Spectre de la fumée des incendies de forêt et de la lumière du jour : comment la fumée fraîche ou vieillie change la lumière au fil du temps (et comment compenser)
Les jours où il y a un incendie de forêt, vous sortez. C'est un ciel orange. Même à midi, la lumière ressemble à un coucher de soleil. C'est là que la plupart des gens s'arrêtent. Mais cette lumière orange coûte cher si vous utilisez des panneaux solaires, prenez des photos pour gagner votre vie ou cultivez des plantes à l’intérieur.
L'altération de la lumière du jour par la fumée n'est pas le seul problème. Le problème est que la lumière du jour est constamment altérée par la fumée. L'impact de la fumée fraîche diffère de celui de la fumée d'un jour-. De plus, cela n’est pas abordé dans la majorité des articles.
Trois choses sont accomplies par ce guide :
démontre les effets de la fumée fraîche sur le spectre lumineux à l’aide de chiffres réels.
explique pourquoi la quantité de lumière bleue absorbée par la fumée varie avec le temps.
vous propose un plan d'éclairage-par-étape afin que vous puissiez compenser
Commençons par ce que vous pouvez réellement voir.
1. Premièrement, comment la lumière du jour est-elle affectée par la nouvelle fumée des incendies de forêt ?
1.1 L'impact direct : la lumière orange/rouge demeure, la lumière bleue est bloquée
La lumière du soleil présente un mélange équilibré de toutes les longueurs d’onde visibles à midi sous un ciel clair. Cet équilibre se déplace radicalement vers l’orange et le rouge lorsqu’il y a beaucoup de fumée.
Pourquoi? Parce que les longueurs d’onde courtes (bleu et violet) sont diffusées et absorbées par les particules de fumée beaucoup plus fréquemment que les longues longueurs d’onde (orange et rouge). La suppression de la lumière bleue fait paraître le ciel orange, non pas parce que la fumée est orange.
On a l’impression d’être en fin d’après-midi lorsque l’on sort par une journée brumeuse. Les couleurs sont sobres. Les blancs ont une apparence ambrée. C'est le résultat direct.
1.2 Données réelles : mesures du spectromètre de fumée fraîche (3 440 K, décalage SPD)
Mettons quelques chiffres là-dessus.
Un spectromètre portable a été utilisé pour détecter la lumière du jour à midi lors des incendies de forêt de septembre 2020 à Portland, dans l'Oregon. La température typique à midi se situe entre 5 500K et 6 500K. Elle est tombée à 3440K lorsqu'il y avait beaucoup de fumée.
Les longueurs d'onde violettes, bleues et même certaines vertes indiquaient clairement une baisse de la distribution spectrale de puissance (SPD). La lumière se dirigeait vers580 nm, une teinte ambrée brillante.
Il n’est pas nécessaire que vous vous souveniez du nombre 3440K. Gardez simplement à l’esprit qu’une partie importante du bleu et du vert est éliminée par la fumée fraîche. Ce qui reste est ambré, chauffé et pauvre en énergie végétale.
1.3 Diffusion Rayleigh : une explication de la raison pour laquelle la fumée grise produit une lumière ambre
Les particules grises à base de carbone-constituent elles-mêmes la fumée. Alors pourquoi la lumière ambrée peut-elle provenir de la fumée grise ?
Diffusion Rayleigh. Les longueurs d'onde plus longues (rouge) diffusent moins que les longueurs d'onde plus courtes (bleu). La lumière bleue est dispersée dans toutes les directions lorsque la lumière du soleil traverse une couche dense de particules de fumée. Une partie n’atteint jamais vos panneaux solaires ou vos globes oculaires. La majorité de la lumière qui la traverse est orange et rouge.
La fumée fonctionne comme un énorme filtre bloquant le bleu- suspendu dans le ciel, pour ainsi dire. Ce n'est pas un filtre orange. Le bleu vient d'être éliminé.
Cependant, seul le changement de couleur peut être expliqué par la diffusion Rayleigh. La quantité d’absorption de la lumière bleue ne s’explique pas par cela. Pour ce faire, nous devons examiner la chimie de la fumée.
2. La question sans réponse : pourquoi la fumée absorbe-t-elle autant de lumière bleue ?
2.1 Présentation de l'absorbeur dominant, le « carbone brun foncé » (d-BrC)
Les particules de fumée diffèrent les unes des autres. Certains sont de la suie ou du carbone noir. Le carbone organique en constitue une partie. Et la principale cause de la forte absorption de la lumière bleue par la fumée est un type particulier de carbone organique appelé carbone brun foncé (d-BrC).
