Les lacs possédant des décharges de surface peuvent être considérés comme des bassins de rétention et de mélange pour les cours d’eau où ils se déversent. Le temps de rétention de l’eau dans un lac permet à la sédimentation et aux réactions lentes de se poursuivre davantage que dans les réseaux fluviaux (ruisseaux et rivières).
Dans la plupart des lacs des climats tempérées, comme au Québec, il s’établit une stratification saisonnière de l’eau selon la température de celle-ci. Au cours de l’hiver, les lacs sont recouverts de glace et l’eau peut devenir stagnante, sa température étant de 0 °C immédiatement sous la glace et, uniformément, de 4 °C (ou un peu plus) en profondeur. Après la débâcle, l’action du vent à la surface de l’eau provoque un mélange (homogénéisation printanière) de l’ensemble de la masse d’eau. Le lac devient généralement isotherme (température égale sur toute la profondeur de l’eau) et chimiquement homogène.
Il est utile de se rappeler que la densité de l’eau douce (poids) est à son maximum lorsqu’elle atteint 4 degré C. A cette température l’eau s’enfonce dans le lac.
Au printemps, l’énergie calorifique est absorbée par les couches supérieures du lac. Le vent constitue la principale source d’énergie répartissant la chaleur dans le lac. Il produit des courants qui déplacent les eaux de surface plus chaude en obligeant les couches plus froides à remonter à la surface du lac pour subir le réchauffement. Il s’établit un contre-courant sous la surface provoquant l’échange de chaleur. Dans les lacs suffisamment profonds, plus de 5 m au Québec, il se forme une couche limite (thermocline), par suite des gradients de densité dus à l’accumulation de chaleur; entre la couche superficielle mélangée (épilimnion) et la masse d’eau sous-jacente (hypolimnion) qui est plus froide et moins mélangée.
À l’automne, l’arrivée de températures plus froides entraîne des changements de densité de l’eau et une dé-stratification thermique. Vers la fin de l’automne, l’eau commence à redevenir isotherme et le lac est mélangé de nouveau (homogénéisation automnale).
La biologie d’un lac dépend beaucoup de la thermocline qui constitue une barrière au déplacement de l’oxygène dissous, des solutés et des toxiques ainsi qu’à la distribution de chaleur entre l’épilimnion et l’hypolimnion. La photosynthèse se fait principalement, mais non pas exclusivement, dans les couches supérieures d’un lac (couches trophogènes). Les facteurs régissant le processus dépendent des espèces de phytoplancton présentes, de la pénétration de la lumière, de la disponibilité des substances nutritives, de la température et de l’interaction entre les divers besoins du phytoplancton.
Voir aussi: LA TRANSPARENCE DE L’EAU D’UN LAC ET SA QUALITÉ.
Les matières organiques produites par l’activité de photosynthèse décantent des couches supérieures de l’eau et pénètrent dans la couche profonde. Ce processus entraîne dans les eaux profondes une perte d’oxygène dissous due à la biodégradation. L’oxydation chimique des matières organiques influe aussi sur les concentrations d’oxygène dissous. La thermocline constitue une barrière empêchant le déplacement des gaz dissous entre les couches superficielles et les couches profondes. Lorsque l’apport en oxygène est important relativement à celui en matières organiques, l’hypolimnion demeure oxygéné.
Par contre, si la teneur en oxygène est basse, l’hypolimnion peut devenir anaérobie. Dans ces conditions, la communauté biologique (benthos, zooplancton, bactéries, poissons) et la chimie de l’eau sont atteintes (p. ex. accumulation de matières inorganiques, libération de substances nutritives et sorption de métaux)..
Les termes oligotrophe, mésotrophe et eutrophe décrivent la productivité biologique d’un lac. Les eaux oligotrophes sont celles ayant une basse teneur en substances nutritives et une faible activité biologique, et les eaux mésotrophes, celles ayant une productivité moyenne. Le terme eutrophe s’applique à des eaux très productives ayant des teneurs élevées en substances nutritives.
L’eutrophisation entraîne une augmentation de la population de certaines espèces de phytoplancton (algues) , de la turbidité et de la couleur des eaux; elle provoque une diminution de la teneur en oxygène dissous par suite de la mort et de la décomposition des plantes aquatiques.
Le régime hydraulique de plusieurs lacs est régi par leurs tributaires, qui forment un lien à la fois géochimique et biologique entre eux et leur bassin versant. L’influence des tributaires sur les conditions lacustres est fonction de leur débit par rapport au bilan hydrologique du lac et du degré de mélange des eaux affluentes aux eaux lacustres. Les eaux affluentes ont tendance à se retrouver dans le lac à la profondeur où les eaux ont la densité la plus voisine de la leur, qui varie selon la température et la teneur en matières dissoutes et en matières en suspension. Ces échanges diffèrent selon la saison à cause des effets de la stratification lacustre. Dans les lacs ayant un faible taux de renouvellement, la composition chimique est modifiée aussi par la précipitation et par le taux d’évapotranspiration.
LACS ET CHALETS