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La saison froide et les lacs, entre mouvement et immobilité

17 janvier, 2023 | Articles de vulgarisation, Nouvelles

Le mercure qui descend, la luminosité qui diminue, les feuilles d’arbres qui roussissent puis chutent… L’hiver s’installe doucement sur les lacs, apportant son manteau endormi et semblant faire disparaître toute vie dans un mystère enveloppant. Observons de plus près les changements dans les lacs lors des saisons d’automne et d’hiver, passant du mouvement des eaux à leur immobilité…

La transition automnale

La saison des feuilles qui craquent sous nos souliers s’accompagne de bien des changements pour les plans d’eau. Les pluies d’automne vont ruisseler sur les sols des bassins versants et nettoyer les traces des activités qui s’y sont déroulées durant l’été. Avec elles sont entraînées les particules de sol non stabilisées ainsi que les nutriments et polluants ajoutés au sol, qui finiront dans le lac.
Dans celui-ci, de grands mouvements d’eau s’effectuent au fur et à mesure que les températures extérieures se refroidissent. La stratification thermique présente en été dans les lacs profonds – eaux chaudes en surface formant une couche appelée épilimnion, et eaux froides en profondeur formant l’hypolimnion – laisse place à une homogénéisation de la température des eaux.
RAPPEL_Couches d'eau

Schéma : La stratification thermique d’un lac en été

Pour en savoir plus sur les composantes des lacs en été, consultez notre fiche informative Composantes des lacs.

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Plus précisément, les eaux de surface qui étaient chaudes en été vont se refroidir de plus en plus, et descendre vers le fond du lac. Ce phénomène est lié à la densité de l’eau. L’eau froide, ayant des particules plus proches les unes des autres, est plus dense et lourde que l’eau chaude. Elle va ainsi « couler » au fond du lac, entraînant avec elles les matières nutritives et organiques de la surface.

Ce phénomène engendre par la même occasion un brassage de l’eau — le brassage automnal — qui est accentué par les vents importants de l’automne. L’hypolimnion, la couche d’eau la plus profonde du lac, se recharge ainsi en oxygène et en nutriments. Avec ce brassage, toute l’eau du lac se retrouvera à peu près à la même température, soit à environ 4 °C. 

Saviez-vous que c’est à 4 °C que l’eau atteint sa densité maximale?
Lorsque l’eau en surface deviendra plus froide que 4 °C, elle sera alors  plus légère et flottera!

 

L’apparition de la glace

Alors que l’eau de surface refroidit de plus en plus, il suffit d’une courte accalmie des vents pour qu’une couche de glace puisse se former sur le lac. D’ailleurs, contrairement à la plupart des autres substances, l’eau est plus légère sous sa forme solide (glace) que liquide! Ceci explique la formation d’un manteau de glace flottant en surface.
Les organismes vivant dans les lacs, comme les poissons, se retrouvent donc privés d’un accès à la surface. Cependant, c’est également cette couche de glace qui protège le lac tout au long de l’hiver, et y maintient une température de l’eau avoisinant les 4 °C. La vie aquatique sous ce manteau gelé est ainsi préservée.

En hiver, on parle donc de stratification thermique « inversée » : il y aura une petite différence de température entre la surface du lac, qui est en contact avec la glace donc plus froide, et le reste de la colonne d’eau, plus chaude.

Sans échange avec l’atmosphère, l’oxygène présent sous la couche de glace représente l’entièreté du réservoir d’oxygène disponible pour le lac pendant toute la saison froide. Ce réservoir va devoir être partagé entre toutes les espèces aquatiques.

La période de gel des lacs est un moment de calme permettant la sédimentation de certaines matières en suspension. Parmi elles se trouvent des sédiments, de la matière organique et des résidus divers. Ces éléments proviennent majoritairement du bassin versant ou de la mort d’organismes aquatiques.

Les matières organiques présentes dans ce dépôt vont être décomposées par les bactéries du lac, qui consommeront l’oxygène stocké. Dans plusieurs lacs, ce phénomène entraînera des déficits en oxygène (anoxie ou hypoxie) à la fin de l’hiver. D’où l’importance de la recharge en oxygène au printemps, lors du brassage de l’eau après la fonte des glaces!

Le redoux printanier

Lors de la fonte des glaces, le soleil réchauffe progressivement les eaux du lac. Les pluies printanières lessivent à nouveau les sols des bassins versants, nettoyant les sédiments, nutriments et polluants accumulés durant l’hiver. Ceux-ci se retrouvent alors dans le lac. C’est le cas par exemple des sels de voirie  !
Tout comme à l’automne, le vent participe à brasser les eaux du lac. Il mélange ainsi celles de surface, chargées de particules, nutriments et d’oxygène, avec celles du fond du lac. Lorsque les vents printaniers se calment, une nouvelle stratification thermique s’installe : les eaux de surface se réchauffent, tandis que les eaux des profondeurs restent fraîches.
Tout comme à l’automne, le vent participe à brasser les eaux du lac. Il mélange ainsi celles de surface, chargées de particules, nutriments et d’oxygène, avec celles du fond du lac. Lorsque les vents printaniers se calment, une nouvelle stratification thermique s’installe : les eaux de surface se réchauffent, tandis que les eaux des profondeurs restent fraîches.
Toutefois, si la température extérieure se réchauffe trop rapidement après la fonte des glaces et que le vent n’est pas assez présent, le brassage printanier est incomplet. Ce phénomène empêche alors la recharge totale de l’oxygène en profondeur dans les lacs, et est associé une anoxie en été !

Entretenir la bonne santé de son lac, toutes les saisons

Les activités présentes dans le bassin versant ont ainsi un impact clé sur la vie et la santé des plans d’eau. Et ce, quelle que soit la saison à laquelle elles sont effectuées !

La teneur en matières en suspension, l’apport en sédiments et en nutriments, la présence d’oxygène… Tous ces éléments liés à l’eutrophisation sont déterminants pour la survie des espèces présentes dans le lac en hiver.

Pour en savoir plus sur l’eutrophisation, consultez nos ressources :

Fiche informative « Eutrophisation »
Article « L'eutrophisation, comment ça marche ? »

De bonnes habitudes sur le bassin versant peuvent ainsi jouer un rôle important sur la préservation des lacs contre l’eutrophisation. Mais ces actions ont aussi un impact sur la vie invisible des organismes lors de la saison froide !

Pour en savoir plus sur les bonnes actions à instaurer dans le bassin versant pour protéger votre lac à votre échelle, consultez la fiche informative sur les bonnes solutions et le guide Protection des lacs !

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Références
Conseil Régional des Laurentides (2009). La stratification thermique. CRE Laurentides. http://crelaurentides.org/wp-content/uploads/2021/10/fiche_stratification.pdf

Dodds, W. et Whiles, M. (2019). Freshwater Ecology (3e édition). Academic Press, 998 pages.

WWF (2016). Le problème des grands lacs qui ne gèlent pas en hiver. WWF.ca. https://wwf.ca/fr/stories/le-probleme-des-grands-lacs-qui-ne-gelent-pas-en-hiver/