Contrairement au carbone brun ordinaire, le d-BrC est résistant au photoblanchiment et insoluble dans l'eau. Il continue d'absorber la lumière tout en restant dans l'atmosphère. Selon une étude de 2023 publiée dans Nature Geoscience, d-BrC est le principal absorbeur d'ondes courtes dans les panaches de fumée provenant des incendies de forêt dans l'ouest des États-Unis.
2.2 Mesuré : les 3/4 de l'absorption de la lumière bleue proviennent de d-BrC
Chiffres concrets de la même étude :
Les trois-quarts de la courte absorption de la lumière visible (du bleu au vert) sont attribués à d-BrC.
Il est responsable de 50 % de l’absorption de la lumière visible longue (rouge).
Le carbone noir n’est pas la principale cause de la perte de lumière bleue que vous observez lors d’une journée enfumée. Il provient de d-BrC. Ces particules sont extrêmement visqueuses, petites et sphériques. Dans la littérature scientifique, elles sont fréquemment appelées « boules de goudron ».
2.3 Boules de goudron : les particules microscopiques du ciel ambré
d-BrC apparaît sous forme de particules rondes et vitreuses lorsqu'elles sont observées au microscope électronique. Leur diamètre varie de 140 à 200 nanomètres. Ils ne se contentent pas de couver ; ils se forment lors de flammes à haute-température.
Pourquoi devrais-tu t'en soucier ? à cause de l'entêtement des boules de goudron. Ils mettent du temps à se décolorer. Ils continuent d’absorber la lumière bleue pendant des jours tout en restant dans l’atmosphère. Pour cette raison, un ciel enfumé peut rester orange pendant un temps considérable. Mais pas indéfiniment.
3. La fumée évolue au fil du temps : ce que la plupart des articles ne vous disent pas
3.1 Le processus de vieillissement : lumière-diffusion (blanc) vers lumière-absorption (marron)
La couleur de la fumée fraîche est brune. Il réchauffe l'atmosphère en absorbant les rayonnements à ondes courtes. Cependant, la fumée réagit avec les oxydants tels que les radicaux OH et NO3 à mesure qu'elle mûrit. La composition chimique change. Les particules commencent à se disperser davantage et à absorber moins.
La fumée plus ancienne devient blanche. L’air n’en est pas autant réchauffé. La lumière est dispersée dans toutes les directions. Pour la lumière qui atteint la terre, c’est important.
3.2 Mesuré : réduction de l'absorption de la lumière jusqu'à 46 %
Par rapport à la fumée fraîche, la fumée vieillie peut réduire l'absorption de la lumière jusqu'à 46 %, selon une étude réalisée en 2017 par des chercheurs de l'Université de Washington à Saint-Louis (publiée dans Environmental Science & Technology Letters).
C’est une énorme baisse. Après quelques jours, le même panache de fumée qui a rendu votre ciel orange à midi laissera passer davantage de lumière bleue.
3.3 Chronologie visuelle : évolution du spectre de la lumière du jour (0h → 24h → 72h+)
Basé sur des mesures sur le terrain et des recherches sur le vieillissement en laboratoire, le calendrier suivant est approximatif :
0 à 12 heures (fumée neuve) : CCT entre 3 400 K et 3 800 K. Les longueurs d'onde vertes et bleues sont fortement atténuées. Le ciel semble être orange à brun. Le soleil est souvent invisible.
Vieillissement précoce (12 à 24 heures) : le CCT s'élève à 4 000 K – 4 500 K. Une petite lumière bleue revient. Le ciel devient jaunâtre au lieu d'orange.
24 à 72 heures (transitoire) : CCT entre 4 500 K et 5 000 K. La lumière bleue s’améliore encore. Le ciel apparaît d’un blanc flou avec une touche de jaune.
Le CCT approche 5 000 K à 5 500 K après 72 heures (fumée vieillie). Bien que le spectre soit plus proche de la normale, la diffusion peut néanmoins entraîner une diminution de l'intensité totale.
La météo, le type d’incendie et la densité de la fumée affectent tous ce calendrier. Cependant, le sens est toujours le même : la fumée vieillie est plus diffuse et blanche, tandis que la fumée fraîche est plus orangée.
4. L'importance de cette chronologie pour votre vie quotidienne
4.1 Pour les producteurs et les plantes d'intérieur :PPFDCourbe de récupération et de chute
Pour un développement compact et un contrôle stomatique, les plantes ont besoin de lumière bleue. La lumière bleue peut diminuer de 60 à 70 % en présence de fumée fraîche. Le PPFD, ou densité de flux de photons photosynthétiques, diminue fréquemment de 30 à 50 %.
