Cours 1 Flashcards
Fraction eau douce vs eau salée
2.5% vs. Eau salée 96.5%
Informations générales sur l’eau douce
Très petite fraction de l’eau sur la planète (2.5%)
Nous en sommes très dépendant
Source de problème politique dans certains pays
Les sources d’eaux souterraines non renouvelable sont en train de diminuer rapidement
Quelles sont les propriétés de l’eau
Molécule bipolaire
Angle de 104,45 entre les deux hydrogènes =léger déséquilivre dans la position des électrons
Bon solvant
Tendance des molécules à s’agréger dans une sorte de <>, structure 3D qui est fluide
Liens covalents H-C, liens hydrogènes H-H
Glace
Arrangement structural optimal, structure cristalline, molécules espacées (=faible densité, la glace flotte sur l’eau)
Eau liquide (cristal liquide)
Molécules agrégés en <>, taille des grappes décroit avec l’augmentation de la T (cela change la densité de l’eau)
Anomalie de densité de l’eau
Une fois que l’eau est passée de l’état solide à l’état liquide, la taille des grappes décroît avec l’augmentation de la T
->augmentation de la densité=grappes deviennent plis compactée jusqu’à 4 degrés
Par contre, l’expansion thermique due à l’agitation des molécules augmente avec T, plus chaud que 4 degrés.
Relation parabolique entre T et densité
Voir graphique parabolique notes de cours
Il faut 30x plus d’énergie pour mélanger des masses d’eau de 24 et 25˚C, plutôt que des masses d’eau similaires, mais avec des T de 4 et 5˚C.
Plus on chauffe, plus la densité diminue, suivant une courbe parabolique positive
Chemochline
Grandient chimique très prononcé –> stratification chimique créé des changements de densités dans l’eau
Fetch
Axe le long duquel le vent va parcourir
Stratification thermique
Grandient de température très prononcée, créant des couches de densité et température
Epilimnion
Couche de surface des lacs et des réservoirs stratifiés thermiquement
Eau moins dense
Metalimnion
Couche intermédiaire dans un lac ou un réservoir stratifié thermiquement
Diminution rapide de la température avec la profondeur. (variation de T est d’au moins 1˚C / m)
Aussi appelé thermocline
Hypolimnion
Couche de fond des lacs et des réservoirs stratifié thermiquement
Eau plus dense, froide et relativement stagnante
Pourquoi les lacs lacs commencent-ils à geler en surface plutôt qu’en profondeur?
La courbe de densité de l’eau montre un cas particulier …….
Expliquer le cas du Lac Nyos. Quel à été la solution?
21 août 1986, 4 villages morts, le lac a « explosé »
Émission de 1km2 de CO2=morts par suffocation
Lac profond (+de 200m) et stratifié -> le lac a différentes couches qui ne se mélangent pas à cause de différentes densités d’eau (le mélange d’eau des lacs dépend grandement de sa morphologie).
Cette stratification donne comme résultat l’accumulation de grandes qtés de CO2
Suite à un mix de l’eau = éruption limnique
Solution: Dégazer le lac avec évent artificiel (paille en pvc) jusqu’aux profondeurs. Cette méthode à qd même des limites.
Éruption limnique
Le mélange rapide de l’eau profonde sursaturée en CO2 avec les couches supérieures du lac
Pression réduite a permis au CO2 stocké de faire bouillonné hors de la solution
Limnologie
Étude des lacs
Conséquence des liens hydrogènes dans la molécule d’eau
Forte viscosité = point ébullition à 100 Celcius
Sans les liens il n’y aurait que de la vapeur sur Terre
Forte tension superficielle (supérieur a tous les fluides sauf le Mercure) => neuston, insectes qui peuvent vivre à la surface de l’eau
Neuston
Ensemble des organismes dont la physiologie dépend de l’interface air-eau et en particulier du film de matière organique caractéristique de cette interface
Conséquence de la polarité de l’eau
Excellent solvant de gaz et d’ions (solution et transport)
Gaz dissous et leur origine
Méthane (CH4) : activité bactérienne
Sulfure d’hydrogène (H2S) : activité bactérienne
Gaz carbonique (CO2) : atmosphère, respiration
Azote (N2) : atmosphère, activité bactérienne
Oxygène (O2) : atmosphère, photosynthèse
Loi de Henry
Loi qui explique la dissolution des gaz dans l’eau
La qté de gaz dissous dans l’eau = Pression partielle du gaz (Pt) x Constante de solubilité (k) du gaz à une T donnéews
C=kPt
si Pt et/ou K augmentent, on pourra dissoudre plus de gaz (en profondeur, p.ex.)
