A study of flow conditions near the substratum in an experimental channel [Translation from: Verhandlungen der Internationalen Vereinigung fur Theoretische und Angewandte Limnologie 18, 718-725, 1972]

In a slow flow, on a smooth uniform substratum, a limited bed allows the existence of currents slow enough for benthic invertebrates. These conditions rarely occur naturally. The investigations carried out in this work aimed, on an intermediary scale, to define the influence of irregularities in the substratum on flow near the bottom. The substrata used were made of glass marbles. The investigations were carried out in a transparent channel of 70 cm in length and a rectangular section 10 x 5 cm. The data was analysed to study the general evolution of flow in terms of average speeds and the appearance of the turbulence near the bottom

Phytoplancton et productivité primaire de quelques lacs d'altitude dans les Pyrénées

Le phytoplancton et la productivité primaire ont été étudiés au lac de Port-Bielh (2 285 m), de juin 1967 à octobre 1971, ainsi que dans trois lacs voisins de plus faibles dimensions, en 1968. L'évolution du peuplement phytoplanctonique et de la productivité primaire et ses relations avec les composantes physiques, chimiques et biologiques de ces milieux lacustres de haute montagne sont analysées dans ce travail. Le phytoplancton se compose d'espèces de petite taille (nannoplancton) où dominent des formes flagellées (Chrysomonadines et Cryptomonadines) et des Diatomées (Cyclotella). Les Chlorophycées sont peu abondantes, les Péridiniens pratiquement absents. Si ces groupes ce succèdent au cours de l'été de façon à peu près identique, le peuplement des quatre lacs diffère, tant sur le plan qualitatif que quantitatif. Le cycle annuel du phytoplancton du lac de Port-Bielh se caractérise par la succession de deux périodes distinctes. En hiver, les quantités d'algues sont réduites (3 à 28 mg de Poids frais/m3) ; près du fond se développent d'importantes populations de bactéries anaérobies, associées à des Cyanophycées et à Astasia sp. En été, la biomasse algale est de 180 mg de Poids frais/m3 en moyenne, elle atteint un maximum (420 à 510 mg de Poids frais/m3) chaque année trois semaines à un mois après la disparition de la glace. Pour la majorité des espèces, les populations les plus denses se développent dans la zone profonde du lac, en période de stratification thermique. L'isothermie d'automne entraîne une répartition homogène des algues dans toute la masse d'eau. En hiver, la productivité primaire du lac de Port-Bielh, très faible sous la glace, est de l'ordre de 10 µg C/m3 jour) la fixation de carbone à l'obscurité est relativement importante, notamment dans la zone profonde. En été, l'assimilation obscure représente généralement moins de 2 % de la photosynthèse ; la productivité moyenne est de 18,9 mg C/m3/ jour avec deux maxima (23,5 à 36,3 mg C/m3/jour) qui correspondent, le premier, au pic de phytoplancton, le second, à l'isothermie d'automne. Le coefficient d'activité du phytoplancton est élevé (0,143 mg C/mg de Poids frais/jour en moyenne) ; il augmente progressivement au cours de l'été, corrélativement à la diminution de la biomasse et du volume moyen des éléments du phytoplancton. La productivité des lacs de faible profondeur est deux à quatre fois supérieure à celle du lac de Port-Bielh. Cette différence peut-être attribuée à leur constante homothermie qui favorise les échanges permanents entre la vase et l'eau. La composition et la densité du peuplement phytoplanctonique et sa productivité paraissent liées au régime hydrologique qui détermine l'évolution des composantes chimiques. La lumière joue un rôle important dans la dynamique du phytoplancton de ces lacs d'altitude. Son atténuation par la glace et la neige empêche pratiquement tout processus d'assimilitation photosynthétique pendant les six mois d'hiver. Durant la période estivale, et par suite de la forte transparence des eaux, les phénomènes d'inhibition réduisent la photosynthèse. Dans le lac de Port-Bielh, cet effet est sensible jusqu'à 8 à 10 mètres de profondeur. L'analyse des profils verticaux de photosynthèse pendant l'isothermie d'automne et au cours d'une journée montre que la relation photosynthèse-lumière peut être décrite par une loi générale commune à tous les milieux aquatiques. La comparaison avec les lacs de faible profondeur et les relations entre la biomasse algale et le rapport P/B indiquent cependant que la lumière n'agit pas indépendamment des paramètres chimiques ; son effet et inhibiteur paraît d'autant plus prononcé que la disponibilité en sels dissous est faible. La productivité des lacs de montagne résulte sans doute de l'action conjuguée de ces deux facteurs, la température intervenant apparamment peu sur l'activité photosynthétique des algues. Dans le lac de Port-Bielh, après la disparition de la glace, le développement du phytoplancton entraîne un appauvrissement en substances dissoutes. Les teneurs minimales, à la fin de la période de stratification thermique, correspondent à une diminution de la biomasse algale et de la productivité. Parmi les facteurs responsables de cette diminution, la faible teneur en CO2 libre paraît jouer un rôle important. Il n'existe pas de correspondance étroite entre l'évolution de la productivité et celle de la biomasse algale. Dans le lac de Port-Bielh, la poussée de photosynthèse automnale n'entraîne pas une augmentation de la biomasse ou une diminution de l'indice de diversité. Pendant la stratification d'été, les fortes biomasses algales se forment à une profondeur supérieure à celle de l'optimum de photosynthèse journalier. Ces différences peuvent être attribuées à l'action du zooplancton dont la répartition verticale, la composition et la densité varient au cours de l'été. Comparés avec d'autres lacs d'altitude et des lacs arctiques, les lacs du vallon de Port-Bielh se distinguent par une forte productivité estivale, voisine de celle de certains lacs mesotrophes alpins. Malgré une activité photosynthétique intense, la biomasse de phytoplancton reste cependant assez faible du fait de la courte durée de vie des organismes nannoplanctoniques qui la composent et de la prédation par le zooplancton