Pour les producteurs commerciaux, cela entraîne une diminution des rendements, un étirement et une croissance plus lente. La bonne nouvelle est que le PPFD récupère à mesure que la fumée vieillit. Il faut cependant du temps pour que tout redevienne normal. Pendant les premières 48 heures, vous devez apporter des ajustements quotidiens à votre éclairage supplémentaire.
4.2 Un cauchemar de balance des blancs qui change chaque jour pour les photographes
La balance des blancs automatique de votre appareil photo repose sur le fait que la source de lumière est proche de D65, ou de la lumière du jour. La caméra surcorrige à 3440K lorsqu'il y a une nouvelle fumée. Les images apparaissent excessivement froides, parfois même violettes.
Pire encore, la température de couleur varie quotidiennement. À 14 heures, une balance des blancs personnalisée réglée à 10 heures peut être incorrecte. Utilisez une carte grise si vous tirez à l'extérieur lors d'un incident de fumée. Toutes les quelques heures, vérifiez votre balance des blancs. Vous pouvez également passer au Kelvin manuel et effectuer des ajustements à mesure que la fumée mûrit.
4.3 Pour les propriétaires de panneaux solaires : variations quotidiennes de la perte de production
L'irradiance normale directe (DNI) est considérablement réduite par la fumée fraîche. La lumière diffuse de vos panneaux génère toujours une certaine énergie, bien que la puissance globale puisse diminuer de 20 à 40 %.
La lumière diffuse s’intensifie à mesure que la fumée mûrit et devient plus diffuse. Cependant, jusqu'à ce que le panache disparaisse, l'irradiation totale reste inférieure à la moyenne. Gardez un œil sur votre production quotidienne. Il ne sera pas très utile de nettoyer vigoureusement vos panneaux pendant l'apparition de fumée. Attendez jusqu'à ce que la fumée se dissipe.
4.4 Pour tous les autres : l’impact de la fumée vieillissante sur le sommeil, l’humeur et le confort visuel
Une faible lumière bleue et une faible température de couleur peuvent vous rendre somnolent et moins éveillé. Ce n'est pas de la créativité. Les rythmes circadiens sont régulés par la lumière bleue. Votre corps peut voir le crépuscule si vous passez toute la journée sous une lumière de 3 400 K.
Utilisez un éclairage de 5 000 K pendant la journée pour compenser le travail à l'intérieur. Vos yeux l’apprécieront également. Lire à la lumière ambrée provoque une fatigue oculaire plus rapide.
5. Comment compenser : un plan d'éclairage basé sur le temps
5.1 Idée générale : réintroduire ce qui manque en fonction de l'âge
Le ciel semble chaud, alors n'ajoutez pas seulement une lumière chaude. Cela exacerbe le problème. Réintroduisez les longueurs d’onde bleues et vertes éliminées par la fumée.
La compensation doit être adaptée au stade de fumée. La rectification la plus vigoureuse est requise pour la fumée fraîche. La fumée plus ancienne nécessite moins.
5.2 Étape 1 : Fumée fraîche (0 à 24 heures) : Supplément bleu +IRC élevé de 5 000 K à 6 500 K
CCT : entre 5000K et 6500K
IRC : > 90
Supplément bleu : Si vous cultivez des plantes, ajoutez 450 nm supplémentaires.
Pourquoi? La lumière bleue est réduite de plus de 50 % par la fumée fraîche. Pour restaurer le rendu des couleurs et donner aux plantes un bleu adéquat, vous avez besoin d'un CCT et d'un IRC élevés.
5.3 Étape 2 : Fumée de transition (24 à 72 heures) :Spectre completCCT : 4 000 K à 5 000 K
Type : LED à spectre complet
Le spectre commence à s'améliorer. Les suppléments bleus lourds ne sont plus nécessaires. Habituellement, une lumière à spectre complet- décente dans la zone 4 000 K à 5 000 K fera l'affaire.
5.4 Étape 3 : Fumée vieillie (72h+) : 3 500 K à 4 500 K, Uniformité CCT : 3 500 K à 4 500 K
Priorité : couverture uniforme plutôt qu'intensité maximale
Le spectre est presque typique à ce stade. La lumière est cependant toujours plus dispersée que la normale. Assurez-vous que votre espace de travail est uniformément éclairé par votre éclairage artificiel.
