Les lacs : généralités

Bonjour,

Il ne se produira aucune stratification. Étant donné la faible profondeur du lac, la température sera pratiquement homogène et élevée en climat tropical (24-28°C). En effet, sous climat tropical (latitude < 10°), il n'existe pas de variations saisonnières marquées de la température car le rayonnement solaire est intense en toute saison et la durée du jour égale à 12 plus ou moins 1 heure.
Éventuellement, dans un lac profond, une thermocline pourrait s'établir au-delà de 25 m, ce qui n'est pas le cas dans votre lac de 5 m de profondeur.
On peut dans les lacs tropicaux profonds, observer un cycle monomictique chaud durant la saison sèche alors que les pertes de chaleur par évaporation sont maximales. Dans ces conditions, il s'agit d'un cycle de mélange vertical annuel et une stratification de longue durée peut apparaître. Mais, je le répète, uniquement dans les lacs profonds.

Bonjour,
D'après les données que vous produisez, la structure thermique en fin de saison chaude montre une stratification directe, c'est-à-dire que l'eau la plus chaude se trouve en surface et la plus froide en profondeur. Par suite de l'abaissement des températures et éventuellement de l'influence des vents froids, on peut donc s'attendre en automne à une bascule thermique et à un mélange si l'eau de surface devient plus froide (et plus lourde) que l'eau de profondeur.
Votre lac est-il situé en altitude et peut-il geler ? Si c'est le cas, au printemps quand les eaux de surface se seront réchauffées, on doit assister à un second mélange des eaux avec inversion du phénomène (stratification inverse). Le lac serait alors considéré comme dimictique (mélange d'automne + mélange de printemps).
Je suppose que le lac ne gèle pas. Dans ces conditions, il ne peut être que monomictique.
Étant donné la faible profondeur du lac que vous étudiez (35 m), on doit s'attendre à un comportement holomictique de votre lac, étant donné l'indice de creux réduit (lac sous climat tempéré). C'est-à-dire que le mélange d'eau doit être total.
Pratiquement, on constate le phénomène d'holomicticité quand on observe en surface des plaques de biotecton (couverture biologique des sédiments) arrachées au fond du lac.
Ce qui complique le schéma, c'est la présence d'eau salée au fond du lac comme le montrent les mesures de conductivité de l'eau profonde.
En conséquence, l'eau profonde ne participerait pas au turn over de la colonne d'eau et le lac serait méromictique, le mélange n'intéressant que l'eau douce de votre lac.
Une seule série de relevés en novembre ne suffit pas. Et cette hypothèse demande à être vérifiée en procédant à des mesures de température et de conductivité non seulement en novembre, mais également en hiver et au printemps.
En conclusion, je pense que votre lac est monomictique et que le mélange n'intéresse que la couche d'eau douce (méromicticité).

Bonjour,
Le fait que l'eau de profondeur sente le H2S montre que l'hypolimnion de votre lac est totalement désoxygéné et que les bactéries travaillent le sédiment en condition anoxique. J'imagine que la stagnation de cet hypolimnion est due à la présence des sels dissous provenant de la mine et qui accroissent la densité de l'eau profonde.
Mais, au fait, quel type de minerai était exploité par cette mine ?
Étant donné sa faible profondeur et de l'influence des vents, s'il était isolé de la mine, ce lac devrait holomictique. Encore faut-il tenir compte également de la conformation de la cuvette lacustre et de sa bathymétrie.

Bonjour,
Je ne sais pas quel usage est dévolu à ce lac. Est-il voué à des usages ludiques, à la pêche ?
Comment est-il alimenté ? A-t-il un ou des émissaires ?
D'une façon générale, pour les peuplements floristiques et faunistique, il est préférable que le niveau reste le plus stable possible, pour favoriser l'installation d'une ceinture végétale et pour permettre aux poissons un accès aux frayères.
En général, on obtient ce résultat en créant un seuil au niveau de l'émissaire pour pallier la baisse des eaux à l'étiage.
Je suis un peu surpris que l'on recherche une stabilisation de la hauteur de la colonne d'eau par un pompage. Cela sous-entend que la hauteur d'eau doit être stabilisée à un niveau minimal.
Dans cette option, il faut également s'interroger sur l'utilisation cette eau pompée selon sa qualité et les quantités prélevées.

