Incidence de la pollution lumineuse anthropique sur l'entomofaune // impact of anthropogenic light pollution on entomofauna

Topic description

Un système d'éclairage « intelligent et durable » doit être conçu pour créer des environnements émotionnellement stimulants et des atmosphères attrayantes pour la ville. Bien que l'éclairage public nous ait permis d'augmenter la durée et la diversité de nos activités de travail et de loisir qui, autrement, auraient été limitées par l'obscurité nocturne. Il a radicalement modifié l'environnement nocturne pour de nombreuses espèces animales et végétales en perturbant les cycles lumineux naturels quotidiens et saisonniers. Plus particulièrement, on s'inquiète de plus en plus de l'impact que cela peut avoir sur les comportements vitaux des animaux nocturnes, notamment l'alimentation, la migration et la dispersion, l'évitement des prédateurs et la reproduction, avec potentiellement des effets en cascade sur la biodiversité et les biotopes qu'ils peuplent. Les défis majeurs pour la recherche future sont : comment ces divers effets de la lumière artificielle sur les individus s'étendent-ils aux impacts au niveau des populations et des communautés ? comment quantifier et cartographier la pollution lumineuse et ses impacts sur la faune ? Ce projet est la suite d'une première doctorante financée par l'école doctorale GEETS qui était centré sur la photométrie physique et son formalisme mathématique, la construction de pièges lumineux spécifiques et l'établissement d'une collaboration avec un laboratoire de l'Université Ljubljana 2 en Slovénie. Ce projet, s'intéresse directement à l'incidence sur les organismes vivants de signaux lumineux liées à la pollution lumineuse d'origine anthropique. Le premier objectif consiste à paramétrer notre outil numérique basé sur une nouvelle métrique d'attractivité de la lumière parasite dérivée d'une « photométrie adaptée » à la vision des espèces nocturnes. Le second consiste en l'élaboration et la mise en place d'une méthode expérimentale servant à la validation de la métrique. Nous savons aujourd'hui que la pollution lumineuse d'origine anthropique et le halo lumineux associé masquent, entre autres, les cycles d'éclairement lunaire. Elles brouillent ainsi les cycles naturels journaliers et mensuels et à plus large échelle, la perception des changements annuels de photopériode. De plus, le spectre de la lumière artificielle est différent de celui des sources naturelles qui servent de référence aux espèces qui peuplent le biotope. Étant donné que, la perception de la lumière par les animaux est fondamentalement différente de celle des humains (la majorité des insectes sont quadri-chromates) il est impossible de quantifier l'attractivité de la lumière d'origine anthropique en transposant aux animaux nocturnes les métriques basées sur des quantités photométriques établies sur la connaissance du système visuel humain. Nous arrivons ainsi à une situation oxymore qui consiste à utiliser de façon erronée des quantités photométriques pour quantifier la pollution lumineuse sur la faune dont le système visuel est fondamentalement différent de celui des humains. Partant de ces constats, nous avons développé l'embryon d'une méthodologie qui combine les réponses visuelles des insectes avec le formalisme mathématique de la photométrie/radiométrie classiques. Un autre paramètre déterminant qui rend une source plus « visible », et donc plus attractive, est bien entendu similitude de son spectre avec la réponse visuelle de l'insecte et/ou la similitude entre le spectre de la lumière artificielle avec celui de la lumière naturelle perçue normalement par l'animal. Pour affiner et valider notre approche, le/la doctorant€ travaillera sur l'élaboration d'une méthode expérimentale pour la validation des résultats obtenus par le calcul. Finalement, la métrique développée, après validation sur le terrain, servira par la suite à cartographier les impacts sur le biotope.
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A “smart and sustainable” lighting system must be designed to create emotionally stimulating environments and attractive atmospheres for the city. While public lighting has enabled us to extend the duration and diversity of work and leisure activities that would otherwise be limited by nighttime darkness, it has also radically altered the nocturnal environment for many animal and plant species by disrupting natural daily and seasonal light cycles. In particular, growing concern surrounds its impact on vital behaviours of nocturnal animals, including feeding, migration and dispersal, predator avoidance, and reproduction, potentially leading to cascading effects on biodiversity and the biotopes they inhabit.
Major challenges for future research include: how do these various effects of artificial light on individuals scale up to impacts at the population and community levels? how can light pollution and its effects on wildlife be quantified and mapped? This project follows on from a first PhD thesis funded by the GEETS doctoral school, which focused on physical photometry and its mathematical formalism, the construction of specific light traps, and the establishment of a collaboration with a laboratory at the University of Ljubljana in Slovenia. The present project directly addresses the effects of anthropogenic light pollution on living organisms.
The first objective is to parameterize our numerical tool based on a new metric of light-attractiveness derived from a “photometry adapted” to the visual systems of nocturnal species. The second objective is to develop and implement an experimental method to validate this metric. It is now well established that anthropogenic light pollution and its associated skyglow obscure, among other factors, lunar illumination cycles. In doing so, they disrupt natural daily and monthly cycles and, on a broader scale, the perception of annual changes in photoperiod. Furthermore, the spectrum of artificial light differs from that of natural sources that serve as references for species inhabiting the biotope.
Given that animals perceive light in ways fundamentally different from humans (most insects are tetrachromats), it is impossible to quantify the attractiveness of anthropogenic light by directly applying metrics based on photometric quantities derived from knowledge of the human visual system. This leads to an oxymoronic situation in which photometric quantities are incorrectly used to quantify light pollution impacts on wildlife whose visual systems fundamentally differ from those of humans. Based on these observations, we have developed the early framework of a methodology that combines insect visual responses with the mathematical formalism of classical photometry and radiometry.
Another key parameter that makes a light source more “visible,” and therefore more attractive, is the similarity between its spectrum and the insect's visual response and/or the similarity between the spectrum of artificial light and that of the natural light normally perceived by the animal. To refine and validate this approach, the PhD candidate will work on developing an experimental method to validate the results obtained through calculation. Ultimately, once validated in the field, the developed metric will be used to map impacts on the biotope.
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Début de la thèse : 01/10/

Funding category

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Funding further details

Concours pour un contrat doctoral