Phytobenthos et productivité primaire d'un lac de haute montagne dans les Pyrénées centrales

L'importance des communautés algales benthiques dans la productivité primaire d'un lac de haute montagne est évaluée. Les algues lithophytiques de la zone littorale (0-6 m) et Nitella flexilis, qui recouvre pratiquement tout le fond de la zone littori-profonde (6-19 m), forment une biomasse environ 140 fois supérieure à la biomasse moyenne de phytoplancton pendant la période estivale. Nitella flexilis constitue 80 % de la biomasse algale benthique; les variations de sa teneur en Chlorophylle traduisent une adaptation aux modifications du climat lumineux qu'elle détermine en partie. La colonisation de substrats artificiels s'avère peu adéquate pour évaluer la production du périphyton; elle indique cependant une productivité 10 fois moindre en zone littorale qu'en zone littori-profonde. Les mesures, au 14C, du taux d'assimilation de Nitella flexilis et des algues épiphytes révèlent qu'à la suite de phénomènes de compensation par le développement du périphyton et l'ajustement de la teneur en Chlorophylle, l'activité photosynthétique dépend peu de la lumière. La contribution des algues benthiques à la production primaire est évaluée à 30 %. Leur rôle dans le cycle des éléments chimiques est envisagé

Dynamique des populations et production du zooplancton du lac de Port-Bielh (Pyrénées centrales)

Trois Crustacés et quatre Rotifères composent le zooplancton du lac de Port-Bielh (2 285 m) où dominent Mixodiaptomus laciniatus et Daphnia longispina. La distribution verticale des organismes et ses variations nycthémérales diffèrent selon les espèces et, pour une même espèce, selon les stades de développement. La quantité d'animaux exportés en 24 h par le déversoir, liée à la distribution verticale du zooplancton, représente un faible pourcentage des populations (0,14 à 2,8 ‰) mais une biomasse importante (0,45 à 1,2 kg PF/jour). Le cycle de développement des Crustacés se caractérise par une longue phase de repos durant les 7 mois de gel, une courte période de reproduction au début de l'été et une phase de croissance rapide (août et septembre) aboutissant à une biomasse maximale en octobre. La durée de développement des différents stades de M. laciniatus et de D. longispina, déterminée d'après l'évolution numérique des populations, est proche des durées obtenues expérimentalement par plusieurs auteurs. La production de M. laciniatus et de D. longispina a été calculée à partir de l'évolution du poids des individus en fonction de leur âge et de la variation du poids moyen des organismes au cours de l'été. Ces deux méthodes et leur variante graphique donnent des résultats assez voisins. Le rapport Production/Biomasse maximale est comparable pour les deux espèces (1,35 à 1,65) et se situe dans les valeurs déjà mentionnées pour des populations d'insectes aquatiques d'altitude. La production du Rotifère dominant (Polyartra vulgaris) représente moins de 1 % de celle des deux Crustacés. La comparaison de la production primaire et secondaire de la zone pélagique indique une exploitation intense du phytoplancton par les herbivores. Malgré une faible biomasse, les algues constituent vraisemblablement une source de nourriture suffisante pour assurer la production du zooplancton