5.5 Ce qu'il ne faut pas faire : utilisation"Blanc chaud" (2700K)ne fera qu'aggraver la situation.
L'erreur la plus fréquente est celle-ci. Pour tenter de « faire correspondre » un ciel orange, les gens optent pour des lumières blanches et chaudes. Cela rend le problème deux fois plus grave. La couleur bleue des ampoules blanc chaud (2700K) est déjà faible. Votre niveau de lumière bleue diminue encore plus lorsque vous les combinez avec une journée enfumée.
Utilisez des lumières avec un CCT et un CRI élevés. N'essayez pas de faire correspondre le ciel. Rattrapez-le.
6. Toutes les brumes atmosphériques ne sont pas identiques : la fumée par rapport aux autres
| Condition | Changement de CCT | Changement d'IRC | Évolution temporelle | Composant principal |
|---|---|---|---|---|
| Fumée de feu de forêt (fraîche) | Descend à 3400-4500K | Baisse considérablement | Modifications au fil des jours (vieillissement) | d-BrC, carbone noir |
| Brume urbaine | Chute modérée à 4 500-5 500 K | Légère baisse | Lent, moins dramatique | Nitrates, sulfates |
| Cendre volcanique | Peut descendre en dessous de 3000K | Chute sévère | Des semaines à des mois | Silice, poussière de roche |
| Nuage mince | Légère augmentation (plus frais) | Petit changement | Heures | Gouttelettes d'eau |
| Ciel clair | ~5500-6500K | ~95+ | Écurie | N/A |
La fumée est unique car elle vieillit chimiquement. Ce n’est pas le cas de la brume et des nuages.
7. Comment garder un œil sur la qualité de la lumière en cas d'apparition de fumée
7.1 Indices visuels : que voir dans le ciel à chaque phase
Frais : Ciel orange à brun, soleil invisible
Transition : ciel doré, soleil à peine visible
Vieilli : Ciel blanc, soleil brumeux mais perceptible
Les indices visuels sont difficiles à interpréter. Utilisez-les simplement pour deviner rapidement.
7.2 Faible-ressources technologiques : applications d'estimation CCT pour smartphones
Le CCT peut être estimé à partir de l'appareil photo de votre téléphone à l'aide d'applications telles que Colorimeter ou LightSpectrum Pro. Bien qu'ils ne soient pas de qualité laboratoire, ils suffisent pour déterminer si vous êtes à 3 500 K ou à 5 000 K.
7.3 Instruments experts : spectromètres portables
Investir dans un spectromètre portable en vaut la peine si vous gérez une culture commerciale ou un studio photo. Vous pouvez obtenir le CCT, le CRI et le SPD complet avec une seule mesure. Vous pourrez déterminer le stade précis de la fumée.
FAQ
Q : La couleur et la température de la fumée provenant des incendies de forêt changent-elles avec le temps ?
R : En effet. Le CCT peut être abaissé à environ 3 400 K avec de la fumée fraîche. Au cours de deux à quatre jours, le CCT revient progressivement à environ 5 000 K – 5 500 K à mesure que la fumée mûrit.
Q : Combien de temps faut-il pour que la fumée mûrisse et modifie la quantité de lumière qu'elle absorbe ?
R : Dans les 12 à 24 heures, des effets significatifs commencent. En fonction de la lumière du soleil, de l’humidité et des niveaux d’oxydant, le changement complet de la fumée brune à la fumée blanche prend de deux à cinq jours.
Q : Qu'est-ce qui distingue le « carbone noir » du « carbone brun » ?
R : Toutes les longueurs d’onde visibles sont sévèrement absorbées par le carbone noir, ou suie. Le bleu et le vert sont largement absorbés par le carbone brun. Comparé au BrC ordinaire, le carbone brun foncé (d-BrC) absorbe beaucoup plus puissamment et résiste au blanchiment.
Q : La fumée peut-elle réduire le rendement de mes panneaux solaires ? A chaque étape, de combien ?
R : En effet, la fumée fraîche peut réduire la production de 20 à 40 %. 10à 20 % de la fumée de transition. fumer de 5 à 10 % ou moins.
Q : Par une journée enfumée, à quelle température de couleur dois-je régler mes lampes de culture ?
R : Utilisez 5 000 K à 6 500 K pour une fumée fraîche. Fumée vieillie : 3 500 K à 4 500 K ; fumée de transition : 4 000 K à 5 000 K. Évitez de descendre en dessous de 3500K.
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Kévin Rao
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