Notes de cours : Chapitre 7 -GCI-1003 Eaux Vives PDF

Chapitre 7 Lacs et réservoirs GCI-1003 Eaux vives © Anctil 2024  Objectifs spécifiques de cette classe Classer (2) les lacs selon le niveau d’efficacité de leurs principaux mécanismes de mélange; Discuter (2) de la diversité des lacs en termes de superficie, or...

Chapitre 7 Lacs et réservoirs GCI-1003 Eaux vives © Anctil 2024  Objectifs spécifiques de cette classe Classer (2) les lacs selon le niveau d’efficacité de leurs principaux mécanismes de mélange; Discuter (2) de la diversité des lacs en termes de superficie, origine et qualité de l’eau; Décrire (2) le processus menant à l’englacement des lacs; Identifier (4) les menaces qui peuvent accélérer la dégradation des lacs. Le nombre entre parenthèse indique le niveau de la taxonomie de Bloom, qui en compte six : 1) connaître, 2) comprendre, 3) appliquer, 4) analyser, 5) évaluer et 6) créer 2  Les plus grands lacs du monde Lac Saint-Jean 1 053 image : Anctil, 2016.  Mers Caspienne et d’Aral Mer d’Aral Mer Noire Mer Caspienne Mer Méditerrannée Google Maps: https://goo.gl/maps/qtmG1ywE5bK2  Mer Caspienne, mer d’Aral et lac Baïkal Lac Baïkal Mer Caspienne Mer d’Aral Google Maps: https://goo.gl/maps/1PC5URv6ygu 5  Lacs Michigan-Huron et Supérieur Lac Supérieur Lac Michigan-Huron Lac Ontario Lac Érié Google Maps: https://goo.gl/maps/V1r961AkMxp 6  Lac Victoria et lac Tanganyika Lac Victoria Lac Tanganyika Google Maps: https://goo.gl/maps/SR1azLboAky 7  Grand lac de l’Ours Grand lac des Esclaves Lac Winnipeg Google Maps: https://goo.gl/maps/rFVjTnDKgWJ2 8  GCI-1003 Eaux vives Chapitre 7 – Lacs et réservoirs  Structure verticale  Origines et dénombrement  Dégradation Eutrophisation Acidification  Réservoirs  Glace  Sentinelles du changement global 9 Structure verticale des lacs 10  Stratification verticale image : Anctil, 2016. 11  La température de l’eau (densité) comme mécanisme de mélange Permet le brassage complet du lac à des moments précis de l’année Classification simpliste  Lacs tempérés Stratifiés l’hiver et l’été Deux brassages complets par année  dimictique Profils de température d'un lac dimictique (Québec) 13  La température de l’eau (densité) comme mécanisme de mélange Permet le brassage complet du lac à des moments précis de l’année Classification simpliste  Lacs tempérés Stratifiés l’hiver et l’été Deux brassages complets par année  dimictique  Lacs tropicaux (T > 4 ºC) Stratifiés l’été Un brassage « complet » par année  monomictique  Lacs polaires (T < 4 ºC) Stratifiés l’hiver Un brassage « complet » par année  monomictique  Le vent comme mécanisme de mélange Mélange l’épilimnion Les écarts de densité s’opposent à ce mécanisme  Métalimnion Pycnocline et thermocline  L’hypolimnion n’est pas mélangé Si le lac est profond  Le vent comme mécanisme de mélange L’hypolimnion peut être mélangé  Si le lac est peu profond Polymictique  Classification élaborée image : Anctil, 2016.  Lacs et rivières Rivières Lacs Écoulements Horizontaux Verticaux Force Gravité Vent ou densité Couche(s) 1 3 Sources Eaux souterraines Rivières Origines et dénombrement des lacs 19  Origines géologiques Phénomènes catastrophiques  Passage des glaciers  Mouvements tectoniques  Glissement de terrain  Chute d’un météorite  Éruption volcanique Phénomènes lents  Sédimentation fluviale  Sédimentation côtière  Plantes, animaux et autres  Les plus grands lacs du monde image : Anctil, 2016.  Origines et dénombrement image : Anctil, 2016.  Dénombrement 0,01 km2 image : Messanger et coll., 2016. 23  Dénombrement image : Messanger et coll., 2016. 24  Dénombrement image : Messanger et coll., 2016. 25  Bilan en eau 30 image : Anctil, 2016. Dégradation 27  Eutrophisation Apport massif de matières organiques  Sources internes ou externes Incluant les apports en phosphore et en azote  Le lac se comble de particules organiques  Le volume de l’hypolimnion diminue Stock en O2 réduit Consommation accrue de O2 par les décomposeurs Eutrophisation culturelle  Fertilisants, eaux usées, eaux de lessivage  Lacs peu profonds affectés en premier  Potentiellement réversibles  Oligotrophe | Eutrophe image : Anctil, 2016. Lacs près de Lednice, Tchéquie Eutrophisation - lac Eutrophisation – petit lac Eutrophisation – petit lac Eutrophisation – petit lac  Acidification Causes régionales  Précipitation acide (pH < 5,7) Accord Canada–États-Unis sur la qualité de l’air - 1991  Dioxyde de soufre, SO2  Oxydes d’azote, NOx  Absence de substances carbonatées (alcalinité) pH  6 à 8,5 unités – optimum  Sous 5,5 unités – affecte les espèces moins tolérantes  Sous 5 unités – affecte les jeunes et la reproduction Sources naturelles  Acides humiques ou géologiques  Lacs acides image : Dupont, 2004.  