Étude morphométrique et physico-chimique de neuf lacs du Massif de Néouvielle (Hautes-Pyrénées)

Neuf lacs naturels du Massif de Néouvielle (Hautes-Pyrénées), étages entre 2 100 m et 2 325 m d'altitude, sont décrits et les résultats de mesures physiques et chimiques, effectuées durant quatre années consécutives, sont donnés dans ce travail. Dans le vallon d'Estibère, quatre lacs (1,1 à 2,4 hectares - 3,2 à 5 m de profondeur) s'échelonnent de 70 en 70 m d'altitude. Ils constituent un remarquable exemple de l'évolution des ceintures végétales et du comblement des cuvettes par formation de tourbières. Quatre petits lacs du Vallon de Port-Bielh ont également été étudiés. Beaucoup plus important, le lac de Port-Bielh (16,5 hectares - 19 m de profondeur) a fait l'objet d'une étude plus suivie. Selon leur altitude ,ces lacs sont gelés 6 à 7 mois par an. Par leurs caractéristiques morphométriques et physico-chimiques, le lac de Port-Bielh et le lac Inférieur d'Estibère se différencient des 7 autres lacs. Le lac de Port-Bielh Son régime thermique (fig. 8) permet de le classer dans les lacs de type dimictique subpolaire. La stabilité thermique maximum se situe à la mi-juillet (106 à 128 g-cm.cm2) ; elle décroit ensuite progressivement et devient nulle début septembre. L'apport estival de chaleur (7 186 à 8 842 cal.cm-2) représente 43 % seulement du budget calorifique annuel évalué à 17 500 cal. cm-2 pour 1968/69. La transparence est élevée et la profondeur de visibilité du disque de Secchi est de 13,5 m en moyenne. En été, l'eau faiblement minéralisée, a une conductivité électrique à 18° C de l'ordre de 23 mhos. La conductivité augmente nettement en profondeur pendant l'hiver où elle peut atteindre 57 mhos (fig. 11). Les bicarbonates représentent 73 % à 93 % des sels totaux. La concentration en ions Ca++(3,5 à 4,4 mg/l) et Mg++ (0,25 à 0,75 mg/l) augmente légèrement au niveau de la vase en hiver. Le fer est à l'état de traces pendant l'été ; il atteint des teneurs de 1,5 mg/l au fond du lac en hiver. Le pH (fig. 13), toujours basique, présente d'importantes variations (7,25 à 9,52). Il augmente progressivement au cours de l'été surtout au delà de 10 m de profondeur où les valeurs sont généralement supérieures à pH 9 en août. Cette alcalinisation est la conséquence d'une diminution de la quantité de CO2 libre qui devient pratiquement nulle en été. La quasi totalité du CO2 total se présente alors sous forme de bicarbonates (fig. 14). Une forte concentration en oxygène dissous (fig. 15 ; 120 à 135 % des teneurs à la saturation) correspond aux valeurs élevées du pH en août. La circulation automnale ramène ces teneurs à une valeur proche de la saturation. Sous la glace, la consommation d'O2 peut être évaluée à 0,01 mg/l/jour et la quantité d'oxygène dissous devient pratiquement nulle dans le fond du lac au mois de mars. La brève isothermie de printemps ne parvient pas à combler le déficit de l'hiver et les quantités d'O2 n'atteignent les teneurs de saturation que vers la mi-juillet. Les phosphates, les nitrates et la silice sont présents à de faibles quantités dans les eaux du Port-Bielh (Tableau VI). Un appauvrissement en silice dans la zone profonde en août correspond aux sursaturations en O2 et au développement d'une diatomée planctonique. Le lac Inférieur d'Estibère Malgré sa faible profondeur (5 m), le lac Inférieur d'Estibère présente deux périodes de stratification thermique (fig. 18) . Les eaux de surface atteignent des températures supérieures à 16° C pendant l'été. La température des eaux du fond reste à 6° C par suite d'une alimentation par sources froides circulant sous la tourbière en bordure du lac. On peut donc le considérer comme un lac dimictique. A cette stratification thermique se superpose une stratification chimique. L'alcalinité à 4 m est de 64 % supérieure à celle de surface. 80 % à 90 % des valeurs de la conductivité électrique sont dus aux bicarbonates. Malgré la proximité d'une tourbière acide, le pH d'été varie entre 7,7 et 8,3 en surface alors que le pH du fond est plus alcalin de 0,5 à 0,7 unités pH. Les concentrations en oxygène dissous (fig. 18) correspondent aux valeurs du pH et on constate des sursaturations de 102 % à 127 % au-delà de 2 m de profondeur ainsi qu'une diminution de la quantité de CO2 libre. Les teneurs moyennes en nitrates, silice et phosphates sont comparables à celles des sept autres petits lacs (Tableau VI). Les 7 autres lacs Ces lacs, peu profonds (5 m) et de faible superficie, sont homothermes. La température des lacs les plus bas (L. d'Anglade et Gourg Nère Inf. II) reste le plus souvent supérieure à 15° C pendant l'été, celle des lacs les plus élevés de la série (Gourguet et L. Supérieur) ne dépassent qu'exceptionnellement cette température. Leur minéralisation présente de légères différences. Cependant, on note pour tous, au cours de l'été, une augmentation de la conductivité (Tableau II) de 50 à 100 % qui traduit une hausse de l'alcalinité (fig. 12, les bicarbonates représentant 80 % à 90 % des sels dissous. Les valeurs moyennes du pH (Tableau IV) varient de 7,7 à 8,7 et sont maximales en août. En été les concentrations en O2 (Tableau V) sont rarement inférieures à 75 % et exceptionnellement supérieures à 110 % des teneurs à la saturation. En hiver, les phénomènes physiques consécutifs à la formation de la glace parviennent à maintenir de bonnes conditions d'oxygénation dans toute la masse d'eau (61 % près du fond au Gourg Nère Inf. II, le 7 mars 1969 sous 150 cm de glace + neige). Les teneurs en nitrates, silice et phosphates sont faibles (Tableau VI) et leurs fluctuations au cours de l'été ne permettent pas d'y reconnaître une évolution nette

