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

Morphometrical and physico-chemical study of nine lakes of the Massif de Néouvielle (Hautes-Pyrénées)

Morphometrische und physico-chemische untersuchungen von neun seen des Massif de Néouvielle (Hautes-Pyrénées)

¹ Laboratoire d'Hydrobiologie de la Faculté des Sciences de Toulouse. Equipe de Recherches associée au C.N.R.S. 118 Route de Narbonne, 31 - Toulouse

Résumé

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.

Abstract

Nine natural lakes of the Massif de Neouvielle (Hautes-Pyrenees) ranging between 2 100 and 2 325 m in height were described and the results of the physical and chemical measurements, taken in the course of four consecutive years, were given in this paper.

In the valley of Estibère, four lakes (1,1 to 2,4 hectares - 3,2 to 5 m in depth) are spaced out each one 70 meters higher than the other. They constitute a remarkable example of evolution of belts of vegetation and of the encroachement of the basins by peat-bogs. Four small lakes of the valley of Port-Bielh were also studied. The most important of these, the lac de Port-Bielh (16,5 hectares - 19 m in depth) was the object of a more thorough study.

According to their altitude the lakes are frozen 6 to 7 months a year. The lac de Port-Bielh and the lac Inférieur d'Estibère differentiate from the seven other-lakes by their morphometric and physico-chemical characteristics.

The lac de Port-Bielh

Its thermal regime (fig. 8) permits us to class it among the lakes of the dimictic sub-polar type. The maximum stability is found in mid July (196 to 128 g-cm.cm^-2); after this it decreases progressively and becomes zero at the beginning of september. The summer heat income (7 186 to 8 342 cal.cm^-2) represents only 43% of the annual heat budget evaluated at 17 500 cal. cm^-2 for 1968/69.

The transparency was high and the depth of visibility of the Secchi disc was on average 13,5 m.

In summer the water, weakly mineralised, has a conductivity at 18° C about of 23 mhos. The conductivity shows a marked increase during the winter during which period it can reach 57 mhos (fig. 11). The bicarbonates represent from 73% to 93% of the dissolved salts. The concentration of the Ca⁺⁺ ions (3,5 to 4,4 mg/l) and the Mg⁺⁺ ions (0,25 to 0,75 mg/l) rises slightly at the bottom in winter.

The pH (fig. 13), always basic, has important variations (7,25 to 9,52). It increases progressively in the course of the summer especially beyond 10 m in depth where the values are usually greater than pH 8 in August. This alkalinisation is the result of the diminution of the quantity of free CO₂ which becomes practically null in summer. The quasi totality of ail the CO₂ is then present in the form of bicarbonates (fig. 14).

A strong concentration of dissolved oxygen (fig. 15 - 120 to 135% at saturation) corresponds with the high values of the pH in August. The autumn circulation brings the content to a value near to saturation point. Under ice, the consumption of O₂ can be evaluated at 0,01 mg/l/day and the quantity of dissolved oxygen becomes practically null at the bottom of the lake in March. The short isothermy of spring is not able to compensate the winter deficit and it is only around mid-July that the quantities of O₂ reach saturation point.

Phosphates, nitrates and silica are present in small amounts in the waters of Port-Bielh (Table VI). A lack of silica in the amounts in the lake in August corresponds to the over-saturation of O₂ and to the development of a planctonic diatom.

The Lac Inférieur d'Estibère

Despite its lack of depth (5 m), the Lac Inférieur d'Estibère offers two periods of thermal stratification (fig. 18). The surface waters reach temperatures higher than 16° C during the summer. The temperature of the water at the bottom stays at 6° C due to the cold sources circulating under the peat-bog around the edge of the lake. It can therefore be considered as a dimictic lake.

To this thermal stratification a chemical stratification is super-imposed. The alkalinity at 4 m is 64% higher than at the surface. 80% to 90% of the values of the electric conductivity are due to bicarbonates.

Despite the proximity of an acidic peat-bog the summer pH varies between 7,7 and 8,3 at the surface while the pH at the bottom is more alkaline by 0,5 to 0,7 pH units. The concentrations of oxygen correspond to the values of the pH and one notes the over-saturations of 102% to 127% beyond a depth of 2 m as well as a reduction in the amount of free CO₂.

The average nitrate, silicon and phosphate contents are comparable with those of the seven other small lakes (Table VI).

The seven other lakes.

The lakes which are not very deep nor very wide are homothermal. The temperature of the deepest lakes (Lac d'Anglade and Gourg Nère Inférieur II) usually stays at above 15° C during the summer. The high lakes of the series (Gourguet and Lac Supérieur) only pass this temperature in exceptional cases.

Their mineralisation offers slight differences. However for all of the lakes one notes, during the summer an increase in the conductivity (Table II) from 50% to 100% which is caused by a rise in alkalinity, the bicarbonates representing 80% to 90% of the dissolved salts.

The average values of the pH (Table IV) vary from 7,7 to 8,7 and are at their peak in August. In summer, the oxygen concentration (Table V) are rarely lower than 75% and exceptionally higher than 110%. In winter the physical phenomena following upon the formation of ice result in good oxygenation conditions in the mass of water (61% near the bottom of Gourg Nère Inf. II on the 7 March 1969 under 150 cm of ice and snow).

