Pourquoi un lac ne gèle-t-il qu'en surface ?

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réponse simple

Réponse simple :

En hiver, la plupart des lacs sont couverts d’une couche de glace plus ou moins épaisse sous laquelle l’eau reste à l’état liquide3.

 


Le lac de Joux (VD) dont la surface est gelée

Ce phénomène est dû à une propriété particulière de l’eau ; contrairement à la plupart des substances, elle est plus légère sous forme solide que liquide1.

Ainsi, lorsque l’eau d’un lac commence à geler, la glace résultante forme une couche isolante qui flotte à la surface6.

 

Sur un lac, la glace forme une couche isolante
La glace isole le fond du lac (source)

Les eaux plus profondes sont alors non seulement plus lourdes, mais également plus chaudes, avoisinant 4°C même lors des grands froids5.

 

En hiver, la température de l'eau croît avec la profondeur
En hiver, la température de l'eau reste stable en profondeur

En protégeant le lac, cette glace superficielle permet donc aux espèces aquatiques de survivre durant l’hiver4.

 


Sous la surface, la faune peut continuer à subsister

réponse avancée

Réponse avancée :

Contrairement à la majorité des substances, l’eau atteint son maximum de densité alors qu’elle est encore à l’état liquide, à exactement 4°C1. En dessous et en dessus de cette température, les molécules qui la composent s’espacent et la densité globale diminue.

 


Lorsque l'eau gèle, ses molécules se figent en un large réseau cristallin (source - modifiée)


Variation de la densité de l'eau selon la température (Formulaires et Tables p.173)

Lorsque l’eau gèle, la glace résultante est donc moins dense que l’eau liquide, c’est pourquoi elle flotte2.

Durant les saisons chaudes, l’eau d’un lac est habituellement répartie selon diverses couches ; l’épilimnion (couche externe), la thermocline (couche intermédiaire) et l’hypolimnion (couche du fond)3.

 

On distingue plusieurs couches d'après la température de l'eau
On distingue plusieurs couches d'après la température de l'eau (source)

Comme le soleil frappe directement la surface de l’eau, la température est plus élevée en surface et décroît en fonction de la profondeur4. L’hypolimnion est donc la partie la plus froide et la plus dense, où l’eau avoisine les 4°C en milieu tempéré5.

 

En été, la température de l'eau décroît avec la profondeur
En été, la température de l'eau décroît avec la profondeur

Au début de l’hiver, l’air refroidit progressivement la surface de l’eau, engendrant un brassage entre les différents niveaux du lac6. Peu à peu, il se forme une nouvelle stratification dont les parties supérieures sont à présent plus froides que les couches inférieures. De la glace se forme en hauteur et, comme celle-ci flotte, elle constitue une barrière isolante par rapport au reste du lac7.

 

Sur un lac, la glace forme une couche isolante
La glace isole le fond du lac (source)


Le lac de Joux (VD) dont la surface est gelée

La température de l’eau est donc nulle à proximité directe de la glace, puis elle augmente lentement avec la profondeur4. L’eau qui constitue l’hypolimnion reste à 4°C, mais elle devient dans ce cas de figure la partie la plus chaude du lac.

 

En hiver, la température de l'eau croît avec la profondeur
En hiver, la température de l'eau croît avec la profondeur

En préservant la température des couches internes, la glace superficielle permet ainsi aux espèces aquatiques de survivre durant l’hiver. Cet effet est accru par la présence de neige en dessus de la glace, car celle-ci fait preuve d’une meilleure isolation8.

 


Sous la surface, la faune et la flore peuvent continuer à subsister

Une trop grande couche de glace réduit toutefois la quantité d’oxygène dissout en limitant les échanges entre l’air et l’eau, ce qui peut être dommageable à une partie de la biocénose4.

Commentaires   

+3 #1 simeon 21-03-2016 12:23
Très bonne expliquation. Je ne me souvenais plus pourquoi les lacs ne gelaient en surface, mais maintenant je sais de nouveau. merci ;)
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