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LIMNOLOGIE Science des eaux superficielles continentales et intérieures.

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1 LIMNOLOGIE Science des eaux superficielles continentales et intérieures

2 Historique de la limnologie École européenne École européenne Francois-Alphonse Forel 1892 (Suissse francophone) Francois-Alphonse Forel 1892 (Suissse francophone) Delebecque 1898 Delebecque 1898 Collet 1925 Collet 1925 Dussart 1966 Dussart 1966 Pourriot & Mecbeck 1995 Pourriot & Mecbeck 1995 École américaine École américaine Birge & Juday 1930 Birge & Juday 1930 Hutchinson 1957 Hutchinson 1957 Wetzel 1975, 1983, 2001 Wetzel 1975, 1983, 2001 Goldman & Horne 1983 Goldman & Horne 1983 Likens 1985 Likens 1985 Schindler 1977 Schindler 1977

3 Historique (2) 1892: Le lac Léman, monographie limnologique – 1892: Le lac Léman, monographie limnologique – Limnology is therefore the oceanography of lakes Limnology is therefore the oceanography of lakes 1922: conférence de lInternational association 1922: conférence de lInternational association of theoretical and applied limnology – SIL of theoretical and applied limnology – SIL limnology is the science of inland waterslimnology is the science of inland waters SIL 2007 MontréalSIL 2007 Montréal Ne pas oublier les lacs salés Ne pas oublier les lacs salés (e.g. Utah. Saskatchewan, Australie)(e.g. Utah. Saskatchewan, Australie) Ne pas oublier les eaux courantes Ne pas oublier les eaux courantes PotamologiePotamologie Fleuve, rivières, ruisseauxFleuve, rivières, ruisseaux Ne pas oublier les eaux souterraines Ne pas oublier les eaux souterraines SpéléolimnologieSpéléolimnologie

4 Milieux d études Milieux lénitiques = lacs, étangs, lagunes Milieux lénitiques = lacs, étangs, lagunes Milieux lentiques = réservoirs Milieux lentiques = réservoirs Milieux lotiques = fleuves, rivières, ruisseaux Milieux lotiques = fleuves, rivières, ruisseaux Milieux astatiques = mares temporaires Milieux astatiques = mares temporaires n Limnologie = Étude des lacs, réservoirs, étangs, lagunes n Potamologie = Étude des fleuves, rivières, ruisseaux n Milieux astatiques = Étude des mares temporaires n Eaux souterraines = Étude des lacs et rivières sous terre

5 Limnologie Science des eaux continentales

6 Importance des eaux douces 2% surface du globe km 2

7 Limnicité Definition: Definition: Indice de la densité des lacs sur un territoireIndice de la densité des lacs sur un territoire Dépend de: Dépend de: Nombre de lacs de petite taille ( km )Nombre de lacs de petite taille ( km 2 ) Géologie et perméabilité des solsGéologie et perméabilité des sols Activité glaciaireActivité glaciaire Aménagements hydroélectriquesAménagements hydroélectriques Quelques chiffres: Quelques chiffres: Global = 1.8 %Global = 1.8 % Zones sub-arides = 0.1 – 0.4 %Zones sub-arides = 0.1 – 0.4 % Zones glaciaires = 8 – 15 %: Canada, ScandinavieZones glaciaires = 8 – 15 %: Canada, Scandinavie Zones tempérées = 1 – 3 % : URSS, USA, UKZones tempérées = 1 – 3 % : URSS, USA, UK Maximum de limnicité : zone tempérée nordique Maximum de limnicité : zone tempérée nordique

8 Grands lacs mondiaux : les lacs deau douce

9 Le plus grand lac du monde Lac Baikal, Russie Surface = km 2 Volume = km 3 = 20 % du volume total des eaux douces Profondeur maximale 1741 m

10 Les Grands Lacs américains Les Grands Lacs km km 3 Lac Supérieur km km 3 Prof: 407 m L. Ontario L. Supérieur L. Michigan L. Huron L. Érié

11 Les autres grands lacs LacsContinentSurface km 2 Volume km 3 Prof. Max. m TanganyikaAfrique MalawiAfrique VictoriaAfrique AutresCanadaRussiePerouJapon Grand Lac à lOurs Grand Lac des Esclaves Lac Winnipeg Lac Lagoda Mer dAral Lac Issyl Kul Lac Titicaca Lac Biwa 10 premiers lacs = 87.5 % du volume, 34% de la surface des eaux douces