De nombreux organismes sauront répondre à votre demande. Par exemple, l'Agence de l'Eau de votre région, le CEMAGREF, l'INRA, la DREAL… Prenez contact avec eux et exposez leur votre problème.

Bonjour,

Il m'est difficile de me prononcer sur le cas très particulier de votre lac marocain d'altitude, d'autant plus que je ne suis plus actif dans ce domaine depuis près de quatorze année. Je ne peux donc que vous rappeler certains principes.

La dissolution de l'oxygène atmosphérique

L'air est un mélange de gaz qui contient environ 20,95% d'oxygène en volume. Quand l'air est au contact de l'eau, celle-ci dissout une certaine quantité d'oxygène en fonction des caractéristiques intrinsèques de solubilité du gaz mais aussi en fonction des conditions de milieu qui règnent dans l'atmosphère (pression atmosphérique, humidité) et dans l'eau (température, pression hydrostatique, minéralisation).

Outre la température et la minéralisation dont nous avons envisagé les effets plus haut, d'autres facteurs influencent la dissolution de l'oxygène dans l'eau.

Effet de la pression atmosphérique

D'après la loi de Henry, à l'équilibre et à une température donnée, la concentration en oxygène dissous de l'eau est proportionnelle à sa pression partielle dans la phase gazeuse.

À 10°C et sous 1 atm. (760 mm de Hg), 1 litre d'eau pure en contact avec de l'oxygène pur en dissout 38,46 ml (54,94 mg).

Mis en contact avec de l'air sec, il n'en dissout plus que 38,46 x 0,2095 soit 8,06 ml (11,51 mg), 0,2095 atmosphère représentant la pression partielle d'oxygène dans l'air (20,95% d'oxygène) sous 1 atmosphère.

Comme la pression atmosphérique diminue avec l'altitude et varie avec les conditions météorologiques, il en est de même de la pression partielle, donc de la solubilité de l'oxygène. On devrait donc s'attendre à ce que la solubilité de l'oxygène diminue avec l'altitude. À 2000 m d'altitude, l'eau pure contient 22% d'oxygène en moins qu'au niveau de la mer à température égale. Une chute de la pression atmosphérique de 30 mm de Hg entraîne une diminution de solubilité d'environ 4%.

Effet de la pression hydrostatique

Tout dépend si l'oxygène est évalué en termes de pression partielle ou en termes de solubilité. La pression partielle augmente avec la profondeur : par 10 000 m de fond, elle est 3,55 fois celle de la surface, à température égale. Par contre, la solubilité est indépendante de la pression hydrostatique dans l'eau pure et diminue légèrement dans l'eau salée : par 10 000 m de fond dans une eau salée de densité 1,023, elle est inférieure de 3% à celle de la surface à température égale.

Pratiquement, si l'on évalue la concentration en oxygène par voie titrimétrique, il n'y a pas lieu de tenir compte de la pression hydrostatique. Par contre, si l'on utilise une sonde à oxygène, qui mesure la pression partielle, il faut effectuer une correction qui atteint -5% pour 400 m de profondeur (Hitchman 1978). Ainsi, le genre d'appareils utilisés pour la mesure en oxygène est également important pour faire des comparaisons.

