Analyse des données PL – 01-2021/04-2023

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Introduction

Comme introduction aux résultats publiés ici, j’invite à lire la page dédiée

La plupart des notions utilisées ici ont été décrites dans cette page, je n’y reviendrai donc pas ici.

But de cette analyse :

Est multiple :

a) Définir une méthode d’analyse de la pollution lumineuse (PL) sur un site

b) En déduire des « indicateurs » utilisables pour définir la qualité du site examiné,

b) Examiner l’impact des extinctions exécutées pendant la période 2022-2023, et voir l’impact sur les indicateurs évoqués.

d) Proposer cette catégorisation pour les « Villages étoilés » en BE

Données

Les mesures sont issues des 4 capteurs LPMD, pour la période couvrant du 01/2021 au début 4/2023.

Cette période couvre à la fois une  période de « fin de pandémie » et de début de « crise énergétique » incluant des périodes obligatoires de coupure d’éclairage de novembre 2022 à fin 2023.

Pendant cette période de capture,

    • Données brutes : 682.106 captures, durée entre mesures : 5 min
      • BEWELL01/2021 : 90478
        BEWELL01/2022 : 95159
        BEWELL01/2023 : 98416
      • BEFERN01/2021 : 95724
        BEFERN01/2022 : 43811
        BEFERN01/2023 : 63190
      • BEWEZE01/2021 : 61835
        BEWEZE01/2022 : 35237
        BEWEZE01/2023 : 16289
      • BEGRAP01/2021 : 0
        BEGRAP01/2022 : 49522
        BEGRAP01/2023 : 31853
    • Après clean des données, on examine les périodes de « jour solaire »
      • le soleil se lèvera au maximum à 08:49:04
        => après cette heure, son influence deviendra déterminante
      • le soleil se couchera au minimum à 16:30:52
        => avant cette heure, son influence reste déterminante
      • Ceci n’étant que des maximas, il est évident que des variations saisonnières agiront, mais pour limiter l’étude, on ne gardera que les captures depuis 16:30:52, jusque 08:49:04. Il faudra affiner ensuite.
      •  Au total, après sélections :  355.238 mesures
        • BEWELL01/2021 : 45679
        • BEWELL01/2022 : 50489
        • BEWELL01/2023 : 51733
        • BEFERN01/2021 : 51172
        • BEFERN01/2022 : 23908
        • BEFERN01/2023 : 32160
        • BEWEZE01/2021 : 26061
        • BEWEZE01/2022 : 18574
        • BEWEZE01/2023 : 9753
        • BEGRAP01/2021 : 0
        • BEGRAP01/2022 : 29858
        • BEGRAP01/2023 : 15428

Analyse rapide sur les périodes

Avant de regarder en détail les liaisons entre les conditions artificielles et naturelles, examinons les aspects généraux.

  • les mesures effectuées en chaque endroit vont être normalisées et complétées (par les données météo, les données astronomiques et les « nuits » auxquelles elles appartiennent)
  • Elles seront ensuite triées,moyennées (par tranche de 10 min) et ordonnées :
    • par site
    • par nuit
    • par tranche d’heures

Rappel sur l’indice NQ (Night Quality)

  • condition de « nuit crépusculaire » : si mag >= 13 et < 19
  • condition de « nuit » : si mag >= 19 et < 20
  • condition de « nuit noire » : si mag >= 20 et < 21 (2.5 x plus sombre)
  • condition de « nuit profonde » : si mag >= 21 et < 22 (6 x plus sombre)
  • condition de « nuit totale » : si mag >= 22 (env. 15x plus sombre)
  • alliée à une mesure pondérée sur l’heure (moyenne de 6 valeurs/heure)

NQ = fonction(ON , SN, NN)

Ces trois indices (Optimal, Standard, Natural Nights) sont issus de l’analyse des conditions de luminosité sous des conditions présises) et seront décrits ci-dessous

Pour donner une idée intuitive de leur contenu, examinons les données en reconstruisant les « nuits » selon les critères évoqués (lever et coucher).

Distribution des conditions capturées, par site et années

BEFERN01

La hauteur de la courbe indique le nombre de fois que le critère SQM est atteint (moyenné par heure). La première montée (vers mag 6) est un artefact du détecteur, qui « lâche » dès une luminosité critique atteinte?

Mais avant 13, pas de « nuit ». Le site BEFERN01,

  • BEFERN01/2021 : 51172
  • BEFERN01/2022 : 23908
  • BEFERN01/2023 : 32160

Montre une inégalité en nombre de mesures disponibles, logiquement, l’ordre des courbes (haut en bas) se confirme le fait avec 2021, 2023, 2022. Donc, les conditions de « début de nuit » n’ont visiblement pas fort changées en 3 ans.