12 WORLDLAKE Database 8.45·10 6 lacs naturels de surface > 0.01 km 2 (Meybeck 1995) 8.45·10 6 lacs naturels de surface > 0.01 km 2 (Meybeck 1995) 76% inventoriés + 20% extrapolés76% inventoriés + 20% extrapolés 3-4% bathymétrie3-4% bathymétrie < 1% étude limnologique< 1% étude limnologique WORLDLAKE database WORLDLAKE database 4.6·10 4 lacs naturels4.6·10 4 lacs naturels 7.5·10 3 lacs et réservoirs artificiels7.5·10 3 lacs et réservoirs artificiels 157 pays157 pays 2465 plus grands lacs de surface > 50 km22465 plus grands lacs de surface > 50 km2

13 Fréquence vs surface des lacs Herdendorf 1990 La fréquence est inversement proportionnelle à la taille Mer caspienne

14 Origines des lacs Lacs glaciaires (58 %) Lacs glaciaires (58 %) Lacs tectoniques ou orographiques (33 %) Lacs tectoniques ou orographiques (33 %) Lacs volcaniques Lacs volcaniques Lacs de glissement de terrain Lacs de glissement de terrain Lacs de dissolution de roches sédimentaire Lacs de dissolution de roches sédimentaire Lacs dus à l action des eaux courantes Lacs dus à l action des eaux courantes Lacs dus à l action du vent Lacs dus à l action du vent Lacs côtiers Lacs côtiers Lacs et réservoirs dus à l activité organique ou humaine Lacs et réservoirs dus à l activité organique ou humaine Lacs accidentels Lacs accidentels Lacs dorigine mixte Lacs dorigine mixte

15 Lacs tectoniques Grabben lakes ou lacs orographiques Grabben lakes ou lacs orographiques Grande dépression ou faille lors de la formation des montagnes et des plissements synclinaux de la croûte terrestre Grande dépression ou faille lors de la formation des montagnes et des plissements synclinaux de la croûte terrestre Origine géologique ancienne Origine géologique ancienne Visible par satellite et missions extra terrestres Visible par satellite et missions extra terrestres Présence d`espèces endémiques Présence d`espèces endémiques

16 Lacs tectoniques en Amérique Lac Champlain (Can-USA) Lac Tahoe (California) Lac Titicaca (Péru) Grand Lac Salé (Utah) Lac Okeechobee (Floride)

17 Lacs tectoniques- Afrique Lac Malawi (Tanzanie) Lac Albert (Zaïre) Lac George (Uganda) Lac Tanganyika (Tanzanie)

18 Lacs tectoniques- Europe de lest / Russie Lac Balaton (Hongrie) Lac Baïkal (Russie)

19 Lacs tectoniques - Asie Lac Biwa en étéLac Biwa en hiver Japon

20 Lacs volcaniques Lacs dexplosion volcanique (caldera ou maar) (1) Lacs dexplosion volcanique (caldera ou maar) (1) Lacs de cratère dans cuvette de volcan éteint (1) Lacs de cratère dans cuvette de volcan éteint (1) Lacs de barrage de vallée par la lave (2) Lacs de barrage de vallée par la lave (2) Forme conique, profond, peu productif 2 1

21 Lacs volcaniques Lac Pavin (Massif Central) Lac Taupo (N Zélande) Lac Toba (Indonésie)

22 Lacs glaciaires Lacs de cirques et en chapelet (pater noster) (1) (déplacement des glaciers = érosion) Lacs de cirques et en chapelet (pater noster) (1) (déplacement des glaciers = érosion) Lacs de barrage de vallée glaciaires (2) Lacs de barrage de vallée glaciaires (2) lacs alpins ou de montagne (creusement des vallées glaciaires) lacs alpins ou de montagne (creusement des vallées glaciaires) très nombreux dans lhémisphère nord et en montagne très nombreux dans lhémisphère nord et en montagne (2) (1)

23 Lacs glaciaires de cirque ou de fjord Lac Inférieur, Pyrénées (France) Loch Ness (Écosse) Wood Lake, BC, (Canada) Lac Nantua Lac dAnnecy (France)

24 Lacs glaciaires arctiques Lac Miquelon, Alberta Grand lac des Esclaves Yukon Lac Aishihik, Yukon Lago Posadas (Argentine)

25 Lacs glaciaires: Finger Lakes Lac Massiwippi, Qué.Lac Memphrémagog, Qué.

26

27 Lacs glaciaires: Kettle lakes Lac Montagnette Pyrénées, France Twin Lakes Colorado Fonte des lentilles glaciaires

28 Formation glaciaire des grands lacs 1 ière glaciation: BC 1 ière glaciation: BC 1 ier retrait: 9500 BC 1 ier retrait: 9500 BC lien avec l`océan atlantiquelien avec l`océan atlantique creusement de la vallée du St-Laurentcreusement de la vallée du St-Laurent 2 ième glaciation: 8000 BC 2 ième glaciation: 8000 BC 2 ième retrait: 6000 BC 2 ième retrait: 6000 BC relèvement de la croûte terrestrerelèvement de la croûte terrestre coupure du lien avec la mercoupure du lien avec la mer configuration définitive des Grands Lacs américainsconfiguration définitive des Grands Lacs américains