La retenue lacustre que vous évoquez est récente. En conséquence, on peut considérer qu'il s'agit d'un lac oligotrophe. L'orthophosphate n'existe qu'en petite quantité à l'état libre, mais il est recyclé très rapidement, surtout dans les lacs oligotrophes. Les teneurs en P-PO43- sont de l'ordre de 10 à 50 µg/l en général, mais elles peuvent s'abaisser à moins d'1 µg/l dans les lacs oligotrophes (alors qu'elles peuvent atteindre 200 mg/l dans des lacs salés). La concentration peut être très faible en été, (même dans les lacs eutrophes, du fait de son absorption). Les teneurs sont faibles dans les zones de roches cristallines, plus élevées sur roches sédimentaires, très élevées s'il y a des roches phosphatées dans le voisinage.
Dans les lacs oligotrophes, plus de 90% du phosphore de l'eau est particulaire, alors que le phosphore dissous domine dans les lacs eutrophes.
Dans le phosphore soluble, on trouve l'orthophosphate libre qui est, à chaque instant, en équilibre dynamique avec l'orthophosphate des composés chimiques solides, cristallins ou amorphes, et avec l'orthophosphate adsorbé sur les particules minérales ou organiques. De ce fait, la concentration en orthophosphate, à un moment donné, dépendra du pH qui agit sur la solubilité des complexes formés et du potentiel redox qui agit sur la valence ionique de certains éléments métalliques (fer, manganèse), donc sur leur solubilité et les propriétés fixatrices des particules qui en contiennent.
Le phosphore particulaire minéral est difficile à identifier quand les éléments sont très fins (les rayons X sont inefficaces). Les minéraux phosphatés reflètent surtout l'environnement car leur formation rapide dans l'eau est douteuse. Par contre, les composés amorphes ont une cinétique de formation plus rapide et bien connue. La fixation ou la coprécipitation avec des hydroxydes métalliques ou des carbonates de calcium sont les phénomènes les plus importants. De ce fait, les formes du phosphore particulaire sont définies par des procédés d'extraction plus ou moins sélectifs.
Finalement, la teneur en phosphore minéral particulaire augmente lorsque la taille des particules diminue (relation surface/volume) de sorte que le phosphore particulaire est essentiellement lié à la fraction "argile", qu'il s'agisse d'argiles minéralogiques ou d'hydroxydes métalliques ou de carbonates fins.
On peut s'interroger sur l'origine du phosphore qu'on pourrait trouver dans votre retenue. S'agissant d'un lac oligotrophe, son origine serait allochtone.
Le phosphore est transporté par les cours d'eau sous formes particulaire ou dissoute. Son origine est diffuse (agriculture, zones naturelles) et ponctuelle (effluents urbains ou industriels). L'importance des apports dépendra de la taille du bassin versant, de sa géologie et de la densité de la population.
Le phosphore issu des sols naturels est le résultat de l'altération pédologique des roches qui contiennent essentiellement de la fluoro-apatite. L'hydrolyse de cette dernière libère le phosphate qui donnera ultérieurement du phosphore organique et des phosphates de calcium, de fer et d'aluminium. Ces phosphates sont peu solubles de sorte que le transport se fait essentiellement sous forme particulaire, lors des crues, à la suite de l'érosion des sols. Les particules contiennent 0,1% de P en moyenne. L'exportation en zones naturelles est de l'ordre de 4 mg/m2/an sur roches ignées, le double sur roches sédimentaires. Les sols cultivés fournissent beaucoup plus de sédiments et surtout ces sédiments contiennent plus de P (le double environ), car l'apport d'engrais enrichit la couche superficielle. L'exportation dépend de la pente et du type de culture (plante et façons culturales). Négligeable sous prairie, elle peut atteindre 3 g/m2/an avec le maraîchage. De 0,5 à 2,5% du phosphore des engrais sont entraînés dans les eaux.
