La lumière artificielle nocturne (ALAN) est une pression environnementale en expansion. Ses effets sur la biodiversité sont multiples et particulièrement marqués chez les insectes nocturnes. Or, l’évaluation de la pollution lumineuse repose encore largement sur des métriques conçues pour la vision humaine, qui décrivent mal ce que voit un insecte. Cette thèse propose un cadre écophysiologique pour relier les propriétés spectrales des éclairages nocturnes à la perception visuelle d’insectes, avec l’objectif de produire des indices comparatifs plus pertinents pour l’écologie et l’aide à la décision. Les impacts de l’ALAN sur les insectes sont documentés à plusieurs niveaux : perturbations des rythmes circadiens et saisonniers, effets sur l’immunité et la physiologie, altérations comportementales, et conséquences sur les populations et les communautés. La perception lumineuse est aussi espèce-dépendante. Une même lampe ne constitue donc pas le même stimulus selon l’organisme considéré. Cette thèse s’inscrit ainsi dans une démarche visant à dépasser des descripteurs synthétiques, insuffisants pour capturer la structure fine des spectres LED. Pour relier spectres et perception, la thèse s’appuie sur une base de réponses visuelles d’insectes exprimées sous forme de sensibilités spectrales relatives issues d’enregistrements électrorétinographiques extracellulaires (ERG). L’ERG fournit une réponse globale de l’œil, plus cohérente dans une perspective écologique que l’étude d’un photorécepteur isolé. En parallèle, une base de spectres de lampes est constituée par agrégation de plusieurs sources (terrain, laboratoire, mesures ponctuelles), totalisant 372 spectres dont 205 LED, majoritairement entre 300 et 900 nm. Les spectres étant normalisés à leur maximum, l’analyse porte d’abord sur la forme spectrale plutôt que sur l’intensité absolue. Sur cette base, la contribution principale est le développement d’indices de similarité “spectro-visuelle”. Le premier est un coefficient de similarité ξ, défini comme un produit scalaire normalisé entre le spectre de puissance d’une lampe SPD(λ) et une fonction de réponse visuelle A(λ). Dans ce cadre, plus ξ est élevé, plus la forme du spectre de la lampe est alignée avec la sensibilité de l’insecte, ce qui est interprété comme une détectabilité théorique accrue. Les résultats fondamentaux montrent que ξ augmente globalement avec la part de composantes bleues du spectre, atteint un plateau de similarité maximale, puis décroît légèrement aux valeurs les plus extrêmes, suggérant une relation non linéaire plutôt qu’un effet strictement monotone. Les seconds indices, MSI et DSI, positionnent la similarité dans un cadre relatif à des références naturelles. L’idée est de non seulement quantifier “à quel point une lampe colle à une sensibilité”, mais aussi à quel point cette stimulation se rapproche ou s’éloigne de contextes lumineux naturels pertinents. Une composante expérimentale de terrain est présentée comme première étape de validation des résultats fondamentaux. L’enjeu est de tester l’hypothèse structurante : si une lumière “plus visible” théoriquement via les indices est aussi “plus attractive” en conditions naturelles, alors les indices gagnent en pouvoir prédictif. Enfin, la thèse ouvre des perspectives méthodologiques et appliquées. Elle propose d’intégrer à terme l’intensité radiométrique/photonique, d’améliorer les bases de données de réponses visuelles, et de développer un cadre multivarié combinant ξ, MSI et DSI pour mieux discriminer des lampes de CCT similaires mais écophysiologiquement distinctes. Sur le plan opérationnel, les résultats questionnent la suffisance des critères actuels d’encadrement et suggèrent l’intérêt d’indicateurs spectraux plus précis et biologiquement informés pour orienter la conception et la gestion de l’éclairage nocturne. |
Artificial nighttime light (ALAN) is a growing environmental pressure. Its effects on biodiversity are multiple and particularly marked in nocturnal insects. However, the assessment of light pollution still largely relies on metrics designed for human vision, which poorly describe what an insect sees. This thesis proposes an ecophysiological framework to link the spectral properties of nocturnal lighting to the visual perception of insects, with the objective of producing more relevant comparative indices for ecology and decision support. The impacts of ALAN on insects are documented at several levels: disruptions of circadian and seasonal rhythms, effects on immunity and physiology, behavioral alterations, and consequences on populations and communities. Light perception is also species-dependent. The same lamp therefore does not constitute the same stimulus depending on the organism considered. This thesis is thus part of an approach aimed at going beyond synthetic descriptors, which are insufficient to capture the fine structure of LED spectra. To link spectra and perception, the thesis relies on a database of insect visual responses expressed in the form of relative spectral sensitivities taken from extracellular electroretinographic (ERG) recordings. The ERG provides a global response of the eye, more coherent from an ecological perspective than the study of an isolated photoreceptor. In parallel, a base of lamp spectra is created by aggregating several sources (field, laboratory, point measurements), totaling 372 spectra including 205 LEDs, mainly between 300 and 900 nm. As the spectra are normalized to their maximum, the analysis focuses first on the spectral shape rather than the absolute intensity. On this basis, the main contribution is the development of “spectro-visual” similarity indices. The first is a similarity coefficient ξ, defined as a normalized dot product between the power spectrum of a lamp SPD(λ) and a visual response function A(λ). In this framework, the higher ξ, the more the shape of the lamp spectrum is aligned with the sensitivity of the insect, which is interpreted as increased theoretical detectability. The fundamental results show that ξ increases overall with the share of blue components of the spectrum, reaches a plateau of maximum similarity, then decreases slightly at the most extreme values, suggesting a non-linear relationship rather than a strictly monotonic effect. The second indices, MSI and DSI, position the similarity in a framework relating to natural references. The idea is to not only quantify “how well a lamp fits a sensitivity”, but also to what extent this stimulation approaches or moves away from relevant natural light contexts. A field experimental component is presented as a first step in validating the fundamental results. The challenge is to test the structuring hypothesis: if light that is “more visible” theoretically via the indices is also “more attractive” in natural conditions, then the indices gain in predictive power. Finally, the thesis opens methodological and applied perspectives. It proposes to ultimately integrate radiometric/photon intensity, improve visual response databases, and develop a multivariate framework combining ξ, MSI and DSI to better discriminate between similar but ecophysiologically distinct CCT lamps. On an operational level, the results question the sufficiency of current management criteria and suggest the interest of more precise and biologically informed spectral indicators to guide the design and management of night lighting. |