Role of hydrology in the seasonal hydro-biogeochemical variability of an alpine lake : Case of natural or hydropower equipped alpine lakes

Dans un contexte de changement climatique, les lacs de haute altitude représentent un enjeu mondial majeur tant pour le développement de production hydroélectrique que pour la gestion future de la ressource en eau. Cependant, ces milieux extrêmes demeurent peu étudiés, d’autant moins lorsque leur hydrologie a été modifiée à des fins de production hydroélectrique. Ainsi, les connaissances actuelles ne permettent pas d’anticiper comment l’utilisation hydro-électrique des lacs en haute altitude modifie le comportement thermique et la qualité de l’eau de ces réserves d’eau en tête de bassins.L’objectif de ce travail doctoral vise à quantifier la sensibilité thermique et écologique des lacs et réservoirs de haute altitude aux facteurs environnementaux naturels et humains. Pour répondre à cette problématique, le travail s’appuie sur l’analyse de données collectées sur le terrain et leur intégration dans des modèles en 3 dimensions de comportement thermique et de qualité d’eau. L’acquisition des données nécessaires repose sur la mise en place d’un suivi des paramètres météorologiques et bio-physicochimiques du milieu pour un ensemble de trois lacs alpins (Sept-Laux, 2060-2260m, massif de Belledonne), dont deux sont exploités pour de la production hydro-électrique par du pompage-turbinage. Leur localisation géographique proche garantit des conditions météorologiques similaires, tandis que leur morphologie et usages différents permettent d’évaluer le rôle de ces facteurs naturels et humains sur leur dynamique interne. Les résultats de ce travail doctoral présenté en trois articles montrent que :1. La géomorphologie et le contexte naturel local de chacun de ces lacs dictent en premier abord le comportement thermique et écologique de ces lacs,2. La thermie et la qualité d’eau de ces lacs d’altitude sont très sensibles aux épisodes orageux, aux dynamiques de nébulosité et de transparence de leurs eaux, tandis que les températures atmosphériques exercent un rôle moindre que pour les grands lacs de plaine. La gestion hydroélectrique estivale modifie essentiellement le comportement thermique de ces lacs avec des impacts plus limités sur la qualité d’eau.3. Des ajustements dans les profondeurs de pompage conduisent à moduler les effets de la gestion hydro-électrique sur le comportement thermique et la qualité d’eau des réservoirs interconnectés.In a context of climate change, high-altitude lakes represent a major global issue both for the development of hydropower generation and for the future management of water resources. However, these extreme environments remain little studied, especially when their hydrology has been modified for hydroelectric production. Thus, current knowledge does not allow to anticipate how the hydro-electric use of lakes at high altitude changes the thermal behavior and water quality of these water reserves at the head of basins.The aim of this doctoral work is to quantify the thermal and ecological sensitivity of high altitude lakes and reservoirs to natural and human environmental factors. To answer this problem, the work is based on the analysis of data collected in the field and their integration into 3-dimensional models of thermal behavior and water quality. The acquisition of the necessary data is based on the implementation of a monitoring of the meteorological and bio-physicochemical parameters of the environment for a set of three alpine lakes (Sept-Laux, 2060-2260m, Belledonne Massif), two of which are exploited for hydro-electric production by pump-storage. Their close geographical location guarantees similar weather conditions, while their morphology and different uses make it possible to evaluate the role of these natural and human factors on their internal dynamics. The results of this doctoral work presented in three articles show that:1. The geomorphology and local natural context of each of these lakes dictate first of all the thermal and ecological behavior of these lakes.2. The thermal and water quality of these highland lakes are very sensitive to stormy episodes, cloud dynamics and transparency of their waters, while atmospheric temperatures play a lesser role than for large lakes in the lowlands. Summer hydroelectric management essentially modifies the thermal behavior of these lakes with more limited impacts on water quality.3. Adjustments in pumping depths lead to modulating the effects of hydro-electric power management on the thermal behavior and water quality of interconnected reservoirs