Lacs acides Acide Transition Nombre Région pH < 5,5 5,5 < pH < 6,0 total (%) (%) Côte-Nord 39 595 33,0 66,0 Outaouais 33 080 23,3 62,5 Mauricie 26 602 11,8 58,3 Abitibi 15 388 15,9 40,1 Saguenay 45 177 6,9 29,0 Total 159 842 18,4 51,0 image : Dupont, 2004. 37  Lacs acides image : Dupont, 2004. Réservoirs 39  Réservoirs image : Anctil, 2016.  Réservoirs image : Anctil, 2016. Glace 42  Cristallisation en eau calme Glace primaire  Les premiers cristaux croissent de manière désordonnée jusqu’à la formation d’un couverture complète Glace franche (claire, bleue)  Seuls les cristaux verticaux croissent 4 cm le premier jour 20 cm la première semaine La suite dépend de  L’intensité et de la durée de l’ensoleillement  La température de l’air  L’épaisseur de la couverture de glace  L’épaisseur de la couverture de neige – 10 fois plus isolante que la glace  Rôle de la neige La neige peut empêcher la croissance « normale » de la glace  Expérience à Edmonton image : Andres et van der Vinne, 2001.  Rôle de la neige Glace de neige (opaque, blanche)  La glace s’enfonce sous le poids de la neige  L’eau inonde la neige, par des fissures dans la glace  Le mélange eau/neige gèle Résistance mécanique moindre de moitié  Satellite MODIS, 22 avril 2014 image : NASA, 2014. 46  Satellite MODIS, 21 mai 2005 À la fin de l’hiver, la baie d’Hudson est couverte à plus de 90% par des glaces flottantes d’épaisseur maximale moyenne de 1,5 m 1,0 m dans le sud 2,0 m dans le nord Elle est libre de glace en été image : NASA, 2005. 47  Bilan d’eau douce – Baie d’Hudson Trois sources d’eau douce  Rivières  Échanges massiques avec l’atmosphère Précipitation et évaporation  Fonte de la glace Au cours de sa cristallisation, la glace expulse une partie du sel de l’eau de mer Lors de la fonte, la salinité de la glace de première année est de l’ordre de 5 ppm image : Anctil et Couture, 1994.  Structure verticale en été Couche de surface Lieu de mélanges T s Couche de fond Eau salée et froide de l’Arctique image : Anctil et Couture, 1994. Sentinelles du changement global 50  Évolution du volume de 1058 lacs et 922 réservoirs image : Yao et coll., 2023. 51  Évolution du volume de 1058 lacs et 922 réservoirs image : Yao et coll., 2023. 52  Objectifs spécifiques de cette classe Classer (2) les lacs selon le niveau d’efficacité de leurs principaux mécanismes de mélange; Discuter (2) de la diversité des lacs en termes de superficie, origine et qualité de l’eau; Décrire (2) le processus menant à l’englacement des lacs; Identifier (4) les menaces qui peuvent accélérer la dégradation des lacs. Le nombre entre parenthèse indique le niveau de la taxonomie de Bloom, qui en compte six : 1) connaître, 2) comprendre, 3) appliquer, 4) analyser, 5) évaluer et 6) créer 53  Que retenir aujourd’hui ? La stratification des lacs varie selon les saisons (latitude) Le vent est un mécanisme efficace de mélange Trois mécanismes de formation de glace L’eutrophisation, l’acidification et le changement climatique sont des enjeux à surveiller image : Anctil, 2016. 54  Références Anctil F. 2016. L’eaux et ses enjeux. 2e édition. Presses de l’Université Laval. Anctil F, Couture R. 1994. Impacts cumulatifs du développement hydroélectrique sur le bilan d'eau douce de la baie d'Hudson. Revue canadienne de génie civil, 21: 297-306. Andres DD, Van Der Vinne PG. 2001. Calibration of Ice Growth Models for Bare and Snow Covered Conditions: A Summary of Experimental Data from a Small Prairie Pond. 11th Workshop on the Hydraulics of Ice Covered Rivers, Ottawa Dupont J. 2004. La problématique des lacs acides au Québec, Direction du suivi de l’état de l’environnement, ministère de l’Environnement. Québec. Messager ML, Lehner B, Grill G, Nedeva I, Schmitt O. 2016. Estimating the volume and age of water stored in global lakes using a geo-statistical approach. Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms13603. National Aeronautics and Space Administration (NASA). 2014. Visible Earth. Persistent Ice on Lake Superior; http://visibleearth.nasa.gov/view.php?id=83541 (consulté en février 2017) National Aeronautics and Space Administration (NASA). 2005. Visible Earth. Quebec and the Hudson Bay; http://eoimages.gsfc.nasa.gov/images/imagerecords/72000/72917/Canada.A2005141.1625.1km.jpg (consulté en février 2017) Yao F, Livneh B, Rajagopalan B, Wang J, Crétaux JF, Wada Y, Berge-Nguyen M. 2023. Satellites reveal widespread decline in global lake water storage. Science 380, 743-749. 55