Science des eaux superficielles continentales et intérieures

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1 Science des eaux superficielles continentales et intérieures
LIMNOLOGIE Science des eaux superficielles continentales et intérieures

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

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

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

5 Limnologie Science des eaux continentales

6 Importance des eaux douces
2% surface du globe km2

7 Limnicité Definition: Dépend de: Quelques chiffres:
Indice de la densité des lacs sur un territoire Dépend de: Nombre de lacs de petite taille ( km2) Géologie et perméabilité des sols Activité glaciaire Aménagements hydroélectriques Quelques chiffres: Global = 1.8 % Zones sub-arides = 0.1 – 0.4 % Zones glaciaires = 8 – 15 %: Canada, Scandinavie Zones tempérées = 1 – 3 % : URSS, USA, UK Maximum de limnicité : zone tempérée nordique

8 Grands lacs mondiaux 7 6 8 4 1 2 5 3 1-8: les lacs d’eau douce

9 Le plus grand lac du monde Lac Baikal, Russie
Surface = km2 Volume = km3 = 20 % du volume total des eaux douces Profondeur maximale 1741 m

10 Les Grands Lacs américains
km2 km3 L. Supérieur Lac Supérieur km2 km3 Prof: 407 m L. Huron L. Ontario L. Michigan L. Érié

11 Les autres grands lacs 10 premiers lacs = 87.5 % du volume, 34% de la surface des eaux douces Lacs Continent Surface km2 Volume km3 Prof. Max. m Tanganyika Afrique 32 900 18 900 1471 Malawi 22 500 6 140 706 Victoria 68 500 2 700 92 Autres Canada Russie Perou Japon Grand Lac à l’Ours Grand Lac des Esclaves Lac Winnipeg Lac Titicaca Lac Lagoda Mer d’Aral Lac Issyl Kul Lac Biwa

12 WORLDLAKE Database 8.45·106 lacs naturels de surface > 0.01 km2 (Meybeck 1995) 76% inventoriés + 20% extrapolés 3-4% bathymétrie < 1% étude limnologique WORLDLAKE database 4.6·104 lacs naturels 7.5·103 lacs et réservoirs artificiels 157 pays 2465 plus grands lacs de surface > 50 km2

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

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

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

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

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

18 Lacs tectoniques- Europe de l’est / Russie
Lac Balaton (Hongrie) Lac Baïkal (Russie)

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

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

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

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

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

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

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

26

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

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

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

30 Lacs Karstiques – lacs de doline
Dissolution du carbonate de calcium par des eaux légèrement acides (CO2) 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 fluviaux (Ex: lacs St-François, St-Louis, St Pierre dans le fleuve Saint-Laurent) Lacs de plaine d ’inondation (Amazone, Parana) Lacs de bassins de cascade ou de torrent

32 Formation d’un lac de méandre
1 2 3

33 Lac de méandre : Oxbow lake

34 Lacs fluviaux Lac Saint Pierre

35 Lacs de plaine d’inondation
Rio Parana Pantanal Amazone

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

37 Lacs côtiers Étang de Thau (France) Barrage de lagunes
Fermeture d’une baie par la déposition de sédiments. Peuvent être d’eau douce ou d’eau salée.

38 Lacs d’origine humaine: Réservoirs hydroélectriques
Réservoir Broa, Brésil Réservoir Caniapiscau, Qué. Réservoir LG-2, Qué. Réservoir Manicouagan, Qué.

39 Retenues d’eau 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 d’origine multiple : lacs alpins
Lac Léman (Genève) (France-Suisse) Lac Lucerne (Suisse) Lac Constance (Suisse) Lago Maggiore (Italie)

41 Morphométrie des lacs Pyramid Lake Nevada

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

43 Méthode de Simpson: surface

44 Bathymétrie Profondeur maximale Profondeur moyenne
Rapport P moy./P max. Volume Profondeur relative Indice de creux Développement du volume P max. P moy. = V / So P moy. / P max. V = h/3 (s1+s2+S1S2) Pr = (50 P max )/So Ic = 1000 P moy. So Dv = 3 P moy./P max.

45 Carte bathymétrique P max. Isobathes

46 Rapport P moy. / P max. Piscine Lac concave Lac convexe

47 Volume d’un lac S2m S1m, 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

49 Indice de creux (Ic) Lac Pavin 84 lac Crater 44 Lac Tahoe 14
lac Léman 6.3 Lac Tanganyika 3.2 Lac Baikal 2.6 Lac Biwa 1.5 Lac Titicaca 1.1 Lac G.L Esclave 0.4 Lac Huron 0.24 Lac Winnipeg 0.08

50 Développement du volume (Dv)

51 Courbes hypsographiques
Type I Type II Type III 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

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

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

58 Type de sédiments selon la matière organique
Type DY: Milieu acide, couleur brune, riches en matiéres humiques, Rapport C/N > 10, teneur en carbone organique > 10%, sédiment biologiquement peu actif 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% Type SAPROBEL: Milieu organique anaérobique, sédiment riche en matière organique et anoxique, produits de décomposition (méthane, hydrogène sulfuré), couleur bleue noire, riches en bactéries anaérobiques Type TOURBE: Milieu organique à trés faible décomposition, tourbes acides à spaignes, tourbes alcalines, Rapport C/N entre 20 et 40

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

60 Lacs = Patrimoine mondial