Échelle de Bortle

Dans la seconde moitié du XX^e siècle, avec la croissance rapide de la pollution lumineuse, et des nuisances associées, de nombreux groupes d'astronomes, amateurs et professionnels, confrontés à la difficulté croissante de trouver des ciels sans halos lumineux artificiels, c'est-à-dire non perturbés pour l'observation astronomiques, ont cherché des moyens de produire une cartographie de la qualité du ciel nocturne.

Les méthodes testées par des astronomes professionnels[2] ou associés à des astronomes amateurs (via par exemple l'association nord-américaine Dark Sky[3], combinaient ou non des comptages d'étoiles (avec le problème que la voûte céleste change selon la zone d'observation), les photographies et des indices visuels (couleur et aspect du ciel) ou photométriques.

Dès la fin des années 1980, quelques études d'impact (par exemple celle d'un projet de mine de charbon[4] susceptible d'affecter la qualité de l'environnement nocturne du parc national de Bryce Canyon ont cherché à évaluer l'impact de projets en termes de pollution lumineuse et de nuisance lumineuse (gênes liées à la perception de la lumière nocturne par l'œil humain)[4], dont pour les visiteurs des parcs nationaux, qui viennent y chercher un environnement de haute naturalité (« expérience de la nature sauvage », « wilderness experience ») est souvent citée comme facteur de valeur des « cœurs » de parcs nationaux[4] - [5].

Dans certains cas, avec une approche de type sciences citoyennes ou de travail collaboratif, des programmes d'évaluation ont associé des professionnels et des amateurs, dont par exemple au Japon où les astronomes amateurs ont pu travailler avec l'observatoire astronomique national et l'Agence environnementale japonaise, pour produire au début des années 1990 une carte de la qualité du ciel nocturne (sky brightness) pour l'ensemble du pays[6]. Au milieu des années 1990, aux États-Unis, avec le soutien du National Park Service (NPS), le parc Pipe Cactus National Monument s'est doté d'un photomètre mesurant la luminance des étoiles, pour une estimation plus précise de la qualité de son ciel[7]. Des mesures répétées du halo émis par les villes périphériques, permettent à certains parcs d'évaluer l'amélioration ou la dégradation de la pollution lumineuse dans leurs régions, avec publication dans des catalogues[8] ou évaluations régionales, par exemple pour la Californie[9].

En 2001, John Bortle crée son échelle pour aider les astronomes à juger la « noirceur » d'un site d'observation. Cette échelle est également utilisée pour produire certaines cartographies de la pollution lumineuse, ou de la qualité de l'environnement nocturne, notamment utiles pour préciser ou améliorer le réseau de corridors biologiques tel que proposées en France par la loi LOADDT, puis la trame verte et bleue promue par le Grenelle de l'environnement et par les lois dites Grenelle I et Grenelle II, dans le cadre notamment de la traduction locale de la stratégie paneuropéenne pour la protection de la diversité biologique et paysagère qui implique la mise en place d'un réseau écologique paneuropéen pour restaurer l'intégrité de l’environnement, y compris nocturne.

Cette échelle, précise, et assez simple pour être utilisée par un grand nombre d'observateurs, a très rapidement intéressé les écologues, de nombreuses parties prenantes de la biologie de la conservation, ainsi que certains spécialistes de la pollution de l'air (car les halos sont d'autant plus intenses que la turbidité de l'air (qui traduit visuellement le taux de particules en suspension) est élevée[10].

Par exemple, dès les années 1990, le National Park Service (NPS) a soutenu[11] et financé dans les années 2000 - au moyen d'un fonds destiné à la Conservation des ressources naturelles [12] et d'un fonds spécial destiné à la démonstration — une équipe de recherche dite Night Sky Team (équipe « Ciel noir »), basée au parc national des Pinnacles et parc national de Kings Canyon, soutenue par le département de la qualité de l'air du NPS[13]. Cette équipe a contribué à la normalisation de méthodes de mesure et de surveillance du ciel nocturne, et à tester ces méthodes dans plusieurs parcs nationaux américains[14], en intégrant notamment l'échelle de Bortle[13]. D'autres méthodes quantitatives et divers modèles informatiques sont en cours de perfectionnement en 2013 ou déjà au point[13] (dont en France par Michel Bonavitacola). Ils doivent permettre une mesure plus précise et harmonisée de la qualité de l'environnement nocturne. En France les astronomes et les parcs naturels régionaux ont également des groupes de travail sur ces questions, et une ONGE accompagne ce travail (ANPCEN). La pollution lumineuse est un des items conservés par les lois Grenelle parmi les propositions du Grenelle de l'environnement de 2007, bien que renommée par le législateur en « nuisance lumineuse » (ce qui ne permet plus d'y appliquer l'écotaxe qui aurait éventuellement pu financer des actions de restauration de qualité du ciel noir).

L'échelle communément utilisée pour noter la qualité de ciel nocturne d'un site était la magnitude de l'étoile la plus faible visible à l'œil nu ou (MVLON ou Mvlon pour « Magnitude visuelle limite à l'œil nu »).

Cette mesure était assez subjective et relative, fluctuant selon l'observateur et du temps qu'il mettait à chercher l'étoile la plus faible. L'échelle de Bortle est moins précise qu'en utilisant des appareillages électroniques de mesure de la luminosité, mais elle est beaucoup plus universelle et facile à utiliser :

L'astronome Bertrand Laville a également proposé une échelle de 1 (aucune trace de pollution lumineuse) à 5 (saturation en centre-ville) [15].

Sky Quality Meter SQM-L ; l'un des instruments permettant de caler des mesures de luminance du ciel nocturne

Une des conditions nécessaire pour appréhender finement la qualité du ciel nocturne, ou compter des étoiles est d'avoir l'œil accoutumé à l'obscurité ambiante. il est conseillé durant les séances d'observation de ne pas utiliser de lampes de poche (on peut par exemple enregistrer ses observations au dictaphone et les réécrire plus tard), de ne pas regarder directement des sources telles que phares de voiture, luminaires, etc. ou fermer un œil. Pour une bonne vision nocturne, une accoutumance au noir d'une demi-heure est considérée comme un minimum [16]. La précision de la vision nocturne varie selon les individus [17] - [18] - [19], il est donc recommandé de faire ce type d'évaluation avec plusieurs observateurs.

L'apparition sur le marché de luxmètres portables, fiables et bon marché, adaptés aux besoins des astronomes et écologues permet à des astronomes, naturalistes, astrophotographes, professionnels ou amateurs, étudiants[20]... de contribuer à cartographier la luminosité du ciel nocturne. Des logiciels peuvent extraire la valeur instantanée mesurée par ces appareils et la convertissent en magnitude limite visible à l'œil nu (NELM pour naked-eye limit magnitude) ou génèrent automatiquement des graphes. Ce type de matériel peut être couplé à une station météorologique[21].