Le phosphore apporté par les précipitations est très variable selon que l'on se trouve dans des zones naturelles ou des zones d'agriculture intensive ou industrielle. En effet, le P atmosphérique provient surtout du sol (poussières, grains de pollen, insectes etc.). Les précipitations sèches sont ainsi plus importantes que les précipitations humides.
Le phosphore des effluents urbains comprend le phosphore des excréments et celui des détergents. L'homme adulte excrète 1,3 à 1,5 g de phosphore par jour soit 475 à 550 g/an. La production annuelle par habitant dépasant 1 kg/an, on voit que les détergents peuvent constituer plus de la moitié des apports, en particulier dans les régions calcaires ou les eaux sont "dures". Les quantités rejetées à la rivière par habitant dépendent du type de traitement et varient, en valeurs moyennes, de 0,39 à 2,86 kg par an.
Méthodes de recherche des orthophosphates
Je pense que vous avez dû rechercher les orthophosphates par la méthode au molybdate. On ne peut pas dire que le lac ne contient pas d'orthophosphate, mais que la teneur en orthophosphate est inférieure au seuil de détection.
Le fractionnement des formes de phosphore dans les sédiments s'est largement inspiré des techniques d'extractions séquentielles des pédologues. Le but recherché était de quantifier les formes chimiques plus particulièrement disponibles pour les algues. Actuellement, on différencie chimiquement le P échangeable (extrait par NH4Cl) ou le P soluble dans l'eau, le P non-apatitique (lié au fer et à l'aluminium) extrait par la soude, le P apatitique ou lié au calcium, solubilisé par HCl, et enfin le P résiduel contenant le P organique. On peut aussi considérer que le phosphore est plus ou moins labile et chercher à extraire une fraction proche de celle utilisée par les algues. C'est ainsi que l'on a utilisé des complexants comme l'acide nitrilotriacétique (Golterman 1982), des résines échangeuses d'ions, et la dilution isotopique du 32P sans entraîneur. Toutes ces méthodes qui tendent à définir des compartiments ne tiennent pas compte de la dynamique des échanges.
Les sédiments du lac fonctionnent comme un piège à phosphore. Ils reçoivent du phosphore particulaire et adsorbent, éventuellement, du phosphore dissous.
Le phosphore particulaire allochtone est essentiellement détritique, le phosphore autochtone est du matériel biogène lacustre, issu des algues en particulier. Les concentrations en phosphore total des sédiments varient de 0,02 à 0,1 mgP/cm3 selon le degré d'eutrophisation.
Le phosphore échangeable représente généralement une faible partie du phosphore total des sédiments, surtout dans les lacs oligotrophes (moins de 1%). Le phosphore lié au fer et à l'aluminium est toujours important, même dans les lacs calcaires.
En dehors de l'apatite, héritée des sols, les minéraux phosphatés caractérisés sont peu abondants dans les sédiments récents car leur formation est extrêmement lente (minéraux authigènes). Seule la vivianite (Fe3(PO4)2, 8H2O) a pu être mise en évidence. Les solutions sont sursaturées vis-à-vis des minéraux cristallins.
Dans les sédiments, le P subit une diagenèse dont le résultat dépend de son origine ainsi que des processus biologiques et physico-chimiques qui s'y déroulent. Cette diagenèse entraîne la différenciation d'un profil de répartition des tonnes du phosphore en fonction de la profondeur.
Le phosphore organique est minéralisé. L'orthophosphate libéré se fixe sur les éléments métalliques, libres ou inclus dans les réseaux de silicates. Avec la profondeur, le temps et l'augmentation de pH entraînent la formation d'apatite aux dépens des formes adsorbées. L'augmentation de la teneur en phosphore dans les horizons supérieurs s'explique par la diffusion de l'orthophosphate vers la surface, selon un gradient de concentration, suivie de sa précipitation dans la zone oxydée, au contact des hydroxydes ferriques. Ce profil théorique peut-être modifié par des changements dans les apports de phosphore, par l'état d'oxygénation de la colonne d'eau ou par des variations de pH.