Par contre, les conditions d’équilibre sont rares dans la vie réelle car les taux de production ou de consommation des gaz dépassent souvent les taux d’échange avec l’atmosphère
Expliquer l’équilibre carbonate-bicarbonate-CO2
CO2 : ne suit pas la lois de Henry !
- quand le CO2 se dissout dans l’eau, une petite fraction (<1%) s’hydrate et forme de l’acide carbonique (H2CO3) ->ions H+. La concentration relative des forment dépend du pH de l’eau.
H2O + CO2 H2CO3
- une partie de l’acide carbonique se dissocie en bicarbonate et ions H+
H2CO3 HCO3 - + H+
- deuxième dissociation : carbonate + un autre proton
HCO3 - CO3 2- + H+
Voir graphique dans notes de cours
H2CO3 peut se lier avec le Ca et déplacer l’équilibre => plus de CO2 peut diffuser dans l’eau
Par quoi peut être utilisé les formes de carbonates suivants: H2CO3 et HCO3-
Par la plupart des plantes.
De fort taux de photosynthèse peut pousser le pH à fluctuer fortement durant le cycle journalier dans les lacs peu tamponnés
Quelles formes de carbonates sont utilisables par les plantes?
H2CO3 et HCO3-
Qu’est ce qui peut pousser le pH à fluctuer
fortement durant le cycle journalier dans les lacs peu tamponnés?
Forts taux de photosynthèse
Définir décalcification biogénique et donner un exemple
Dissolution de la fraction calcaire d’une roche ou d’un sol sous l’action des eaux de ruissellement et/ou d’infiltration. (Liée à une transformation du carbonate de calcium insoluble en bicarbonate de calcium soluble et entraîné par les eaux, la décalcification correspond à un appauvrissement du sol en ions calcium.)
Exemple: lacs de Plitvice (Croatie) ont Barrières de Ca
de 3-50m de hauteur dues à l’activité de bryophytes aquatiques.
Lacs holomictiques
Lac à mélange complet. Le nombre de mélange annuel peut varier:
Dimictiques: mélange complet 2 fois par année (printemps et automne). Les plus
communs dans la zone tempérée
Monomictiques: mélange 1 fois / année (été ou hiver):
- Froids : régions polaires. Ils dégèlent, mais ils ne dépassent pas les 4˚C (mélange en été)
- Chauds : ne gèlent pas, mais en hiver se mélangent car ils descendent à 4˚C
Oligomictiques: ne tournent pas toutes les années (grands lacs, avec bcp
d’inertie : le mélange dépends des conditions climatiques
Polymictiques: : mélanges fréquents (parfois une fois par jour) : lacs peu profonds
tropicaux ou tempérés très exposés aux vents
Lacs dimictiques
Mélange complet 2 fois par année (printemps et automne). Les plus
communs dans la zone tempérée
Lacs monomictiques
Mélange 1 fois / année (été ou hiver):
- Froids : régions polaires. Ils dégèlent, mais ils ne dépassent pas les 4˚C (mélange en été)
- Chauds : ne gèlent pas, mais en hiver se mélangent car ils descendent à 4˚C
Lacs oligomictiques
Ne tournent pas toutes les années (grands lacs, avec bcp
d’inertie : le mélange dépends des conditions climatiques.
Lacs polymictiques
mélanges fréquents (parfois une fois par jour) : lacs peu profonds
tropicaux ou tempérés très exposés aux vents
Lacs meromictiques
Mélange partiel (mixolimnion vs monimolimnion).
Presque stratifié en permanence.
Cause: présence chémocline, ou car le lac est protégé des vents ->comme lac Nyos qui a explosé.
Mixolimnion
.
Monimolimnion
.
Lacs amictiques
Ne tournent pas car gelés en permanence (lacs d’altitude)
La relation entre la Température et la concentration en oxygène gazeux (O2) est…
Une relation inverse
La relation entre la Température et la densité de l’eau est…
Une relation parabolique
En terme de T et d’O2, la colonne d’eau peut être divisés en zones, lesquelles?
Zone trophogénique: Matière
organique produite par la
photosynthèse et libération
d’O2 (Production primaire)
Zone tropholytique: Matière organique décomposée et
consommation d’O2 (Respiration cellulaire)
Qu’est ce que le risque de mortalité hivernale? (Winterkill)
Limitation de la quantité d’O2 disponible dans l’eau lorsqu’un lac est gelé.
Points de tolérance critique pour certaine espèces:
Hypoxie :5mg/L (salmonidés), 2mg/L (cichlidés)
Anoxie : 2mg/L
Que peut nous donner comme information le profil profil de Température et d’O2 d’un lac?
