10.01.2006 – 09:00

Schweizerischer Nationalfonds / Fonds national suisse

FNS: Image du mois janvier 2006: Mécanismes d’oxygénation découverts par des chercheurs de l’EPFL

Berne (ots)

Le lac Léman respire par avalanches

La qualité des eaux du lac Léman est un souci permanent pour 
ceux qui habitent sur ses rives. Pour rester en bonne santé, cette 
immense étendue aquatique doit absolument oxygéner ses couches les 
plus profondes. Elle y parvient généralement en hiver. Mais avec le 
réchauffement du climat, ce phénomène semble s’enrayer, comme l’ont 
constaté des chercheurs de l’EPFL, soutenus par le Fonds national 
suisse. En suivant les mouvements des masses d’eau depuis de 
nombreuses années, ils ont pu démontrer que plusieurs mécanismes 
sont responsables de leur brassage.

Lors de l’hiver 2004-2005, le lac Léman a réussi à oxygéner ses 
couches les plus profondes, à près de 300 mètres, avec une 
amplitude que le professeur Ulrich Lemmin et son équipe du 
Laboratoire d’hydraulique environnementale de l’EPFL n’avaient plus 
vue depuis longtemps. C’est une bonne nouvelle car ce phénomène est 
essentiel au maintien de la bonne qualité des eaux du lac. Mais cet 
épisode réjouissant ne peut cacher une tendance inquiétante : le 
réchauffement du climat, et l’élévation sensible des températures 
moyennes hivernales ces dernières années, ont contribué à freiner 
ces processus d’oxygénation.

L’équipement dont dispose les scientifiques leur a permis 
d’observer les mouvements internes du Léman responsables de ce 
phénomène. Une batterie de capteurs capables de mesurer toutes 
sortes de paramètres (température, mouvements, etc.) leur est 
nécessaire. En outre, il leur faut placer ces instruments en 
plusieurs endroits et à différentes profondeurs, condition 
indispensable pour suivre le déplacement des masses d’eau.

Une fois les données accumulées et traités par les ordinateurs, 
les mouvements secrets du lac se révèlent à l’écran dans toute leur 
complexité. Il a fallu toute la science des hydrodynamiciens pour 
les identifier. Le plus visible de tous est sans doute celui que 
l’on a baptisé « boucle de convection ».

Un millefeuille de 300 mètres

Il faut imaginer le lac comme un millefeuille constitué de 
différentes couches d’eau qui se distinguent par leur température 
et leur densité respectives. C’est à la surface que le thermomètre 
oscille le plus, au gré des saisons. De plus de 20°C en été, on 
passe facilement quelques mois plus tard à des températures proches 
de zéro si l’hiver est rigoureux. Or c’est justement en hiver que 
se produisent les boucles de convection, quand la température des 
eaux de surface devient inférieure à celle des eaux profondes qui 
se maintiennent, elles, toujours aux alentours des 5.5°C. « En 
physique des liquides, explique Ulrich Lemmin, plus froid signifie 
généralement plus dense. Logiquement quand les couches supérieures 
du lac atteignent des températures assez basses, elles plongent 
vers le fond. » L’oxygène qu’elles contiennent va s’y révéler 
particulièrement précieux au maintien de la bonne qualité des eaux 
du lac. Algues ou animaux morts tombent en nombre au fond du lac. 
La dégradation de cette matière organique par les bactéries 
aérobies entraîne une grande consommation d’oxygène. Si ce dernier 
manque, le travail de nettoyage par les bactéries ne peut plus se 
faire. La matière organique s’accumule dans les sédiments, de même 
que certains polluants comme le phosphore, et ce jusqu’à menacer 
l’équilibre du lac.

Le brassage saisonnier du lac Léman est donc essentiel à sa 
bonne santé et l’est d’autant plus que les activités et la présence 
humaine font peser sur lui une pression sans cesse grandissante. 
C’est la raison pour laquelle les spécialistes s’inquiètent des 
conséquences d’un éventuel réchauffement climatique durable. Il 
suffit d’une faible augmentation des températures moyennes en hiver 
pour que le brassage du lac diminue et se révèle insuffisant à la 
régénération de ses eaux.

L’importance des zones côtières peu profondes

Pour prendre toute la mesure du phénomène, il est nécessaire de 
décortiquer ce processus d’oxygénation dans son entier. Est-il 
possible que les boucles de convection ne soient pas les seuls 
mouvements à assurer ce brassage ? Et si c’est le cas, ces autres 
manifestations sont-elles tout aussi sensibles aux variations de la 
température atmosphérique ?

C’est en s’inspirant d’observations effectuées en laboratoire, 
qu’Ulrich Lemmin et son équipe ont étendu leurs investigations. A 
leur grande satisfaction, ils ont découvert d’autres phénomènes de 
brassage. Les scientifiques se sont notamment intéressés aux zones 
côtières du Léman, où la profondeur n’excède guère les cinq mètres 
sur une largeur de plusieurs dizaines de mètres. Ces zones, très 
abondantes par exemple entre Genève et Lausanne, en bordure de ce 
que l’on appelle le Petit Lac, se refroidissent très vite du fait 
de leur faible profondeur. Devenue froide et donc plus dense, cette 
eau côtière coule à son tour et dévale en avalanches le long des 
pentes lacustres pour converger au fond du Petit Lac.

Tout récemment, l’équipe de l’EPFL a réussi à mettre en évidence 
un autre phénomène qui concourt à l’oxygénation du lac 
profond. « Ce sont certaines mesures qui nous ont mis la puce à 
l’oreille. Mais elles ne suffisaient pas. Les expériences en 
laboratoire nous ont aidés à mettre au point un modèle numérique 
réaliste. Nous sommes maintenant convaincus de l’existence d’un 
troisième phénomène de brassage qui est intimement lié au second, 
c’est à dire aux cascades qui se produisent depuis les côtes peu 
profondes. » En effet, quand, en hiver, les eaux froides côtières 
atteignent le fond du Petit Lac, elles n’ont réalisé qu‘une partie 
de leur voyage. Il leur reste en effet à atteindre un point plus 
bas encore, à l’est, sur le plateau du lac qui atteint 300 mètres 
de profondeur. Lentement, elles quittent le Petit Lac et glissent 
pour rejoindre cet abîme lacustre, apportant avec elles leur charge 
en oxygène.

On sait donc désormais que le Léman « respire » de différentes 
façons. Cette découverte devrait non seulement permettre de mieux 
protéger le plus grand lac de Suisse, et d’Europe occidentale, mais 
également de mieux comprendre d’autres étendues d’eau douce, elles 
aussi mises à rude épreuve par le réchauffement climatique et les 
activités humaines.

Pour de plus amples informations:
Prof. Ulrich Lemmin
Laboratoire d’hydraulique environnementale
EPFL
CH-1015 Lausanne
tél: +41 (0)21 693 23 79
e-mail:  ulrich.lemmin@epfl.ch

Le texte et l’image de cette information peuvent être téléchargés 
sur le site web du Fonds national suisse: 
http://www.snf.ch/communique