Bonjour,
Pour établir une description d'un lac, il faut étudier :

1. la structure thermique et dynamique des eaux du lac,

2. les représentations de la matière organique dans les eaux (MOD et MOP), dans les sédiments, de la matière organique biodégradable, le rapport C/N des eaux et des sédiments, établir la composition chimique des matières dissoutes et particulaires… afin d'établir le statut trophique du lac.

3. Se rappeler qu'un lac qui fonctionne bien doit "digérer" les apports de la MO pour finalement la transformer en "poisson", étape ultime du réseau alimentaire.

Bonjour,

Je suppose que vous parlez de profondeur maximale (Zmax). Étant donné cette faible profondeur de vos deux lacs que l'on peut qualifier d'étangs, la température de la colonne d'eau sera pratiquement homogène et il ne se produit aucune stratification thermique.
Éventuellement, dans un lac profond, une thermocline pourrait s'établir au-delà de 25 m, ce qui n'est pas le cas dans vos lacs de 2 m et de 7 m de profondeur.

Bonjour,
Pour répondre à votre question, il faut savoir qu'il n'y a pas que la lumière qui est un facteur de répartition verticale du phytoplancton. D'une façon très générale, le plancton recherche une zone où trouver un optimum pour la lumière, la température, sa densité, ce qui explique d'ailleurs sa migration verticale en fonction de l'éclairement et de la température nécessaire et suffisant pour assurer un métabolisme qui correspond précisément à la quantité d'énergie radiative leur permettant une croissance optimale. De sorte que, si l'eau est très claire (lacs oligotrophes), la zone optimale pour certaines espèces de phytoplanctontes peut être plus profonde que l'épilimnion. Idem pour la température. À vous de comprendre le phénomène en fonction des paramètres physiques et de la nature des phytoplanctontes qui peuplent votre lac.

Ci-dessous quelques réflexions qui pourront vous aider à caractériser votre lac (en ne prenant en compte que la répartition vertical du plancton).

Le plancton se compose d'organismes caractérisés par une faible densité corporelle leur permettant de se maintenir dans la masse d'eau et par une inaptitude, à la différence du necton, à s'opposer à des courants très marqués. Ils possèdent, cependant, des capacités de déplacement actif susceptibles de jouer un rôle important dans le cadre d'un environnement faiblement turbulent.

Les répartitions verticale et horizontale du plancton seront, en premier lieu, fonction des caractéristiques de son environnement. Fondamentalement anisotrope et instable, celui-ci s'organise en fonction des axes définis par la lumière et la gravité. L'habitat du plancton est ainsi dominé par les gradients verticaux que façonne et remanie en permanence le couple antagoniste des énergies physiques externes. L'énergie radiative génère périodiquement (journée, saison) et entretient une stratification thermique, un gradient densitaire et un gradient très aigu d'irradiance active pour la photosynthèse. L'énergie cinétique fournie par les vents érode de façon différentielle (plus activement en surface) le gradient densitaire et les structures associées, entraînant une redistribution partielle et irrégulière des substances dissoutes et des particules. L'écologie du petit plancton, et plus spécialement celle du phytoplancton, apparaît ainsi sous contrôle d'une hiérarchie de processus météorologiques qui module ce flux d'énergies externes (passage de nuages, fronts nuageux, coup de vent, dépression locale, tempêtes, etc.).

Quelle que soit la taille des plans d'eau, flaque temporaire ou bassin océanique, l'hétérogénéité spatiale et temporelle de l'environnement physique et chimique résultera, en premier lieu, des interactions entre réchauffement solaire et brassage par le vent. Deux types de processus physiques contribuent au brassage : la diffusion (où le déplacement des organismes dû à la turbulence s'effectue sans transport d'eau) et l'advection (où les organismes sont transportés par les mouvements horizontaux et verticaux de l'eau engendrés par courants). Le premier est chaotique, le second ordonné.

L'absorption et la diffraction de la lumière par les organismes en suspension accentuent le gradient vertical de lumière. En période de stratification, l'évolution la plus probable tendra donc vers une ségrégation entre les couches éclairées et celles riches en sels nutritifs.

Diverses adaptations permettent au phytoplancton d'adapter sa densité :
Accumulation de lipides : Une augmentation de la teneur en lipides tendra à réduire la densité des cellules algales.

Sécrétion de mucilage : Bien que formés par un réseau de polysaccharides de forte densité (environ 1,5), les mucilages sécrétés par les cellules phytoplanctoniques contiennent une quantité suffisante d'eau (hygrophilie) pour que leur densité avoisine 1.

Vacuoles à gaz : Rencontrés chez différentes espèces de Cyanobactéries, ces organites particuliers aux procaryotes peuvent réduire la densité cellulaire au point d'entraîner leur flottaison. Ceci explique la formation, par temps calme, de « fleurs d'eau » à la surface des lacs (Anabaena, Microcystis, etc.).

Adaptation de la forme des phytoplanctontes pour assurer leur flottabilité

Le coefficient de forme correspond au rapport entre la surface du corps et son volume. Lorsqu'il s'accroît, les forces de friction augmentent et la vitesse de chute diminue. De ce point de vue, les organismes planctoniques de petite taille seront favorisés.

