Le mouvement des gaz à travers un lac

Les rives du lac sont directement concernées par les activités humaines: on y nage et on y pêche, l’eau des rivières s’y jette et des polluants peuvent s’échapper des eaux usées. Il était communément admis jusqu’à présent qu’un composé libéré sur le rivage se répandait lentement dans le lac et se dégradait, de sorte qu’il demeurait seulement détectable en faible concentration dans les eaux profondes. «Nous montrons dans notre projet que cela n’est pas forcément le cas», explique Tomy Doda, scientifique dans le groupe de physique aquatique de Damien Bouffard à l’Eawag et auteur principal de l’étude. «Lorsqu’il existe un courant qui relie la zone du rivage au milieu du lac, la substance est transportée beaucoup plus vite et atteint les régions profondes avant d’être complètement diluée et décomposée.»

S’il s’agit d’un polluant, les conséquences sur l’écosystème du lac peuvent être néfastes. En revanche, on peut imaginer qu’il y a des effets positifs si un tel courant fournit par exemple de l’oxygène aux espèces aquatiques. «Le résultat principal de notre travail indique que nous devons remettre en question l’idée courante selon laquelle le rivage et le centre du lac sont déconnectés», précise T. Doda.

Le refroidissement génère les courants

Dans le terminologie scientifique, les chercheuses et chercheurs désignent la zone proche des rives d’un lac par «zone littorale» et la zone éloignée des berges par «zone pélagique». Le vent et les vagues peuvent notamment créer un courant reliant les zones littorale et pélagique. T. Doda et ses collègues analysent néanmoins dans leur étude un tout autre phénomène. Celui-ci est provoqué par le refroidissement de la surface du lac pendant la nuit ou les froides journées d’hiver lorsque l’air est plus froid que l’eau du lac. L’eau refroidie à la surface est plus dense et coule vers le fond. Ce mouvement est appelé «convection».

«Un autre phénomène nous intéresse tout particulièrement», précise T. Doda. «Étant donné que le lac est moins profond à proximité du rivage, l’eau s’y refroidit plus vite qu’au milieu du lac.» Par conséquent, l’eau près du rivage est plus dense et s’écoule comme une cascade sous-marine jusqu’au milieu du lac en suivant le fond. Cela provoque un courant inverse à la surface qui équilibre l’écoulement vers les profondeurs du lac.

Ce processus, désigné par les termes de «circulation convective latérale» ou «siphon thermique», est certes connu depuis longtemps, mais sa capacité à transporter des substances à partir du rivage n’avait encore jamais été analysée. «C’est précisément ce que nous avons fait dans notre étude», explique T. Doda. «Nous avons étudié les gaz, mais il serait également intéressant d’analyser le devenir d’autres substances comme les nutriments ou les polluants. Nous avons choisi les gaz, car ils ont beaucoup d’effets sur l’écosystème.» L’oxygène est en effet vital à de nombreux organismes. Sans oublier que la recherche climatique tente de quantifier les émissions de gaz à effet de serre provenant des lacs.