The nitrate, silicon and phosphate contents are weak (Table VI) and their fluctuations during the summer makes impossible to discover a distinct evolution.

Zusammenfassung

In dieser arbeit werden 9 natürliche Seen des Massifs de Néouvielle (Hautes-Pyrénées), die von 2 100 bis 2 325 m stufenweise ansteigen, beschrieben und die physikalischen und chemischen Messergebnisse aus 4-jährigen konsekutiven Beobachtungen dargelegt.

Im Vallon d'Estibère staffeln sich 4 Seen (1,1 bis 2,4 ha und 3,2 bis 5 m Tiefe) jeweils von 70 zu 70 m in die Höhe. Sie sind ein bemerkenswertes Beispiel für die Entwicklung der Vegetationsgürtel und für die Zuschüttung von Becken durch Torfmoorbildung. Der sehr viel grössere See von Port-Bielh (16,5 ha und 19 m Tiefe) ist diesbezüglich ausgiebiger untersucht worden.

Je nach ihrer Hölenlage sind diese Seen Jährlich 6-7 Monate lang zugefroren. Le lac de Port-Bielh und le lac Inférieur d'Estibère unterscheiden sich durch ihre morphometrischen und physico-chemischen Charakteristiken von den sieben anderen Seen.

Le lac de Port-Bielh

Sein thermisches Regime (Abb. 8) erlaubt es, ihn zu den Seen vom dimiktisch-subpolaren Typ zu stellen. Er erreicht seine maximale Wärmestabilität Mitte Juli (106-128 g-cm.cm^-2) danach fällt sie kontinuierlich ab und wird zu Anfang September gleich Null. Der sommerliche Wärmeinhalt (7 186-8 842 cal.cm^-2 ) bildet nur 43% des Jahresbudgets, das für 1968-69 zu 17 500 cal.cm^-2 veranschlagt wurde.

Die Klarheit des Wassers ist bedeutend und die Secchi-scheibe ist im Mittel bis auf 13,5 m Tiefe sichtbar.

Das schwach mineralisierte Wasser hat in Sommer eine elektrische Leitfähigkeit in der Grössenordnung von 23 mhos bezogen auf 18° C. Im Winter nimmt die Leitfähigkeit mit der Tiefe sichtlich zu und kann bis zu 57 mhos steigen (Abb. 11). Die Bikarbonate sind mit 73% bis 93% an der Gesamtheit der der gelösten Mineralstoffe beteiligt. Die Konzentration der Ca⁺⁺-Ionen (3,5-4,4 mg/l) und der Mg⁺⁺-Ionen (0,25-0,75 mg/l) nimmt im Winter in Schlammbereich gerinfügig zu. Eisen ist im Sommer nur in Form von Spuren vertreten erreicht im Winter jedoch Werte von 1,5 mg/l auf dem Grund des Sees.

Der pH-Wert (Abb. 13) bleibt immer im basischen Bereich und ist bedeutenden Schwankungen unterworfen (7,25 bis 9,52). Im Laufe des Sommers wächst er zusehends an, besonders unterhalb von 10 m Tiefe wo die Werte im Monat August im allgemeinen den pH 9 überschreiten. Diese Alkalinität ist die Folge einer Verarmung des Wassers an freier Kohlensäure, die im Sommer so gut wie Null wird. Der ganze CO₂^-Gehalt liegt dann praktisch in Form von Bikarbonaten vor (Abb. 14).

Die höhen pH-Werte im August sind durch eine starke Konzentration des gelösten Sauerstoffs (Abb. 15) bedingt, der 120% bis 135% des Sättigungs-gehaltes erreichen kann. Die Herbstzirkulation führt diese Werte wieder auf einen Gehalt nahe des Sättigungsgrades zurück. Der Sauerstoffverbrauch unter der Winterdecke kann zu 0,01 mg/l veranschlagt werden und die Menge des gelösten Sauerstoffs wird im März am Grunde des Sees so gut wie Null. Die kurze Frühjahrzirkulation kann dieses Deflzit noch nicht auffüllen und so wird die O₂^-Sättigung erst wieder gegen Mitte Juli erreicht.

Phosphate, Nitrate und Silizium sind in geringen Mengen im Wasser des Sees von Port-Bielh enthalten (Tafek VI). Eine Verarmung an Kieselsäure der tieferen Bereiche im August kommt durch die Übersättigungen an O₂ und die Entwicklung einer planktonischen Diatomee zustande.

Le lac Inférieur d'Estibère

Trotz seiner geringen Tiefe (5 m) besitzt dieser See zwei Perioden thermischer Schichtung (Abb. 18). Die Oberflächenwässer erreichen im Sommer Temperaturen von über 16° C. Die Temperatur der Tie fenwässer dagegen bleibt bei 6° C infolge eines Zuflusses an kalten Quellen von unterhalb des Torfmoores am Rande des Sees. Man kann ihn somit als dimiktischen See ansprechen.

Diese thermische Schichtung wird von einer chemischen Schichtung überlagert. