Les lumières de la ville font avancer le printemps et revenir l’automne.

Les lampadaires, les néons et les LED des vitrines perturbent les plantes : en ville, le printemps arrive plusieurs jours plus tôt qu'à la campagne, et l'automne est également retardé de près de deux semaines. Une étude publiée dans la revue scientifique Nature Cities montre comment la pollution lumineuse agit comme le soleil, accélérant des processus fondamentaux de la phénologie végétale, comme le bourgeonnement et la chute des feuilles. Les chercheurs pensent que l'éclairage urbain altère la vie végétale, dont les conséquences restent à déterminer.

La pollution lumineuse nous empêche déjà de voir les étoiles . Des études récentes ont également montré comment un éclairage artificiel excessif en ville affecte le comportement des animaux et la santé humaine . Parallèlement, de nombreuses études ont confirmé l' arrivée précoce du printemps en ville . Mais elles ont mis en évidence le réchauffement climatique, amplifié en milieu urbain par ce que l'on appelle l' effet d'îlot de chaleur urbain : le béton des bâtiments, l'asphalte des rues, la hauteur des bâtiments et l'ensemble de l'urbanisme emprisonnent la chaleur. La pollution lumineuse s'ajoute désormais à l'équation, entraînant une perturbation généralisée de la végétation urbaine.

L'étude, publiée dans Nature Cities, a révélé qu'en moyenne, les centres-villes verdissent environ 12,6 jours plus tôt que les plantes des campagnes environnantes. À l'inverse, la sénescence des feuilles commence en moyenne 11,2 jours plus tard en ville. Le phénomène est également répandu. L'étude a suivi le début de la saison de croissance des plantes dans 428 grandes villes de l'hémisphère nord. Ces changements phénologiques ont été observés dans 378 d'entre elles, soit 88,3 %. Pour détecter ces changements, ils ont utilisé des capteurs de plusieurs satellites et des données recueillies depuis 2014.

« Les satellites détectent les différences de couleur verte en mesurant la quantité de lumière réfléchie par la surface de la Terre », explique Lin Meng, chercheur à l'Université Vanderbilt (États-Unis) et co-auteur de l'étude. Ils embarquent des instruments qui captent cette réflexion à différentes longueurs d'onde, notamment dans le visible et le proche infrarouge (PIR). « La végétation réfléchit fortement la lumière PIR tout en absorbant la lumière rouge visible pour la photosynthèse », ajoute Meng. Ils captent cette réflexion grâce à des marqueurs tels que l'indice de végétation par différence normalisée (NDVI). « Les zones à végétation plus dense ou à forte activité photosynthétique réfléchissent davantage la lumière PIR et moins la lumière rouge, ce qui se traduit par des valeurs NDVI plus élevées », explique le chercheur.

En comparant ces schémas de réflectance dans les villes et les campagnes environnantes, les satellites ont pu détecter des variations spatiales de la végétation. L'étude utilise un gradient depuis les zones les plus reculées jusqu'au centre-ville. Dans le cas de Barcelone, par exemple, la zone rurale étudiée à des fins de comparaison est située à 32 kilomètres du centre-ville. Dans la capitale catalane, les chercheurs ont constaté que la saison de croissance est 14 jours plus longue dans le centre urbain que dans les zones rurales plus reculées.

L'autre contribution majeure de ce travail est qu'il parvient à désagréger les causes de ce différentiel urbain-rural. Les auteurs ont également utilisé des satellites pour mesurer le degré de pollution lumineuse. En conditions naturelles, par nuit nuageuse, la luminosité est d'environ 0,6 millilux (un lux mesure la quantité de lumière incidente). En l'absence de nuages, avec une pleine lune à son zénith, ce chiffre peut atteindre 0,3 lux. Mais en ville, la luminosité varie de 7 à 65 lux. Des études antérieures ont montré que l'environnement nocturne devient presque 10 % plus lumineux chaque année depuis plus d'une décennie . Mais jusqu'à présent, la température a toujours été la clé pour expliquer les changements phénologiques de la flore urbaine.

« Nous avons utilisé une méthode d'analyse statistique, l'analyse de corrélation partielle, pour dissocier l'impact de la température de celui de l'éclairage artificiel sur la phénologie de la végétation », explique Meng. « La corrélation partielle mesure le degré d'association entre deux variables aléatoires, éliminant ainsi l'influence d'un ensemble de variables de contrôle. Cela nous permet d'isoler l'effet de chaque facteur sur le facteur cible tout en contrôlant les autres facteurs », explique-t-elle. Ils ont constaté que la température et la lumière influencent toutes deux la durée de la saison de croissance des plantes. Ils ont également constaté que cette dernière a un impact plus important dans quatre des sept principales régions climatiques couvertes par l'étude, allant des villes chaudes et sèches comme Dallas aux villes froides et sèches comme celles du Canada.