Une bonne idée des niches écologiques de ce lac
Que cause le fait que les microorganismes prennent refuges en zones anoxiques l’hiver?
Cela rend la zone encore plus anoxique par la respiration d’O2 par ces mêmes microorganismes.
Lac oligotrophe
Faible en matière nutritive
Diminution rapide T dans metalimnion
Qté O2 assez stable au sein de 3 couches (Epi, meta,hypo)
Hypolimnion 4 degré
Lac eutrophe
Fort en matière nutritive
Diminution rapide T dans métalimnion
Diminution rapide de la qté O2 dans métalimnion
Hypolimnion hypoxique/anoxique
Hypolimnion 4 degré
Un lac de couleur verte est un lac…
Eutrophe
Limite de la zone euphotique
Profondeur ou seulement 1% de la lumière est disponible pour la photosynthèse
Qu’est-ce qui peut causer des pics d’O2 dans le métalimnion?
Par des pics de production algale en
profondeur (deep chlorophyll maximum)
Déterminants très importants du
bilan en oxygène d’un lac
Productivité et la morphologie
Comment la pénétration de la lumière dans l’eau peut-elle affecter la dispersion des organismes?
- Visibilité prédateurs
- Photosynthèse
- Flux de chaleur -> stratification thermique
- Rayons UV: photodégradation. Uv n’arrivent pas à bien pénétrer l’eau, relativement absorbé à la surface. Forme petites molécule de carbone disponible pour les décomposeurs.
Plus le kd est grand…
Plus l’atténuation de lumière est grande
Quelles sont les composantes de la loi de Beer-Lambert? Comment fait-on pour la linéariser?
Z = profondeur I = intensité lumineuse (à deux point: 0 et profondeur max) kd = coefficient d’atténuation lumineuse
On peut linéariser son équation par transformation logarithmique
Quels sont les facteurs qui affectent l’atténuation de la lumière dans l’eau?
- longueur d’onde
- turbidité de l’eau
Comment peut-on déterminer la transparence de l’eau?
On utilise des radiomètres ou bien un disque de Secchi
Utilités du SD
- Simple, léger, économique
- Possibilité de comparer des données actuelles avec des séries historiques
- Idéal pour les sciences participatives
=> bon pour suivre un système donné dans le temps (mais attention), ou pour des
comparaisons à très grande échelle, mais à éviter pour estimer le kd (coefficient d’attenuation de la lumière)
Limitations SD
son application à l’estimation des propriétés optiques de l’eau est quelque
peu limitée car il ne répond par de la même façon dans des eaux turbides (p.ex. avec des
particules en suspension) ou dans des eaux colorées (p.ex. avec des substances humiques)
Ordre de Strahler
Outil euristique (raccourcis), qui corrèle avec des nombreuses caractéristiques des cours d’eaux (p.ex, pente, substrat)
1+1=2
2+2=3
etc
Dépend de la résolution que nous utilisons pour la calculer
La granulométrie d’une rivière dépend de quoi? Comment peut-on l’estimer?
Le courant. On peut l’estimer avec Strahler
Système lotique
Système hydrologique avec du courant
Système lentique
Système hydrologique stagnant
Vrai ou faux: Système lotique élimine les gradients verticaux et rend les systèmes plus hétérogènes?
Faux: plus homogène (sauf pour la lumière)
Facteur sélectif du courant
Certaines espèces de poisson sont mieux adaptés pour remonter de fortes pentes
Dans quel sens coule le courant des bassins versants
Amont vers l’Avale
Que cause le courant sur les cours d’eaux?
Élimine les gradients verticaux, système plus homogène
Contrainte à la dispersion (plancton, organismes sessiles), ceci créer des coévolutions
Élimination continue des ressources (ex: nutriments pour les algues et particules pour les consommateurs) mais constant renouvellement
Tri de particules
Facteur sélectif
Caractéristique Température dans un cours d’eau
Gradient amont-aval
Vers l’amont :
Très constante (proche de la T moy du bassin versant)
Vers l’aval :
Tends vers la T de l’air
Plus fortes oscillations par rapport aux sources (p.ex : ordre 1 : cycles 24h; ordres >1 cycle annuel plus important que cycle journalier)
Impact du « passage » par un système lentique (T plus haute a la sortie qu’à l’entrée du lac)
Caractéristique Oxygène dans un cours d’eau
Gradient amont-aval
Vers l’amont: O2 faibles
Vers l’aval : Oscillation jour/nuit de plus en plus importante
Apport important par les phénomènes biologiques