29 Lacs de glissement de terrain Glissement et éboulement de terrain Glissement et éboulement de terrain Barrage de vallées Barrage de vallées lacs permanents si le terrain est imperméable lacs permanents si le terrain est imperméable Plus fréquent sur terrain argileux Plus fréquent sur terrain argileux Lac de barrage de vallée Lac dans la zone déboulement France Lac Montbriond Lac de Sylvans

30 Lacs Karstiques – lacs de doline Dissolution du carbonate de calcium par des eaux légèrement acides (CO 2 ) Lacs karstiques Effleurement de la nappe phréatique seepages lakes Fonte du pergélisol Mares arctiques

31 Lacs dus aux eaux courantes Lacs de méandres ou oxbow lakes Lacs de méandres ou oxbow lakes Lacs fluviaux (Ex: lacs St-François, St-Louis, St Pierre dans le fleuve Saint-Laurent) Lacs fluviaux (Ex: lacs St-François, St-Louis, St Pierre dans le fleuve Saint-Laurent) Lacs de plaine d inondation (Amazone, Parana) Lacs de plaine d inondation (Amazone, Parana) Lacs de bassins de cascade ou de torrent Lacs de bassins de cascade ou de torrent

32 Formation dun lac de méandre 1 2 3

33 Lac de méandre : Oxbow lake

34 Lacs fluviaux Lac Saint Pierre

35 Lacs de plaine dinondation Rio Parana Pantanal Amazone

36 Lacs du à laction des vents Lacs souvent temporaires Lacs souvent temporaires Formés par la formation des dunes dans les plaines arides durant la saison des pluies Formés par la formation des dunes dans les plaines arides durant la saison des pluies Dunes lakes en Australie et Nouvelle Zélande Dunes lakes en Australie et Nouvelle Zélande Deflation lakes ou Playas lakes Deflation lakes ou Playas lakes

37 Lacs côtiers Étang de Thau (France) Barrage de lagunes Fermeture dune baie par la déposition de sédiments. Peuvent être deau douce ou deau salée.

38 Lacs dorigine humaine: Réservoirs hydroélectriques Réservoir Broa, BrésilRéservoir Caniapiscau, Qué. Réservoir Manicouagan, Qué.Réservoir LG-2, Qué.

39 Retenues deau pour l`irrigation Étangs de pisciculture Réservoir Diefenbaker Saskatchewan (Canada) Étang des Dombes (France) Lacs extra-terrestres: impact de météorite: lac Manicouagan, lac Cratère

40 Lacs dorigine multiple : lacs alpins Lac Léman (Genève) (France-Suisse) Lac Lucerne (Suisse) Lago Maggiore (Italie) Lac Constance (Suisse)

41 Morphométrie des lacs P yramid Lake Nevada

42 Planimétrie Longueur maximale Longueur maximale Longueur maximale effective Longueur maximale effective Largeur maximale Largeur maximale Largeur moyenne Largeur moyenne Périmètre Périmètre Développement de la ligne de rivage Développement de la ligne de rivage Superficie Superficie L Fetch Fetch (emprise au vent) l l moy. = S o / L l moy. = S o / L p Dl = p/(2.(S o )) Dl = p/(2.(S o )) S o S o

43 Méthode de Simpson: surface

44 Bathymétrie Profondeur maximale Profondeur maximale Profondeur moyenne Profondeur moyenne Rapport P moy./P max. Rapport P moy./P max. Volume Volume Profondeur relative Profondeur relative Indice de creux Indice de creux Développement du volume Développement du volume P max. P max. P moy. = V / S o P moy. = V / S o P moy. / P max. P moy. / P max. V = h/3 (s 1 +s 2 + S 1 S 2 ) V = h/3 (s 1 +s 2 + S 1 S 2 ) Pr = (50 P max )/ S o Pr = (50 P max )/ S o Ic = 1000 P moy. So Ic = 1000 P moy. So Dv = 3 P moy./P max. Dv = 3 P moy./P max.