Meng détaille la situation des villes : « Les villes où l'intensité lumineuse artificielle est plus élevée ont un impact plus important sur la phénologie », explique-t-il. Comme les niveaux varient selon les saisons, leur influence diffère entre le printemps et l'automne. « En particulier, de nombreuses villes américaines ont affiché une luminosité plus élevée au printemps. À l'inverse, les villes européennes connaissent une pollution lumineuse plus élevée en automne ; leur influence est donc plus marquée en fin de saison de croissance, à l'automne », ajoute-t-il.

Concernant les conséquences sur la flore, Dunxian She, professeur à l'Université de Wuhan (Chine) et premier auteur de l'étude, souligne qu'un printemps plus précoce et un automne plus tardif peuvent avoir des effets à la fois positifs et négatifs. « Dans les écosystèmes naturels, une saison de croissance plus longue pourrait améliorer la productivité et la séquestration du carbone, contribuant ainsi à l'atténuation du changement climatique. Cependant, elle pourrait également affecter les écosystèmes locaux si de nouvelles espèces devenaient plus dominantes, entraînant des modifications de la biodiversité, notamment avec l'introduction d'espèces exotiques dans l'aménagement paysager urbain », explique-t-il.

La lumière artificielle allonge la photopériode, agissant comme une prolongation de la lumière du jour. Pour les auteurs de l'étude, cet allongement pourrait altérer l'accumulation des signaux à l'origine du bourgeonnement ou de la sénescence, comme une réduction de l'efficacité de la photosynthèse. Mais la perturbation est plus profonde. Les plantes perçoivent la lumière différemment selon sa longueur d'onde. Les photochromes sont des protéines qui fonctionnent comme des photorécepteurs sensibles à la lumière rouge, tandis que les cryptochromes sont sensibles à la lumière bleue. Ces derniers sont à l'origine de la révolution LED, et les conséquences de cette révolution restent à étudier.

Georg Wohlfahrt dirige le groupe de biométéorologie de l' Université d'Innsbruck (Autriche). Bien qu'il n'ait pas participé à ces travaux, il est l'auteur principal d'une étude pionnière qui a révélé que le printemps arrivait plus tôt dans les villes . Ses travaux ont mis en évidence l'effet d'îlot de chaleur et la pollution environnementale, mais reconnaissent également le rôle de la pollution lumineuse. « Hormis les climats atypiques, comme les tropiques, la phénologie des plantes dépend de la température et de la qualité/quantité de lumière », rappelle-t-il dans un courriel. « La lumière artificielle en milieu urbain modifie l'exposition des plantes à la lumière et, par conséquent, leur phénologie. Ce n'est pas nouveau. La nouveauté de l'article de Nature Cities réside dans le fait qu'il aborde le problème à grande échelle dans un grand nombre de villes et tente de distinguer l'effet de la lumière artificielle de celui de l'îlot de chaleur urbain », ajoute-t-il.

Si quelqu'un connaît la pollution lumineuse, c'est bien Christopher Kyba. Professeur au Centre de recherche GFZ Helmholtz pour les géosciences (Allemagne), il étudie l'impact de la lumière artificielle depuis plus de dix ans. Pour ce faire, il a créé un réseau de scientifiques, des projets de science citoyenne et même une application pour mesurer la perte de lumière nocturne . Les résultats de son dernier projet viennent d'être publiés dans le même numéro de Nature Cities , sans lien avec l'étude menée auprès des 428 villes. Le travail de science citoyenne coordonné par Kyba a permis de collecter des données auprès de 33 municipalités allemandes et de constater qu'après minuit, plus d'une lumière par habitant reste allumée. Ce qui est révélateur, c'est que pour chaque lampadaire allumé, il y a une enseigne lumineuse ou une vitrine.

« Je vois des raisons d'espérer et de craindre », déclare Kyba à propos de l'avenir de la pollution lumineuse. « D'un côté, on observe des villes, voire des pays entiers, dans des régions riches et industrialisées du monde où l'on constate une diminution des émissions lumineuses après minuit », précise-t-il dans un courriel. « D'un autre côté, la grande majorité des villes et des pays du monde continuent d'augmenter leur éclairage. »