LIMNOLOGIELIMNOLOGIE

Science des eaux Science des eaux superficielles continentales superficielles continentales

et intérieureset intérieures

Historique de la Historique de la limnologielimnologie

École européenneÉcole européenne

Francois-Alphonse Francois-Alphonse Forel 1892 Forel 1892 (Suissse (Suissse francophone)francophone)

DelDeleebecque 1898becque 1898 Collet 1925Collet 1925 Dussart 1966Dussart 1966 Pourriot & Mecbeck Pourriot & Mecbeck

19951995

École américaineÉcole américaine

Birge & Juday 1930Birge & Juday 1930 Hutchinson 1957Hutchinson 1957 Wetzel 1975Wetzel 1975, 1983, , 1983,

20012001 Goldman & Horne 1983Goldman & Horne 1983 Likens 1985Likens 1985 Schindler 1977 Schindler 1977

Historique (2)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 l’International association1922: conférence de l’International association of theoretical and applied limnology – SILof theoretical and applied limnology – SIL

• ““limnology is the science of inland waters”limnology 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 courantesNe pas oublier les eaux courantes• PotamologiePotamologie• Fleuve, rivières, ruisseauxFleuve, rivières, ruisseaux

Ne pas oublier les eaux souterrainesNe pas oublier les eaux souterraines• SpéléolimnologieSpéléolimnologie

Milieux d ’étudesMilieux d ’études

Milieux lénitiquesMilieux lénitiques = lacs, étangs, lagunes = lacs, étangs, lagunes Milieux lentiquesMilieux lentiques = réservoirs = réservoirs Milieux lotiquesMilieux lotiques = fleuves, rivières, ruisseaux = fleuves, rivières, ruisseaux Milieux astatiquesMilieux astatiques = mares temporaires = mares temporaires

LimnologieLimnologie = = Étude des Étude des lacs, lacs, réservoirs, réservoirs, étangs, étangs, laguneslagunes

PotamologiePotamologie = = Étude des Étude des fleuves, rivières, fleuves, rivières, ruisseauxruisseaux

Milieux astatiquesMilieux astatiques = = Étude des Étude des mares temporairesmares temporaires Eaux souterrainesEaux souterraines = Étude des lacs et rivières = Étude des lacs et rivières

sous terresous terre

LimnologieLimnologieScience des eaux continentalesScience des eaux continentales

L im nologie phys ique e t chim iquegéologie , sédim entologie

hydrologiephys ico-chim ie

L im nologie b io logiquebac té r ioplanc ton, bouc le m ic robienne

phytoplanc ton, m acrophyteszooplanc ton, benthos , poissons

L im nologie prédic tive contem pora inepa léol im nologie , changem ents g lobaux

écologie num érique e t spa tia lem odé l isa tion e t ges tion environnem enta le

L im nologieeaux continenta les

lacs , réservoirs , é tangsfleuves, rivières, ruisseaux

Importance des eaux doucesImportance des eaux douces

2% surfacedu globe

2.7 106 km2

LimnicitéLimnicité

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 (10-100 kmNombre de lacs de petite taille (10-100 km2))• Géologie et perméabilité des solsGéologie et perméabilité des sols• Activité glaciaireActivité glaciaire• Aménagements hydroélectriquesAménagements hydroélectriques

Quelques chiffres:Quelques chiffres:• Global = 1.8Global = 1.8 %%• Zones subZones sub--arides = 0.1arides = 0.1 – 0.4 – 0.4 %%• Zones glaciaires = Zones glaciaires = 8 8 –– 1515 %%: Canada, Scandinavie: Canada, Scandinavie• Zones tempérées = 1 – 3 % : URSS, USA, UKZones tempérées = 1 – 3 % : URSS, USA, UK

Maximum de limnicité : zone tempérée nordiqueMaximum de limnicité : zone tempérée nordique

