Vous est-il déjà arrivé, en fin d'été, de vous baigner dans un étang ou un lac et de remarquer que les premiers pieds d'eau en surface sont aussi chauds que l'eau d'un bain, tandis qu'en dessous, l'eau est fraîche et vivifiante ? Cette eau plus fraîche, bien qu'elle soit très agréable lorsque l'on s'y plonge, peut s'avérer très dangereuse pour votre étang et ses habitants.

Termes et définitions

La stratification est la division de la masse d'eau en couches en fonction de la température, des propriétés chimiques et/ou de la densité. La profondeur de ces couches peut varier, mais elles sont souvent très nettes au sein d'un étang ou d'un lac.

Le terme « thermocline » désigne la séparation entre les différentes couches d'un plan d'eau. Il s'agit souvent de la zone de transition entre l'eau chaude de surface et l'eau froide des profondeurs.

La zone euphotique est la partie de la colonne d'eau qui reçoit la lumière du soleil, c'est-à-dire la couche supérieure de l'eau.

Le terme « épilimnion » désigne la couche d'eau chaude située à la surface d'un étang pendant les mois d'été.

Le « brassage » d'un étang, ou simplement « brassage », désigne le processus par lequel un étang stratifié se mélange lorsque la barrière de densité disparaît. Ce phénomène se produit généralement à l'automne, mais peut également survenir au printemps. Il est souvent très brusque et peut avoir des conséquences catastrophiques pour l'environnement de l'étang.

Le caractère unique de l'eau

L'eau est source de vie sur Terre. Certaines de ses propriétés uniques contribuent à assurer la pérennité de la vie, même pendant les mois d'hiver. La plupart des composés présents sur Terre ont une densité maximale à l'état solide. Ce n'est pas le cas de l'eau : c'est pourquoi la glace flotte sur un étang et dans votre verre. Comme la glace flotte, les étangs et les lacs peuvent abriter la vie pendant les mois d'hiver. Si la glace était plus dense que l'eau à l'état liquide, elle coulerait et provoquerait le gel complet de l'étang ou du lac.

La densité de l'eau liquide varie également en fonction de la température. D'une manière générale, plus l'eau est chaude, moins elle est dense, c'est-à-dire plus elle est légère. Cela signifie que de l'eau à 80 °F « flottera » au-dessus d'une eau à 55 °F. Cependant, à environ 39 °F ou 4 °C, l'eau perd de sa densité jusqu'à atteindre le point de congélation et se transformer en solide. Ce changement de densité est essentiel, car il garantit la présence d'eau chaude au fond de l'étang pendant les mois d'hiver et offre aux poissons un endroit où trouver des températures plus stables.

Évolution saisonnière de l'eau

Nous commencerons notre parcours saisonnier par l’hiver. La température de l’eau est relativement constante dans toute la colonne d’eau. Comme indiqué précédemment, l’eau chaude est moins dense que l’eau froide et remonte donc à la surface. Cependant, à mesure que l’eau se refroidit et devient progressivement plus lourde, ce phénomène s’inverse à environ 4 degrés Celsius et se poursuit jusqu’à ce que l’eau soit gelée (c’est pourquoi la glace flotte). Si vous vous trouvez dans une région septentrionale où il y a de la glace, il y aura de l’eau plus chaude près du fond de l’étang, réchauffée par la Terre, qui ne remontera pas à la surface car l’eau de surface sous la glace est suffisamment froide pour être plus légère.

Lorsque la glace fond à la fin de l'hiver ou au début du printemps, cette eau à 4 degrés Celsius, moins dense, se réchauffe jusqu'à dépasser les 4 degrés. À ce moment-là, elle devient plus dense, c'est-à-dire plus lourde, que l'eau chaude du fond. Le phénomène qui se produit alors s'appelle le « brassage ». L'eau la plus lourde se trouve en surface, mais lorsque la barrière de densité disparaît, toute la colonne d'eau présente une densité uniforme. Cela provoque un brassage de l'ensemble de la colonne d'eau et l'étang prend généralement un aspect trouble, avec des débris en suspension. Le brassage printanier est beaucoup moins intense que le brassage automnal, car les problèmes d'oxygénation sont moins fréquents au printemps qu'à la fin de l'été.

À mesure que le printemps laisse place à l'été, la couche supérieure, ou épilimnion, se réchauffe sous l'effet du soleil et de la hausse de la température de l'air. Plus le temps est chaud et plus le soleil est intense, plus la stratification thermique est marquée et plus la différence de densité entre la surface et le fond de l'étang est importante. Le volume de l'épilimnion peut varier d'un étang à l'autre et d'une année à l'autre, mais il est souvent très faible par rapport à celui des eaux plus froides du fond.

L'automne s'accompagne d'une baisse des températures. L'eau de l'étang commencera à se refroidir tout au long de la saison. Ce refroidissement se poursuivra jusqu'à ce que l'eau située au-dessus de la thermocline atteigne la même température et la même densité que l'eau de fond. Vous vous trouvez alors dans une situation propice à un brassage. Plus ce brassage est rapide, plus ses effets sont importants. Une pluie d’automne fraîche ou un front froid accompagné de vents violents peut rapidement refroidir l’eau de surface et provoquer un brassage rapide. Une fois que l’eau de surface plus froide aura atteint la même densité que l’eau de fond, le volume de l’étang se mélangera et déplacera les volumes d’eau. Là encore, la colonne d’eau sera mélangée et paraîtra sale en raison des débris en suspension.

Le renversement d'automne est bien plus intense que celui du printemps. Lors d'un renversement, plus la thermocline est proche de la surface, plus les effets sur l'étang seront néfastes. Si, au moment du renversement, un volume important d'eau situé sous la thermocline contient très peu ou pas d'oxygène, cette eau pauvre en oxygène se mélange au reste de l'étang, réduisant ainsi la teneur en oxygène dissous dans l'ensemble de la colonne d'eau. De plus, les risques de brassage sont plus élevés en automne en raison des pluies automnales fréquentes et des fronts froids. Cette baisse de l’oxygène dissous peut être suffisamment importante pour provoquer une mortalité massive des poissons. Le brassage mélange également les débris du fond à la colonne d’eau et peut stimuler l’activité bactérienne, ce qui réduit encore davantage les niveaux d’oxygène dissous.

Une fois que la colonne d'eau aura retrouvé son homogénéité, l'eau continuera à se refroidir en surface à mesure que l'automne cède la place à l'hiver. Lorsque l'eau de surface atteindra 39 °F ou 4 °C, elle flottera sur l'eau plus chaude et plus dense jusqu'à ce qu'elle se refroidisse suffisamment pour se solidifier. À ce moment-là, votre étang gèlera et restera gelé jusqu'à ce que le soleil printanier et les températures plus clémentes fassent fondre la glace et relancent le processus.