La limnologie physique, une stratification des masses d’eau - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Chapitre D'ouvrage Année : 2002

La limnologie physique, une stratification des masses d’eau

Résumé

Ce qui fait la différence entre les plans d’eau et les cours d’eau se trouve être l’importance prise par les écarts de densité dans le fonctionnement physique des premiers. La limnologie se doit donc d’étudier prioritairement les facteurs conditionnant la masse volumique de l’eau, c’est-à-dire à la fois la température de l’eau et la charge dissoute pour les lacs salés, la température de l’eau seule pour les lacs d’eau douce. Une nouvelle définition (i.e. physique et non pas chimique) est donnée pour opposer les lacs de fonctionnement salé aux lacs d’eau douce et de fonctionnement assimilé. La droite de la température de densité maximale en fonction de la salinité et celle de la température de congélation en fonction de la salinité se croisent pour une charge dissoute de 24 grammes par litre. Dans les lacs salés (˃24g/l), plus une eau se refroidit, plus elle devient dense. Dans les lacs d’une charge dissoute inférieure à ce seuil, plus une eau se refroidit, plus elle devient dense tant que la température reste au-dessus de celle de température maximale, plus une eau se refroidit, moins elle devient dense quand la température est comprise entre celle de densité maximale et celle de congélation. Ce chapitre d’ouvrage s’articule en trois parties, d’abord une description des différences de températures et de densité dans les plans d’eau, puis une étude de leurs causes, enfin une présentation des méthodes de quantification de la stabilité des masses d’eau. L’ensemble a comme originalité d’être une étude de géographie limnologique : malgré l’importance de la stratification verticale dans le fonctionnement des plans d’eau, la dimension horizontale n’est ici jamais négligée, les liens entre les deux dimensions sont mis en avant (par exemple dans le rapport entre la course du vent et la destruction de la stratification), et la taille des plans d’eau est toujours prise en compte, en particulier en apportant des données inédites concernant les étangs et leur fonctionnement différent de celui des lacs. Dans le plan vertical, les profils thermiques sont d’abord décrits pour les lacs salés, puis pour ceux d’eau douce. En lac salé, il peut exister des « anomalies thermiques » conduisant à une stratification paradoxale. Des exemples de dichothermie, de mésothermie et de poïkilothermie sont présentés et commentés. En général, les lacs salés sont fortement stratifiés, de sorte que la couche supérieure, le mixolimnion, est séparée de la couche inférieure, le monimolimnion, par une chimiocline permanente. Dans les lacs d’eau douce, les stratifications peuvent être directes ou inverses. L’auteur détaille les définitions exactes, pour préciser que les termes de couche de saut thermique, de métalimnion et de thermocline ne sont pas synonymes. Le cas des lacs très profonds est compliqué par le fait que la pression hydrostatique modifie la température de densité maximale. L’auteur apporte des éléments inédits concernant le fonctionnement des étangs, où le cumul entre une faible course du vent et une forte profondeur relative provoque une stratification plus durable que celle des thermoclines éphémères situées au sein des épilimnions. C’est pour marquer cette originalité de la couche de saut thermique des étangs qu’il est proposé de créer le néologisme de métastagnion. Dans le plan horizontal, l’opposition entre le large et le littoral forme le contraste thermique majeur. La barre thermique en est la manifestation la plus marquée. D’autres différences existent, qu’elles soient en plein lac (sous forme de gradients ou encore de bassins), ou d’un littoral à l’autre (cas particulier des prodeltas, des oppositions de façades, ou encore des thermopentes). Une partie inédite est consacrée à la zonation thermique en étang. Dans une deuxième partie, la répartition des températures dans les lacs est expliquée d’une part par les échanges avec l’extérieur, d’autre part par les processus de transfert internes. Les premiers sont abordés à travers l’étude du bilan thermique, dont les composantes climatiques (bilan radiatif, chaleur sensible, chaleur latente) et hydrologiques (part fluviale et part souterraine) sont séparées pour plus de clarté. Quant aux seconds, ils sont étudiés à travers la conduction, la convection libre et la convection forcée. La troisième partie confronte l’inertie de la stratification et la possibilité de destruction de celle-ci par le travail du vent, conduisant à l’étude de la stabilité des plans d’eau. L’auteur passe en revue les différentes méthodes, depuis celles, anciennes, de Schmidt, d’Eckel et de Ruttner destinées à quantifier la stabilité potentielle, jusqu’à celles (nombre de Richardson, nombre de Lac), plus récentes, permettant de quantifier la stabilité réelle. Pour les géographes, il est important de rappeler les conséquences de ce que la densité de l’eau douce en fonction de la température soit une parabole ayant son foyer à 4°C. Ainsi, en stratification directe, plus un lac est chaud, plus sa stabilité est grande. Les lacs tropicaux sont généralement très stables et les lacs de la zone tempérée sont les plus stables en été. Après l’étude de l’ensemble de la colonne d’eau, une focale est réalisée sur la stabilité du seul épilimnion et une application inédite au cas des étangs. Il est proposé d’utiliser le nombre de Wedderburn de façon nouvelle, de sorte que l’inconnue de l’équation ne soit pas W, mais la vitesse de cisaillement u*.
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Dates et versions

hal-03951268 , version 1 (15-06-2023)

Identifiants

  • HAL Id : hal-03951268 , version 1

Citer

Laurent Touchart. La limnologie physique, une stratification des masses d’eau. Limnologie physique et dynamique, une géographie des lacs et des étangs, L'Harmattan, pp.93-166, 2002, 2-7475-3463-4. ⟨hal-03951268⟩
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