Grands lacs mondiauxGrands lacs mondiaux

2

3

4

5

678

1

1-8: les lacs d’eau douce

Le plus grand lac du monde Le plus grand lac du monde Lac BaikalLac Baikal, Russie, Russie

Surface = 31 500 km2

Volume = 22 995 km3 = 20 % du volume total des eaux doucesProfondeur maximale 1741 m

Les Grands Lacs américainsLes Grands Lacs américains

Les Grands Lacs245 240 km2

22 807 km3

Lac Supérieur82 800 km2

12 230 km3

Prof: 407 mL. Ontario

L. Supérieur

L. Michigan

L. Huron

L. Érié

Les autres grands lacsLes autres grands lacs

LacsLacs ContinentContinent SurfaceSurface

kmkm22

VolumeVolume

kmkm33

Prof. Max.Prof. Max.

mm

TanganyikaTanganyika AfriqueAfrique 32 90032 900 18 90018 900 14711471

MalawiMalawi AfriqueAfrique 22 50022 500 6 1406 140 706706

VictoriaVictoria AfriqueAfrique 68 50068 500 2 7002 700 9292

AutresAutres CanadaCanada RussieRussie PerouPerou JaponJapon

Grand Lac à l’OursGrand Lac des EsclavesLac Winnipeg

Lac LagodaMer d’AralLac Issyl Kul

Lac Titicaca

Lac Biwa

10 premiers lacs = 87.5 % du volume, 34% de la surface des eaux douces

WORLDLAKE DatabaseWORLDLAKE Database 8.458.45·10·106 6 lacs naturels de surface > 0.01 lacs naturels de surface > 0.01

kmkm2 2 (Meybeck 1995)(Meybeck 1995)• 76% inventoriés + 20% extrapolés76% inventoriés + 20% extrapolés• 3-4% bathymétrie3-4% bathymétrie• < 1% étude limnologique< 1% étude limnologique

WORLDLAKE databaseWORLDLAKE database• 4.64.6·10·1044 lacs naturels lacs naturels• 7.5·107.5·103 3 lacs et réservoirs artificielslacs et réservoirs artificiels• 157 pays157 pays• 2465 plus grands lacs de surface > 50 km22465 plus grands lacs de surface > 50 km2

Fréquence vs surface des lacsFréquence vs surface des lacs

Herdendorf 1990

La fréquence est inversement proportionnelle à la taille

Mer caspienne

OrigineOriginess des lacs des lacs

Lacs glaciaires (58Lacs glaciaires (58 %)%) Lacs tectoniques ou orographiques (33Lacs tectoniques ou orographiques (33 %)%) Lacs volcaniquesLacs volcaniques Lacs de glissement de terrainLacs de glissement de terrain Lacs de dissolution de roches sédimentaireLacs de dissolution de roches sédimentaire Lacs dus à l ’action des eaux courantesLacs dus à l ’action des eaux courantes Lacs dus à l ’action du ventLacs dus à l ’action du vent Lacs côtiersLacs côtiers Lacs et réservoirs dus à l ’activité organique ou Lacs et réservoirs dus à l ’activité organique ou

humainehumaine Lacs accidentelsLacs accidentels Lacs d’origine mixteLacs d’origine mixte

Lacs tectoniquesLacs tectoniques

Grabben lakes ou lacs orographiquesGrabben lakes ou lacs orographiques Grande dépression ou faille lors de la formation des Grande dépression ou faille lors de la formation des

montagnes et des plissements synclinaux de la croûte montagnes et des plissements synclinaux de la croûte terrestreterrestre

Origine géologique ancienne Origine géologique ancienne Visible par satellite et missions extra terrestresVisible par satellite et missions extra terrestres Présence d`espèces endémiquesPrésence d`espèces endémiques

Lacs tectoniques en AmériqueLacs tectoniques en Amérique

Lac Champlain (Can-USA)

Lac Tahoe (California)

Lac Titicaca (Péru)

Grand Lac Salé (Utah)Lac Okeechobee (Floride)

