De la température de l’eau à la géographie des lacs

L’HDR se compose d’un dossier administratif (pp. 1-47) et d’un dossier scientifique (pp. 49-480). Le fil directeur de l’ensemble est de montrer comment l’entrée par la température de l’eau permet de cheminer vers une géographie plaçant les plans d’eau au cœur de la recherche scientifique. L’auteur explique fonder une géographie limnologique qu’il souhaiterait appeler « limnographie » et dont il amorce une épistémologie. La température de l’eau est étudiée en géographie théorique à travers les processus de limnologie physique à l’échelle mondiale, et en géographie appliquée à travers le fonctionnement quantifié des étangs et des lacs de barrage à l’échelle du Limousin. Le chapitre 1 retrace d’abord la longue histoire des instruments de mesure de la température de l’eau depuis le XVIIIe siècle. Puis il détaille les caractéristiques des thermomètres enregistreurs utilisés par l’auteur, qui mesurent la température de l’eau au pas horaire depuis 1997. Il se termine par la discussion de la représentativité spatiale et temporelle des mesures à plusieurs échelles et par la justification des terrains d’étude situés en Limousin : les bassins de la Glane, de la Gorre et de la haute Vézère pour les étangs, ceux de la haute Charente et de la Dordogne pour les lacs de barrage. L’étang de Cieux est le plan d’eau qui a concentré l’instrumentation la plus dense. Le chapitre 2 aborde la température de l’eau à petite échelle cartographique, d’abord en rappelant les principes généraux du bilan thermique et du régime thermique des eaux continentales, puis en étudiant l’hydroclimatologie du Limousin à l’échelle régionale. Pour caractériser le régime thermique des cours d’eau « naturels », c’est-à-dire en amont des plans d’eau artificiels, chaque échelle de temps est d’abord étudiée séparément : l’irrégularité interannuelle, le cycle annuel (en utilisant la formule de Ward et Collings), les variations d’un jour à l’autre, le cycle diurne. Puis l’intérêt est souligné de croiser les échelles de temps cycliques et acycliques, plus particulièrement le cycle diurne et les variations interdiurnes. Pour se faire, l’auteur crée un nouvel indice (coefficient de Paffen mensuel) et applique pour la première fois aux cours d’eau la technique graphique des thermo-isoplèthes qui avait été créée pour l’air. Le chapitre 3 étudie les températures de l’eau à grande échelle cartographique, celle du fonctionnement interne des lacs et des étangs. La dimension verticale de la stratification thermique est privilégiée, mais la dimension horizontale de la zonation thermique est aussi étudiée. Ce chapitre est le cœur du travail d’HDR. En géographie limnologique théorique, l’auteur crée le néologisme de « métastagnion » pour désigner la couche de saut thermique d’un étang à l’échelle de quelques jours ou semaines, plus stable et durable que celui d’une thermocline temporaire, mais moins stable et moins durable que le métalimnion saisonnier d’un lac. En géographie limnologique appliquée, l’auteur crée les diagrammes PHT (Profondeur-Heure-Température), les thermo-isoplèthes relatives (jour, heure et écart thermique entre la surface et le fond du plan d’eau). Il met au point une nouvelle méthode géomatique pour suivre les variations de la thermocline par le calcul des dérivées directionnelles premières et secondes. Il propose une modification du nombre de Wedderburn, pour quantifier la stabilité potentielle en faisant varier la vitesse de cisaillement. Ces nouvelles méthodes sont appliquées aux étangs limousins, en particulier au Grand Etang de Cieux et à l’étang de la Pouge, pour montrer que la stabilité de leur stratification est très supérieure à ce qui est dit habituellement dans la bibliographie concernant les étangs. Ce chapitre étudie moins longuement la stratification dans les lacs de barrage, mais fait une focale sur le fonctionnement différencié des deux plans d’eau de la haute Charente, l’un muni d’un déstratificateur à injection d’air (le lac de Mas Chaban), l’autre sans équipement (le lac de Lavaud). Le chapitre 4 prolonge la grande échelle cartographique d’étude du fonctionnement thermique de l’intérieur des plans d’eau du chapitre 3, mais en prenant un recul épistémologique destiné à proposer une nouvelle typologie de la micticité des plans d’eau en fonction des rythmes de brassage et de l’épaisseur de la tranche d’eau concernée. Une étude critique de toutes les classifications existantes à l’échelle mondiale, dominées par celle de Hutchinson et celle de Lewis, est d’abord effectuée. Elle conduit à souligner certains manques ou contradictions. Tout en montrant la complexité de la polymicticité des étangs, l’auteur propose une nouvelle typologie pour l’ensemble des plans d’eau, y compris les lacs, dont le principal apport se trouve être la prise en compte de l’irrégularité interannuelle, (i) pour l’épaisseur de la tranche d’eau brassée (ce qui permet d’unifier les critères de classification holomictiques et méromictiques, et de réintégrer le type oligomictique éliminé par Lewis), (ii) pour le rythme de brassage, (iii) pour la prise en glace ou non. Le chapitre 5 étudie les températures de l’eau à moyenne échelle cartographique, celle de la recherche-conseil dans un cadre d’aménagement du territoire, d’une géographie appliquée qui puisse être utile aux acteurs de l’eau. Il s’agit de quantifier l’effet des étangs et des lacs de barrage sur les cours d’eau influencés par des plans d’eau d’origine artificielle. Le chapitre se fonde sur le traitement des mesures de température de l’eau dans les cours d’eau à l’entrée et à la sortie des plans d’eau, puis sur le suivi de cet impact en aval le long de l’émissaire sur plusieurs kilomètres, afin de tenter de déterminer la distance de rétablissement des caractères fluviaux. Contrairement à la plupart des études existantes, le plan d’eau n’est pas ici regardé comme une boîte noire sans donnée thermique. Les mesures prises en cours d’eau sont expliquées par celles prises en lac et en étang à toutes les profondeurs sur les chaînes de bouée, afin d’aboutir à une compréhension globale du réseau hydrographique. C’est pourquoi le chapitre 5 est structuré en fonction du type de sortie d’eau des plans d’eau étudiés, le critère de la profondeur étant le plus important. La première partie étudie l’influence des étangs à déversoir de surface, la deuxième quantifie d’abord l’impact des étangs à moine, puis celui des lacs de barrages soutirant l’eau par des vannes. Ces impacts sont présentés en faisant varier les opérations et les échelles de temps (moyennes annuelles et diurnes, amplitudes annuelles et diurnes, extrêmes, maxima moyens diurnes, maxima maximorum, décalages temporels des cycles, variabilité interdiurne, etc.). En plus du déterminant majeur de la profondeur de la sortie d’eau, d’autres critères sont étudiés : la superficie du plan d’eau, son allongement ou non dans le sens du vent, son altitude, la différence entre un plan d’eau isolé et une succession de plans d’eau (notamment l’impact d’une chaîne d’étangs)