La plupart des adaptations rencontrées tendent à augmenter ce coefficient grâce à l'acquisition de formes s'éloignant du modèle sphérique et à la présence d'excroissances corporelles, d'épines et de soies. L'association des cellules en colonie, qui s'observe au sein de nombreux groupes phytoplanctoniques, permet également aux espèces un contrôle de leurs propriétés hydromécaniques. Chez les Diatomées du genre Melosira, où les frustules des cellules filles forment des chaînes rectilignes, la réduction maximale de la vitesse de sédimentation est obtenue pour des regroupements de 5 à 6 cellules, ce qui correspond à la taille de colonie la plus fréquemment rencontrée en milieu naturel.

Capacité de déplacement des espèces mobiles

Seules les espèces phytoplanctoniques flagellées peuvent se déplacer activement dans les trois dimensions. Elles restent cependant d'un à deux ordres de grandeur trop faibles pour s'opposer aux courants induits par les vents.

Caractéristiques des espèces

On distingue plusieurs types d'espèces phytoplanctoniques :

— les espèces non motiles à flottabilité négative : Les Diatomées en fournissent un bon exemple qui, sous certaines conditions ambiantes défavorables, peuvent accroître leur vitesse intrinsèque de sédimentation. Ceci leur permet, durant la stratification estivale, d'atteindre rapidement les strates proches de la thermocline où les teneurs en éléments nutritifs demeurent plus élevées. Les populations adoptant cette stratégie encourent alors le risque de quitter la zone photique et de subir des pertes par sédimentation, éventuellement compensées par un taux de croissance élevé.

— les espèces non motiles à flottabilité neutre : l'isopycnie étant favorisée par l'apparition d'un fort gradient de densité dans le milieu ambiant, la flottabilité neutre n'a généralement qu'un caractère transitoire. Elle s'observe chez des espèces de petite taille (à faible vitesse de sédimentation) comme les Chlorococcales ou chez des formes de plus grande dimension mais possédant une enveloppe mucilagineuse.

— les espèces non motiles à flottabilité positive : cette catégorie, qui inclut quelques rares Diatomées, concerne essentiellement des Cyanobactéries planctoniques. Les organismes sont soumis aux mêmes contraintes que les formes à flottabilité négative mais, à la différence de celles-ci, auront tendance à flotter plutôt qu'à sédimenter lorsqu'ils rencontrent une strate stable. Cette propriété, complétée par l'aptitude des Cyanobactéries à pouvoir photosynthétiser à de faibles intensités lumineuses, leur permet de se développer à la base de la couche photique, où les nutriments sont abondants, sans risquer d'être irrémédiablement entraînées vers le fond. La flottation a cependant des effets pervers, les cellules concentrées en surface pouvant être entraînées par le vent et s'échouer sur le rivage. Le développement de ces fleurs d'eau en surface dépend de trois conditions : une forte concentration de cellules, un taux élevé de vacuolisation et des conditions externes favorables (vent faible, forte stabilité verticale : turbulence faible).

— les espèces motiles : on retrouve ici différents types d'algues vertes et de Chrysophycées, des Dinophycées et des Cryptophycées possédant un ou plusieurs flagelles. Ces espèces ne contrôleront leur position verticale que dans des conditions de brassage faible à modéré de la masse d'eau. Chez les Péridiniens, la turbulence peut devenir un facteur défavorable à la croissance voire, chez Peridinium cinctum, inhiber la division cellulaire. Ainsi, les espèces à flottabilité négative seront favorisées par un environnement relativement turbulent alors que les autres se développeront préférentiellement dans un environnement peu turbulent très stratifié. Seules les algues appartenant aux deux dernières catégories sont en mesure d'effectuer des migrations verticales.

Facteurs contrôlant la répartition verticale du phytoplancton

En un point donné de la masse d'eau, le contrôle de l'abondance phytoplanctonique (N) est assuré par le taux de croissance (m), l'intensité du broutage (g), l'abondance des herbivores (H), la vitesse de sédimentation des cellules (v), la profondeur (z) et le coefficient de diffusion turbulente (k) :

dN/dt = mN - gNH - v(dN/dz) + k(d2N/dz2).
(A) (B) (C) (D) (E)
(A) variation locale ; (B) croissance ; (C) broutage ; (D) sédimentation ; (E) dispersion.