Lacs tectoniques- AfriqueLacs tectoniques- Afrique

Lac Malawi (Tanzanie) Lac Albert (Zaïre)

Lac George (Uganda)Lac Tanganyika (Tanzanie)

Lacs tectoniques- Lacs tectoniques- Europe de l’est / RussieEurope de l’est / Russie

Lac Balaton (Hongrie)

Lac Baïkal (Russie)

Lacs tectoniques - AsieLacs tectoniques - Asie

Lac Biwa en été Lac Biwa en hiver

Japon

Lacs volcaniquesLacs volcaniques

Lacs d’explosion volcanique (caldera ou maar) (1) Lacs d’explosion 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 productifForme conique, profond, peu productif

2

1

Lacs volcaniquesLacs volcaniques

Lac Pavin (Massif Central)

Lac Taupo (N Zélande)

Lac Toba (Indonésie)

Lacs glaciairesLacs glaciaires

Lacs de cirques et en chapelet (pater noster) (1) Lacs de cirques et en chapelet (pater noster) (1) (déplacement des glaciers = érosion)(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 lacs alpins ou de montagne (creusement des vallées

glaciaires)glaciaires) très nombreux dans l’hémisphère nordtrès nombreux dans l’hémisphère nord et en montagneet en montagne

(2)

(1)

Lacs glaciaires de cirque ou de fjordLacs glaciaires de cirque ou de fjord

Lac Inférieur, Pyrénées (France) Loch Ness (Écosse)

Wood Lake, BC, (Canada)Lac NantuaLac d’Annecy (France)

Lacs glaciaires arctiques Lacs glaciaires arctiques

Lac Miquelon, Alberta Grand lac des Esclaves Yukon

Lac Aishihik, Yukon Lago Posadas (Argentine)

Lacs glaciaires: Finger LakesLacs glaciaires: Finger Lakes

Lac Massiwippi, Qué. Lac Memphrémagog, Qué.

Lacs glaciaires: Kettle lakesLacs glaciaires: Kettle lakes

Lac MontagnettePyrénées, France

Twin Lakes Colorado

Fonte des lentilles glaciaires

Formation glaciaire des grands lacsFormation glaciaire des grands lacs

11ièreière glaciation: 12000 BC glaciation: 12000 BC 11ier ier retrait: 9500 BCretrait: 9500 BC

• lien avec l`océan lien avec l`océan atlantiqueatlantique

• creusement de la vallée creusement de la vallée du St-Laurentdu St-Laurent

22ièmeième glaciation: 8000 BC glaciation: 8000 BC 22ièmeième retrait: 6000 BC retrait: 6000 BC

• relèvement de la croûte relèvement de la croûte terrestreterrestre

• coupure du lien avec la coupure du lien avec la mermer

• configuration définitive configuration définitive des Grands Lacs des Grands Lacs américainsaméricains

Lacs de glissement de terrainLacs de glissement de terrain Glissement et éboulement de terrainGlissement et éboulement de terrain Barrage de valléeBarrage de valléess lacs permanents si le terrain est imperméablelacs permanents si le terrain est imperméable Plus fréquent sur terrain argileuxPlus fréquent sur terrain argileux

Lac de barrage de vallée

Lac dans la zone d’éboulement

FranceLac MontbriondLac de Sylvans

Lacs Karstiques – lacs de dolineLacs 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

Lacs dus aux eaux courantesLacs dus aux eaux courantes

Lacs de méandres ou oxbow lakesLacs de méandres ou oxbow lakes Lacs fluviaux (Ex: lacs St-François, St-Louis, St Lacs fluviaux (Ex: lacs St-François, St-Louis, St

Pierre dans le fleuve Saint-Laurent)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 torrentLacs de bassins de cascade ou de torrent

