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Intro1

Résumé

La pollution lumineuse nous affecte tous d'une façon ou d'une autre. Mais réussir à bien la calculer, et à bien la modéliser, n’est pas simple. Toutefois, avec ILLUMINA, un nouveau modèle prenant en considération bon nombre de variables, nous en sommes capables. Cela demande énormément de calcul. En effet, même sur un superordinateur comme le Mammouth série II, il nous est impossible de calculer plus qu'un ordre de diffusion pour des larges domaines géographiques de l'ordre de 10000 km2 et plus (résolution de 1 km2). Notre projet consiste donc à optimiser ILLUMINA en diminuant son temps de calcul pour ainsi pouvoir effectuer des calculs plus poussés (comme insérer la deuxième diffusion) à l'intérieur d'un temps raisonnable.

Étant donné la complexité du modèle, nous ne modifierons que les cartes d’entrées et de sorties. Pour ce faire, nous allons simplifier les cartes de luminosité, en attribuant à un certain point la luminosité totale de tous les points avoisinant, mettant ainsi leur valeur à zéro, ce qui allégera considérablement le temps de calcul, puisqu’ILLUMINA ne calcule pas les luminosités égales à zéro. Le nombre de points non-nuls diminuera ainsi en fonction de la distance au point d’observation. Nous donnerons toutefois plus d’importance aux endroits ayant une grande luminosité, même si cette zone se trouve plus éloignée. Puis une fois les calculs d’ILLUMINA effectués, nous redistribuons la somme des résultats aux points avoisinants selon leur proportion de la luminosité initiale.

Les résultats sont encourageant, ILLUMINA prenant nettement moins de temps de calculs, mais les paramètres du programme optimisant le produit du temps de calcul et de l'erreur commise par rapport au calcul complet restent à déterminer.

Dans un deuxième ordre d’idée, nous avons mis à jour les données intrants élaborés par Andréane D’Arcy-Lepage, Maude Fontaine et Caroline Pfister en 2010-2011 pour modéliser la réserve de ciel étoilé du Mont-Mégantic., qui avait grandement sous-estimé la présence de lanterne de ferme dans les milieux ruraux. Nous avons donc défini une nouvelle zone, la zone rurale, fait une étude sur ce type de lumière, et pris un échantillon de lampadaires dans la région de Stoke, pour en venir à la conclusion que le 2/3 des lampadaires ruraux sont des lanternes de ferme, De plus, selon les observations que Martin Aubé nous a fourni, 1/3 de ces lanternes avaient des ampoules au sodium haute pression et le 2/3 des ampoules au mercure. Il ne reste donc plus qu’à intégrer ces intrants aux autres déjà présentes, et de refaire une autre modélisation.

Abstract

Light pollution affects us all one way or another. But to succeed in calculating and modeling the quantity of light pollution present in a certain area is not simple since very few models of calculation are able to do so thoroughly. However, with ILLUMINA, a new model taking into account many variables, it is possible to calculate light pollution. However, this requires a lot of calculations. Even on a supercomputer such as Mammouth series II, it is impossible to calculate more than an order of distribution for large geographical areas of about 10,000 km2 and more. Our project is therefore to optimize ILLUMINA by reducing the computation time and power for more advanced calculations (like inserting the second distribution) within a reasonable time.

Given the complexity of the model, we will only change the card input and output. To do so, we will simplify the maps of brightness, by assigning to a certain point the total brightness of all points nearby, thus bringing the value of the nearby points to zero, which considerably reduces the computation time, does not calculate since ILLUMINA brightness equal to zero. The number of non-zero points will decrease depending on the distance between the point and the observation point. We will, however, place more emphasis on areas with a lot of light, even though some these areas can be farther away from the observation point. Then once ILLUMINA’s calculations are performed, we redistribute the sum of the results to neighboring points according to their proportion of contribution to the initial brightness.

The results are encouraging; ILLUMINA taking significantly less computing time, but the parameters of the optimizing program the results of the computation time and the error margin from the full calculation program need to be determined. We have also updated the data inputs developed by Andréane D'Arcy-Lepage, Maude Fontaine and Caroline Pfister in 2010-2011 to model the Dark Sky Preserve Mount Mégantic. They had greatly underestimated the presence of lantern farm in rural areas. We have defined a new zone, the rural area, and studied on its type of light, and took a sample of streetlights in the area of Stoke, to come to the conclusion that the 2 / 3 of rural street lights are farm lanterns. In addition, according to the observations provided to us by Martin Aubé, 1 / 3 of the lanterns had high pressure sodium bulbs and 2 / 3 of mercury bulbs. The only task left is to integrate these inputs to the other inputs already present, and make ILLUMINA execute new calculations.

Introduction

Lors des dernières années, Aubé et al. ont mis au point une méthode et un logiciel (ILLUMINA) capable de calculer la pollution lumineuse perceptible pour un site d'observation et une ligne de visée quelconque. Cette méthode a été appliquée au cas du Mont-Mégantic, la première réserve de ciel étoilé au monde, par Andréane D’Arcy-Lepage, Maude Fontaine et Caroline Pfister en 2010-2011. Toutefois, ce logiciel, prenant en considération plusieurs paramètres, comme la réflectance du sol, l'altitude, la hauteur des lampadaires, des obstacles, les différents types de lampadaires et possédant une très grande résolution, prend un temps énorme pour faire tout ses calculs, l'empêchant donc d’être utilisé à son plein potentiel. Le temps de calcul pour une seule diffusion est raisonable (2h environ sur le Mammouth serie II), toutefois elle est loin de l’être pour une deuxième diffusion puisque le temps de calcul nécessaire pour faire la modélisation dépasse notre temps alloué sur le superordinateur.

Nous voulons donc optimiser ILLUMINA pour pouvoir l'utiliser à son plein potentiel, et ainsi avoir des résultats qui tiennent comte d’un ordre de diffusion supérieur à un. Nous saurons si nous avons réussi si le temps gagné avec ces optimisations est notable, et si la perte de précisions vis-à-vis les données est en dessous d'un seuil critique que vous avons estimé à 1%.

Nous avons aussi peaufiné les données entrantes ayant servies à la modélisation de la pollution lumineuse au Mont-Mégantic en 2010 par Andréane D’Arcy-Lepage, Maude Fontaine et Caroline Pfister en 2010-2011. En effet, ces derniers n'avaient pas considéré la prédominance des lanternes de ferme dans les régions rurales, bien que ces lanternes soient parmi les plus polluantes.