Par contre les « pics » de valeurs détectées en « nuit » et « nuit noire » ont évolué. Alors que en 2021 et 2022 il se trouvait uniquement dans le premier stade (nuit), en 2023, on le retrouve dans « Nuit noire », ce qui semble déjà indiquer une amélioration de la noirceur du ciel, ce qu’il faudra confirmer.

Par contre, pour ce qui est « plus », guère de changement.

BEGRAP01

On dispose de moins de données…

  • BEGRAP01/2021 : 0
  • BEGRAP01/2022 : 29858
  • BEGRAP01/2023 : 15428

L’ordre est logiquement respecté, mais les types de nuits y sont dès le départ meilleures, avec un nombre significatif de valeurs « nuit noire » et « nuit profonde »

On peut déjà estimer que ce site est largement supérieur en qualité de nuit que le précédant.

BEWELL01

La distribution des captures est très régulière, sauf changement les courbes devraient être proches. Et dans l’absolu, l’ordre devrait être 2023,2022,2021 :

  • BEWELL01/2021 : 45679
  • BEWELL01/2022 : 50489
  • BEWELL01/2023 : 51733

Si le début des nuits reste semblable, on assiste cependant à un tassement des nombres vers des valeurs de nuit supérieures.

En 2021 et 2022, très semblable, avec une répartition régulière entre « nuit », « nuit noire » et « nuit profonde ». Mais en 2023, les choses changent avec une augmentation des deux dernières.

Donc, une évolution positive de la noirceur (et durée) des nuits pour ce site.

BEWEZE01

Par contre, pour la région Bruxelloise…

  • BEWEZE01/2021 : 26061
  • BEWEZE01/2022 : 18574
  • BEWEZE01/2023 : 9753

On dispose de moins de données pour 2023, certes, et l’ordre est logique. Mais l n’empêche que la vraie « nuit » n’est en soit, que rarement atteinte ! Et les autres sont anecdotiques ou inexistantes.

Regroupement par « nuit calendrier »

Les mesures disponibles vont être redistribuées sur des « nuits calendrier » et la synchronicité disponible des mesures examinées. l faut bien noter que :

  1. Tous les sites n’ont pas démarrés en même temps
  2. Certaines mesures ont subis des aléas techniques (pannes, défectuosité des capteurs, etc…)
  3. Les conditions météos entre sites sont très souvent différentes ! (Un ciel clair dans la province de Luxembourg n’est pas garant d’un ciel identique à Bruxelles)

Cette analyse a montré que :

  • les donnes de 1089 nuits sont disponibles, dont
    • 240 nuits concernent 1 site uniquement
    • 496 nuits concernent 2 sites
    • 401 nuits concernent 3 sites
    • Que 42 nuits concernent les 4 sites en simultané

Une valeur moyenne de l’état météorologique du ciel a été affectée à chaque nuit, basé sur les valeurs définies dans le protocole (clear, few, scattered, broken, overcast)

Vient maintenant le choix des catégorisations (devant permettre une comparaison entre sites).

Catégorisation des sites

Optimale (ON, Optimal Night) : Elle exige un ciel dégagé pendant toute la nuit (catégorie « Clear » ou « Few ») ET un minima de perturbations naturelles (Lune, neige, etc…)

Cet indice correspond à un ciel idéal, mais à part dans quelques régions plus favorisées que les nôtres, il reste en soi bien théorique pour nos standards climatiques locaux (surtout les futurs, visiblement)

Dans le cas de données présentes, peu de cas présents.

 

 

Standard (SN, Standard Night) :  Elle exige un ciel dégagé pendant toute la nuit (catégorie « Clear » ou « Few »), mais accepte des perturbations naturelles.

Cet indice est le plus réaliste pour catégoriser un site, car il va refléter la meilleure valeur dont bénéficiera la faune et la flore pour ses cycles. Exemple : si les cycles lunaires sont perturbés par des éclairages, cela va y apparaître plus rapidement (valeur SQM plus basse que prévue). De même, la présence d’un perturbateur régulier dans les périodes « nuit noire » (diminutions régulières) sera plus aisément détecté.

Vue ordonnée par dates

En rouge : période des extinctions obligatoires, hélas, peu de nuits « claires » pendant la période

Ordonnée par nombre de nuits / site

 

Naturelle (NN, Natural Night) : Cet indice indique la nuit réellement perçue par la faune et la flore, elle inclut toutes les les conditions météo et perturbations naturelles. Les perturbations lumineuses à longue distance y seront maximales, mais dans le même temps la diminution globale de toute luminosité résiduelle y sera aussi présente.

  • les 1089 nuits seront considérées, mais triées selon les conditions externes
    • un groupe par conditions météo globale (ciel dégagé (Clear + Few) ou pas (scattered, broken, overcast)
    • un groupe avec la présence Lunaire ou pas (acteur majeur de la luminosité)
    • un groupe incluant tout à la fois