Formation d’un lac de méandreFormation d’un lac de méandre

12

3

Lac de méandre : Oxbow lakeLac de méandre : Oxbow lake

Lacs fluviauxLacs fluviaux

Lac Saint Pierre

Lacs de plaine d’inondationLacs de plaine d’inondation

Rio ParanaPantanal

Amazone

Lacs du à l’action des ventsLacs du à l’action des vents

Lacs souvent temporairesLacs souvent temporaires Formés par la formation des dunes Formés par la formation des dunes

dans les plaines arides durant la saison dans les plaines arides durant la saison des pluiesdes pluies

Dunes lakes en Australie et Nouvelle Dunes lakes en Australie et Nouvelle ZélandeZélande

Deflation lakes ou Playas lakesDeflation lakes ou Playas lakes

Lacs côtiersLacs 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.

Lacs d’origine humaine: Lacs d’origine humaine: Réservoirs hydroélectriques Réservoirs hydroélectriques

Réservoir Broa, Brésil Réservoir Caniapiscau, Qué.

Réservoir Manicouagan, Qué.Réservoir LG-2, Qué.

Retenues d’eau pour l`irrigationRetenues d’eau pour l`irrigation

Étangs de piscicultureÉtangs de pisciculture

Réservoir Diefenbaker Saskatchewan (Canada)

Étang des Dombes(France)

Lacs extra-terrestres: impact de météorite: lac Manicouagan, lac Cratère

Lacs d’origine multiple : lacs alpinsLacs d’origine multiple : lacs alpins

Lac Léman (Genève) (France-Suisse)

Lac Lucerne (Suisse)

Lago Maggiore (Italie)Lac Constance (Suisse)

Morphométrie des lacsMorphométrie des lacsPyramid Lake Nevada

PlanimPlaniméétrietrie

Longueur maximaleLongueur maximale Longueur maximale Longueur maximale

effectiveeffective Largeur maximaleLargeur maximale Largeur moyenneLargeur moyenne PérimètrePérimètre Développement de la Développement de la

ligne de rivageligne de rivage SuperficieSuperficie

LL FetchFetch

• (emprise au vent)(emprise au vent) ll l moy. = Sl moy. = Soo / L / L pp Dl = p/(2.Dl = p/(2.((SSoo))))

SSoo

Méthode de Simpson: surfaceMéthode de Simpson: surface

BathymétrieBathymétrie

Profondeur maximaleProfondeur maximale Profondeur moyenneProfondeur moyenne Rapport P moy./P max.Rapport P moy./P max. VolumeVolume Profondeur relativeProfondeur relative Indice de creuxIndice de creux Développement du Développement du

volumevolume

P max. P max. P moy. = V / SP moy. = V / Soo

P moy. / P max. P moy. / P max. VV = = h/3 (sh/3 (s11+s+s22++SS11SS22))

PrPr = = (50 P max (50 P max )/)/SSoo Ic Ic = = 1000 P moy. 1000 P moy. SoSo DvDv = = 3 P moy./P max.3 P moy./P max.

Carte bathymétriqueCarte bathymétrique

P max.

Isobathes

Rapport P moy. / P max.Rapport P moy. / P max.

Piscine Lac concave Lac convexe

Volume d’un lacVolume d’un lac

S1m,

S2m

h = 1 m

Profondeur relative Profondeur relative

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

Indice de creux (Ic)Indice de creux (Ic)

Lac Pavin Lac Pavin 8484 lac Craterlac Crater 4444 Lac Tahoe Lac Tahoe 1414 lac Léman lac Léman 6.36.3 Lac Tanganyika Lac Tanganyika 3.23.2 Lac Baikal Lac Baikal 2.62.6 Lac BiwaLac Biwa 1.51.5 Lac TiticacaLac Titicaca 1.11.1 Lac G.L Esclave Lac G.L Esclave 0.40.4 Lac HuronLac Huron

0.240.24

Lac Winnipeg Lac Winnipeg 0.080.08

Développement du volume (Dv)Développement du volume (Dv)