Une population ne persistera à une profondeur donnée que si v2 < 4 m.k. Les accumulations de biomasse planctonique se développeront au niveau des strates où seront à la fois maximisée la croissance (quantités optimales de sels nutritifs et d'énergie lumineuse pour la photosynthèse) et minimisées les pertes résultant du broutage et/ou de la sédimentation.

De façon générale, la répartition verticale du phytoplancton sera ainsi conditionnée par les interactions de facteurs endogènes et exogènes. Les premiers concernent plus spécialement la flottabilité des cellules, leur vitesse de sédimentation et d'éventuelles migrations verticales actives, alors que les facteurs externes les plus importants sont le mélange turbulent et les gradients de lumière, de température et de sels nutritifs. Les fréquences de variations temporelles de ces facteurs exogènes seront plus spécialement déterminantes pour les termes m, v et k de l'équation précédente. Selon l'échelle temporelle considérée, les processus affectant l'organisation verticale de l'espace ne susciteront pas le même type de réponse de la part du phytoplancton. Des perturbations faibles ou rapides génèrent essentiellement des réponses physiologiques alors que des stimuli plus persistants, ou de plus grande amplitude, entraînent des réponses exprimées à des niveaux d'organisation et d'intégration de plus en plus élevés. Aux petites et moyennes échelles, les perturbations des gradients verticaux affectant la production primaire auront pour origine l'état de la surface de l'eau (photosynthèse stimulée par le scintillement provoqué par les vagues), la circulation de Langmuir (30 min.), le passage de nuages (heures), de fronts nuageux (quelques jours), les coups de vent, orages ou upwellings périodiques, etc.

Les profils de répartition observés peuvent ainsi varier de façon significative avec le temps, la profondeur du bassin et en relation avec les ségrégations physico-chimiques se produisant dans la colonne d'eau (thermocline, anoxie, etc.). Ces profils doivent donc nécessairement être considérés comme des instantanés d'un processus dynamique.

Trois grands types de répartition verticale sont observés :

— un maximum superficiel survenant durant la phase de développement printanier (mise en place de la stratification). Il peut s'étendre sur la totalité de la colonne d'eau (cas de bassins lacustres peu profonds), mais n'inclut généralement pas de pic très marqué de biomasse,

— un maximum qualifié, selon l'épaisseur de la couche euphotique, de sub-superficiel ou de profond. Il se développe en période de stratification dans la partie inférieure de cette zone et se situe le plus souvent à l'intérieur de la pycnocline, quelle qu'en soit la profondeur,

— une répartition irrégulière des faibles quantités de chlorophylle dans les couches supérieures, caractérisant des situations hivernales en hautes latitudes.

Migrations verticales journalières du phytoplancton

Comme vous l'avez remarqué, la production photosynthétique du phytoplancton requiert son maintien dans la couche euphotique. L'épaisseur de cette dernière dépend du degré de trophie du milieu et peut aller de quelques dizaines de centimètres, dans les lacs hypereutrophes, à près d'une centaine de mètres dans les lacs profonds très peu minéralisés (lac Tahoë, lac Baïkal). Bien qu'il paraisse, a priori, avantageux pour les espèces d'être capables de se déplacer rapidement dans les milieux où la couche photique est très épaisse, c'est paradoxalement dans les milieux où cette couche est réduite que s'observent des migrations verticales. En fait, en milieu oligotrophe, la biomasse algale est essentiellement constituée de petites espèces dans la mesure où les faibles teneurs en sels nutritifs favorisent les formes bénéficiant d'un rapport surface-volume élevé. Les espèces connues pour effectuer des migrations verticales sont, en général, de grande taille et sont plus répandues dans les eaux fertiles.

Les migrations verticales, observables chez les Cyanobactéries et les Flagellés, apparaissent comme un moyen de contrôle physiologique des cellules par des déplacements dans des habitats différents, au gré des fluctuations journalières ou saisonnières de l'environnement et de la disponibilité des sels nutritifs.

En milieu productif, lorsque la stratification verticale persiste assez long temps, il se produit une ségrégation spatiale entre la lumière et les sels nutritifs. La migration verticale apparaît comme une adaptation visant à satisfaire alternativement les besoins de ces espèces en lumière et en sels nutritifs (optimisation de la croissance). La répartition verticale diurne semble ainsi contrôlée par des besoins en lumière ne pouvant être satisfaits que dans les strates superficielles appauvries en phosphore, alors que la distribution nocturne répond à la nécessité d'aller absorber le phosphore dans les couches plus profondes où il s'accumule. Les migrations du phytoplancton paraissent ainsi faire office de « pompe » à sels nutritifs.

