L'eutrophisation dans les eaux de surface : modélisation physique

Abstract

Les 10,3 km2 du plan d’eau du lac de Hallwil représentent un pôle touristique important pour le canton de Lucerne (Suisse). En effet, la pêche et de nombreux sports nautiques sont pratiqués. Avant sa mise en restauration en hiver de l’année 1985/1986, ce lac présentait une eutrophisation importante (dominée en grande partie par le phosphore) perturbant les activités aquatiques, et des nuisances dommageables à ses différents usages, et de ce fait gênait le développement touristique de la région. La carence en oxygène du lac de Hallwil était catalysée en été par une stratification thermique très marquée (21,1°C), qui favorise la remise en solution des nutriments piégés en période hivernale dans les sédiments. Cette anoxie pouvait être constaté à partir de 3 m de profondeur. Dans le but de remédier à l’eutrophisation du lac de Hallwil, l’E.A.W.A.G a mis en service dans l’hiver 1985/1986, une installation d’un système d’aération alterné en deux modes d’aération, une aération par un système de déstratification en période hivernale, et une aération hypolimnètique en période estivale (air/oxygène pure). L'objet principal de notre étude est d'exploiter les relevés des résultats expérimentaux (recueilles à partir des expériences qui ont été faites dans le site du lac de Hallwil), pour analyser et commenter l’évolution des paramètres physiques (la température et la conductivité), ainsi que les paramètres chimiques (le pH, l’oxygène dissous, le phosphore total et l’azote total). Ces variations se sont réalisées dans l'espace (en fonction de la profondeur du lac) et dans le temps (mensuelle et annuelle) avant et durant le fonctionnement des deux modes d'aération. Enfin, une étude comparative a été faite, dans le but de montrer la performance des deux modes d'aération dans la restauration du lac. A travers l’exposition des différents résultats des paramètres physiques et chimiques dans les deux modes d’aération, nous avons aboutis à une augmentation de la teneur d’oxygène et une diminution de la quantité du phosphore dans les eaux des profondes. Ainsi l’étude des résultats de la campagne de mesures faites à partir de 1985, permet de diagnostiquer l’effet des deux techniques d’aération sur l’amélioration de l’état du lac de Hallwil. Pendant la restauration du lac, la concentration moyenne minimale d'oxygène dépasse la valeur 6 g/m3 dans la période hivernale, alors qu'elle n'excède pas la valeur 4 .5 g/m3 dans la période estivale. Les plus grandes valeurs de la teneur en phosphore sont plutôt observées dans le mode d'aération hypolimnètique que dans l'autre mode d'aération. Les valeurs moyennes maximales de ce composé sont au dessous de 0.2 g/m3 (période hivernale), et 0.25 g/m3 (période estivale). Ainsi, on peut conclure que les deux techniques d’aération ont contribué d’une façon spectaculaire par chacune de manière opérationnelle à réoxygener et déphosphoriser les couches profondes du lac. La présente étude comportera deux grandes parties, une partie A consacrée à l’étude bibliographique du phénomène d’eutrophisation, et une partie B qui est la partie expérimentale. La partie A est divisée en trois chapitres: - Dans le premier chapitre, on présentera une étude comparative sur les deux modes d’aération mécaniques; - Le second chapitre montre les différentes études faites sur le phénomène d’eutrophisation, ainsi que les résultats aboutis; - Dans un troisième chapitre, nous exposerons une formulation mathématique qui définit le phénomène en question. La description du modèle expérimentale, la présentation des résultats, interprétations, ainsi que les principaux résultats feront l’objet de la partie B. Enfin, nous résumons toutes nos observations et recommandations dans une conclusion générale. Langues : Français (fre)