Dv > 1 Dv < 1Dv = 1

Dv > 1 Dv < 1

Courbes hypsographiquesCourbes hypsographiques

Les courbes hypsographiques sont des Les courbes hypsographiques sont des représentations graphiques de la relation entre la représentations graphiques de la relation entre la surface ou le volume du lac et sa profondeursurface ou le volume du lac et sa profondeur

Elles donnent un aperçu de la forme du lacElles donnent un aperçu de la forme du lac

Type I

Type II

Type III

Lois de distribution des lacsLois de distribution des lacs

Relation lac - bassin versantRelation lac - bassin versant

Effets des bassins versantsEffets des bassins versants

Rapport Superficie bassin versant - Surface du lacRapport Superficie bassin versant - Surface du lac

Nature et classification des sédimentsNature et classification des sédiments

Nature des Nature des sédiments:sédiments:

âge du lacâge du lac dimension du lacdimension du lac latitude et climatlatitude et climat nature du solnature du sol géologie du bassin géologie du bassin

versantversant

Classification des Classification des sédimentssédiments

texture et granulométrietexture et granulométrie composition chimiquecomposition chimique géochimie et état d ’oxydationgéochimie et état d ’oxydation contenu en eaucontenu en eau contenu en matière organique contenu en matière organique

et humuset humus Niveau d ’acidificationNiveau d ’acidification Ratio C/NRatio C/N

Le rapport C/NLe rapport C/N

Le Le rapport C/Nrapport C/N ( (carbonecarbone//azoteazote) exprime ) exprime le degré de le degré de minéralisationminéralisation d'un d'un solsol organique ou organique ou humushumus. .

Plus le taux d'azote est important, plus le Plus le taux d'azote est important, plus le rapport C/N est bas et plus la rapport C/N est bas et plus la vitessevitesse de de minéralisationminéralisation est élevée. est élevée.

Type de sédiments selon la matière organiqueType de sédiments selon la matière organique

Type DY: Type DY: • Milieu acide, couleur brune, riches en matiéres humiques, Milieu acide, couleur brune, riches en matiéres humiques,

Rapport C/N > 10, teneur en carbone organique > 10%, Rapport C/N > 10, teneur en carbone organique > 10%, sédiment biologiquement peu actifsédiment biologiquement peu actif

Type GYTTJA:Type GYTTJA:• Milieu alcalin ou neutre, sédiment brun gris, trés visqueux, Milieu alcalin ou neutre, sédiment brun gris, trés visqueux,

riche en matière organique, sédiments biologiquement actif, riche en matière organique, sédiments biologiquement actif, riches en bactéries, rapport C/N < 10 proche du rapport C/N riches en bactéries, rapport C/N < 10 proche du rapport C/N du phytoplancton (5-6), teneur en carbone organique < 10%du phytoplancton (5-6), teneur en carbone organique < 10%

Type SAPROBEL: Type SAPROBEL: • Milieu organique anaérobique, sédiment riche en matière Milieu organique anaérobique, sédiment riche en matière

organique et anoxique, produits de décomposition (méthane, organique et anoxique, produits de décomposition (méthane, hydrogène sulfuré), couleur bleue noire, riches en bactéries hydrogène sulfuré), couleur bleue noire, riches en bactéries anaérobiquesanaérobiques

Type TOURBE:Type TOURBE:• Milieu organique à trés faible décomposition, tourbes acides Milieu organique à trés faible décomposition, tourbes acides

à spaignes, tourbes alcalines, Rapport C/N entre 20 et 40à spaignes, tourbes alcalines, Rapport C/N entre 20 et 40

Indices sédimentologiquesIndices sédimentologiques

Gradient humique Gradient humique • (rapport C/N)(rapport C/N)

Gradient trophiqueGradient trophique• (% Si et % (% Si et %

Diatomées)Diatomées) Type de sédimentsType de sédiments

• (Dy - Gyttja)(Dy - Gyttja)

Utilisation des carottes de sédiments en paléolimnologie

Lacs = Patrimoine mondialLacs = Patrimoine mondial