Cas des Cyanobactéries : L'aptitude à utiliser de faibles intensités lumineuses, combinée à la possibilité de modifier rapidement la flottabilité des cellules, autorise une large variété de réponses adaptatives :

— migrations verticales journalières,

— formation dans certains lacs d'une couche métalimnique dense et relativement stable bien que sujette à des oscillations journalières de profondeur : cas de Oscillatoria rubescens (comme dans le lac de Narlay dans le Jura) ou O. agardhii,

— migrations saisonnières, entre eau et sédiment, de formes méromictiques comme Microcystis aeruginosa.

Cas des Flagellés : Les Flagellés s'orientent principalement par phototactisme et sont capables de modifier rapidement leur position dans la colonne d'eau en réponse aux variations de lumière. Bien que les rythmes circadiens de migration soient les plus fréquents, des réponses géotaxiques pourraient également contrôler la répartition verticale du phytoplancton.

Les populations de Flagellés tendent à se concentrer en eau superficielle durant le jour et à se disperser en eau plus profonde durant la nuit. Un évitement des couches superficielles, avec légère redescente, peut se surimposer à ce patron durant la période la plus ensoleillée. Ainsi, par fortes insolations, les cellules de Ceratium hirundinella peuvent descendre et se concentrer dans des strates où l'irradiance avoisine 100 mE.m-2.s-1, ce qui correspond précisément à la quantité d'énergie radiative leur permettant une croissance optimale.
L'amplitude des migrations est de l'ordre de 5 à 7,5 m chez Cryptomonas ovata, Gymnodinium uberrimum et Mallomonas sp., de 8 à 1 m chez Peridinium cinctum, de 15 à 18 m chez Volvox sp. — grande espèce coloniale — avec une vitesse « record » de descente de 3,6 m.h-1. Conditionnés par les gradients verticaux des facteurs mésologiques, l'amplitude des migrations et le comportement migratoire, peuvent changer au cours de la saison.

Mes propos concernent essentiellement les lacs et étangs du Jura. Une thermocline ne peut s'installer sous le climat de notre région dans les étangs de faible profondeur et le brassage passe inaperçu.
En zone intertropicale, en faible profondeur, le brassage des eaux qui dépend également du delta de température entre la saison chaude et la saison froide pourrait se produire si l'eau de surface se refroidit suffisamment.

Bonjour,

En ce qui concerne les lacs tropicaux, consultez les travaux de spécialistes comme ceux de Christian Lévêque.

Bonjour,

Merci de vous intéresser au travail de Frank et de le conseiller.

Bonjour,

Prenez contact avec la station de Limnologie de l'INRA de Thonon-les-Bains

Bonjour,
Votre demande est complexe et mériterait un long exposé, la teneur en oxygène de l'eau dépendant de nombreux paramètres : dissolution de l'O2 atmosphérique avec effet de la pression atmosphérique, de la température, de la pression hydrostatique, de la présence de différents éléments chimiques impliqués dans l'oxydo-réduction, de la balance entre photosynthèse et respiration des organismes aquatiques…
Je me bornerai à rappeler ici les principaux paramètres mesurant la teneur en oxygène : oxygène dissous, taux de saturation, DBO5, DCO.

Voir également l'article suivant :

http://baladesnaturalistes.hautetfort.com/archive/2013/06/02/cycle-et-bilan-de-l-oxygene-en-milieu-aquatique.html

Bonjour,

Si l'on s'en tient à la classification thermique des lacs de Hutchinson & Loeffler (1956), les lacs amictiques ne présentent pas d'échanges thermiques appréciables entre air et eau. Cela est dû à la présence d'une couche permanente de glace en surface et une température constante et faible en dessous.

La définition de Dajoz correspond à celle de lacs oligomictiques dans lesquels l'eau est toujours chaude à toute profondeur et les périodes de circulation rares, courtes, irrégulières et réduites.