Influence des variations d'oxygène dissous sur les invertébrés benthiques d'un ruisseau des Pyrénées centrales

Des expériences de désoxygénation partielle de l'eau d'un ruisseau montrent qu'il existe un seuil de concentration en O2 dissous (ici proche de 4 ppm) au-dessous duquel la dérive des invertébrés benthiques s'accroît de façon significative. L'importance de cette dérive est alors variable selon les espèces considérées, l'intensité et la durée de la désoxygénation. Les variations quotidiennes des teneurs en O2 dissous que présentent naturellement les eaux courantes, ne paraissent entraîner aucune réaction de la faune si elles se situent au-dessus de ce seuil

Production primaire et bilan de l'oxygène dissous dans un ruisseau des Pyrénées centrales

La méthode amont-aval est utilisée pour estimer la production primaire d'un petit ruisseau de moyenne altitude. Les processus de décomposition excèdent largement la production primaire brute. La réduction de l'éclairement par la végétation arbustive des rives, le fort apport de matières organiques lors de la chute automnale des feuilles et l'envasement progressif lié à l'absence de crues apparaissent comme les principaux facteurs responsables du métabolisme de cet écosystème. Même dans des conditions d'utilisation limites (faibles variations de l'oxygène dissous, forte diffusion, temps de rétention court, apports par drainage) la méthode amont-aval peut fournir des estimations de production valables ; les principales causes d'erreur sont analysées

Phytoplancton et productivité primaire d'un lac d'altitude dans les Pyrénées. Analyse factorielle des correspondances appliquée aux relevés effectués dans le lac de Port-Bielh

L'analyse factorielle des Correspondances montre que la lumière et les éléments dissous (CO29 PO4—P) sont, selon toute vraisemblance, les facteurs primordiaux responsables du cycle du phytoplancton et de la productivité primaire pélagique dans le lac de Port-Bielh (2 285 m). La diffusion des substances nutritives à partir des sédiments dépend du degré de stratification thermique du lac