45 Carte bathymétrique P max. Isobathes

46 Rapport P moy. / P max. PiscineLac concaveLac convexe

47 Volume dun lac S 1m, S 2m h = 1 m

48 Profondeur relative La profondeur relative est le rapport en pourcentage (%) entre la profondeur maximale (P max.) et le diamètre moyen du lac en considérant que sa surface est parfaitement circulaire La profondeur relative est le rapport en pourcentage (%) entre la profondeur maximale (P max.) et le diamètre moyen du lac en considérant que sa surface est parfaitement circulaire

49 Indice de creux (Ic) Lac Pavin 84 Lac Pavin 84 lac Crater44 lac Crater44 Lac Tahoe 14 Lac Tahoe 14 lac Léman 6.3 lac Léman 6.3 Lac Tanganyika 3.2 Lac Tanganyika 3.2 Lac Baikal 2.6 Lac Baikal 2.6 Lac Biwa1.5 Lac Biwa1.5 Lac Titicaca1.1 Lac Titicaca1.1 Lac G.L Esclave 0.4 Lac G.L Esclave 0.4 Lac Huron0.24 Lac Huron0.24 Lac Winnipeg 0.08 Lac Winnipeg 0.08

50 Développement du volume (Dv) Dv > 1 Dv < 1 Dv = 1 Dv > 1Dv < 1

51 Courbes hypsographiques Les courbes hypsographiques sont des représentations graphiques de la relation entre la surface ou le volume du lac et sa profondeur Les courbes hypsographiques sont des représentations graphiques de la relation entre la surface ou le volume du lac et sa profondeur Elles donnent un aperçu de la forme du lac Elles donnent un aperçu de la forme du lac Type I Type II Type III

52 Lois de distribution des lacs

53 Relation lac - bassin versant

54 Effets des bassins versants

55 Rapport Superficie bassin versant - Surface du lac

56 Nature et classification des sédiments Nature des sédiments: Nature des sédiments: âge du lac âge du lac dimension du lac dimension du lac latitude et climat latitude et climat nature du sol nature du sol géologie du bassin versant géologie du bassin versant Classification des sédiments Classification des sédiments texture et granulométrie texture et granulométrie composition chimique composition chimique géochimie et état d oxydation géochimie et état d oxydation contenu en eau contenu en eau contenu en matière organique et humus contenu en matière organique et humus Niveau d acidification Niveau d acidification Ratio C/N Ratio C/N

57 Le rapport C/N Le rapport C/N (carbone/azote) exprime le degré de minéralisation d'un sol organique ou humus. Le rapport C/N (carbone/azote) exprime le degré de minéralisation d'un sol organique ou humus.carboneazoteminéralisationsolhumuscarboneazoteminéralisationsolhumus Plus le taux d'azote est important, plus le rapport C/N est bas et plus la vitesse de minéralisation est élevée. Plus le taux d'azote est important, plus le rapport C/N est bas et plus la vitesse de minéralisation est élevée.vitesse de minéralisationvitesse de minéralisation

58 Type de sédiments selon la matière organique Type DY: Type DY: Milieu acide, couleur brune, riches en matiéres humiques, Rapport C/N > 10, teneur en carbone organique > 10%, sédiment biologiquement peu actifMilieu acide, couleur brune, riches en matiéres humiques, Rapport C/N > 10, teneur en carbone organique > 10%, sédiment biologiquement peu actif Type GYTTJA: Type GYTTJA: Milieu alcalin ou neutre, sédiment brun gris, trés visqueux, riche en matière organique, sédiments biologiquement actif, riches en bactéries, rapport C/N < 10 proche du rapport C/N du phytoplancton (5-6), teneur en carbone organique < 10%Milieu alcalin ou neutre, sédiment brun gris, trés visqueux, riche en matière organique, sédiments biologiquement actif, riches en bactéries, rapport C/N < 10 proche du rapport C/N du phytoplancton (5-6), teneur en carbone organique < 10% Type SAPROBEL: Type SAPROBEL: Milieu organique anaérobique, sédiment riche en matière organique et anoxique, produits de décomposition (méthane, hydrogène sulfuré), couleur bleue noire, riches en bactéries anaérobiquesMilieu organique anaérobique, sédiment riche en matière organique et anoxique, produits de décomposition (méthane, hydrogène sulfuré), couleur bleue noire, riches en bactéries anaérobiques Type TOURBE: Type TOURBE: Milieu organique à trés faible décomposition, tourbes acides à spaignes, tourbes alcalines, Rapport C/N entre 20 et 40Milieu organique à trés faible décomposition, tourbes acides à spaignes, tourbes alcalines, Rapport C/N entre 20 et 40

59 Indices sédimentologiques Gradient humique Gradient humique (rapport C/N) Gradient trophique Gradient trophique (% Si et % Diatomées) Type de sédiments Type de sédiments (Dy - Gyttja) Utilisation des carottes de sédiments en paléolimnologie

60 Lacs = Patrimoine mondial


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