumière artificielle de nuit (LAN) est omniprésente et ne cesse de croître dans l’environnement nocturne. Les habitats de noirceur naturelle deviennent rares et les effets néfastes de la LAN, et plus particulièrement celle de la lumière riche en couleur bleue, sur les organismes vivants et le ciel étoilé sont importants. Il devient urgent de trouver des solutions pour les protéger et d’appliquer des pratiques d’éclairage respectueuses de l’environnement nocturne (PEREN). Celles-ci consistent à: 1- éclairer seulement lorsque c’est nécessaire, 2- choisir une couleur jaune/ambrée, 3- limiter l’intensité de la lumière et 4- orienter la lumière vers le bas. Pour contribuer à la mise en place de l'oasis de nuit étoilée dan sle parc du Mont-Bellevue, nous travaillons à implanter un quartier d'intégrité nocture qui servira de modèle pour les pratiques d'éclairage respectueuses de l’intégrité nocturne. Ce quartier est situé à proximité de l’entrée de l’oasis. Nous travaillons à la conversion et à l'uniformisation de l’éclairage extérieur privé des maisons. La première phase du projet est axée sur les points 2 et 3 des PEREN. Une campagne de socio-financement a permis l’achat d’ampoules de 5 et 7 watts de couleurs ambrées (1500K) pour accompagner la population de ce quartier à devenir le premier quartier au monde d’intégrité nocturne. Il deviendra un modèle de PEREN et contribuera à la réduction de la pollution lumineuse dans l’oasis de nuit étoilée.

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Figure 1. À gauche: L'emplacement du quartier d'intégrité nocturne ciblé. Celui est situé à l'entrée de l'oasis (rectangle jaune). À droite: Les deux différentes type de lampadaire que l'on retrouve dans le quartier (54% de lanterne, 46% de boule).

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Figure 2. À gauche: Une ampoule a été confectionnée spécialement pour les PEREN du quartier. À droite: L'ampoule qui sera utilisée a une température de couleur de 1500K. Elle contient 3% de bleue comparée à celle de 5000K qui en contient 38%. moins il y a de bleue dans la lumière, moins elle génére de pollution lumineuse.

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Projet 3.

Démocratisation d’un outil informatique pour l’éclairage artificiel sur une base de données spectrales, la LSPDD

Claudine Laflèche (1) , Johanne Roby (1), Antoine Morin-Paulhus (1), Alexandre Simoneau (2) et Martin Aubé (1,2)

1 - Cégep de Sherbrooke, Sherbrooke, Canada,  2 - Université de Sherbrooke, Sherbrooke, Canada  

     La Lamp Spectral Power Distribution Database (LSPDD) est une base de données spectrale qui regroupe différents types d’éclairage artificiel. Il permet un accès rapide aux spectres lumineux d'une multitude d'ampoules vendues sur le marché ainsi qu'à leurs caractéristiques principales. Cette base donne aussi accès à des indices spectraux novateurs qui permettent d'estimer l'impact d'une ampoule sur la santé humaine, la visibilité du ciel étoilé et la photosynthèse. Ces indices prennent en compte la concordance entre la réponse spectrale du processus biologique et du spectre de la lampe. Ces indices ont été développés par Aubé, Roby et Kocifaj en 2013. À titre d'exemple, la figure 1 montrent l'équation qui permet de calculer l'indice de suppression de mélatonine  en tenant compte du spectre de la lampre, de la sensibilité biologique d'un récepteur de la rétine de l'oeil humain (la mélanopsine) en référence au spectre du soleil. On obtient des valeurs entre 0 et 1 (une valeur proche de 1 indique que cette lampe est efficace pour supprimer la mélatonine et stimuler l'état d'éveil tandis qu'une valeur qui tend vers le 0 aura moins d'impact sur la mélatonine et favoriser le sommeil).  

     Afin de rendre l’interface de cette base de données plus accessible à la population en général, nous avons développé des outils plus conviviaux pour faciliter la compréhension des dispositifs d'éclairage domestique et sensibiliser la population face aux pratiques d’éclairage respectueuses de l’environnement nocturne (PEREN). À titre d'exemple, il faut mettre en valeur des pictogrammes informatifs qui illustrent l'impact de chaque ampoule sur la santé humaine, les organismes vivants et le ciel étoilé pour ainsi guider l'achat des consommateurs (figure 2). Cet outil permettra aux citoyens et aux décideurs de comprendre et d’estimer rapidement l’impact potentiel d’un dispositif d’éclairage sur la santé humaine et l'environnement nocturne.

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Figure 1. Équation pour le calcul de l'indice de suppression de mélatonine.

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Figure 2. Des nouveaux pictogrammes ont été ajouté à chaque lampe dans la base de donnée pour voir rapidement l'impact de celle-ci sur la santé humaine et sur le ciel étoilé. En un coup d'oeil, on peut voir sir une lampe est adéquate pour stimuler l'éveil ou favoriser le sommeil (indice de suppression de mélatonine) ou favoriser ou nuire à l'observation d'un ciel étoilé (indice de visibilité des étoiles).

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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 taux 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, 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. Cette méthode pourra être utilisée pour cartographie d'autres villes dont les données épidémiologiques sont disponibles.

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Credit image: ISS-Nasa

autres images à venir...

Figure 1. Image de nuit de la ville de Montréal prise à bord de la station spatiale internationale. On peut distinguer les différentes couleurs émises par la lumière. Un chercheur espagnole, Alejandro Sanchez de Miguel. a développé une méthode pour calibrer les couleurs de ses 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. Cette dernière 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 lumières 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 essentiel 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 qui tient 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 spectrales 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. 

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Figure 1. La capteur multispectral LAN3 a) première version   b) seconde version: plus compact et plus convivial

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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 bleue 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.

Ce travail a fait l'objet d'une publication scientifique dans la revue Remote Sensing en 2020, pour en savoir plus, cliquer ici.

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) 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. 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 une à l’échelle locale, qui consiste à définir un corridor écologique viable qui vise à relier le parc du Mont-Bellevue à la rivière Magog et d'en faire un corridor de noirceur protégé. Elle fait environ 8km et s’inscrit dans un projet plus global qui est l’implantation d’une oasis de nuit étoilée dans le parc du Mont-Bellevue.

 

...en construction... pour en savoir plus, cliquer ici

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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.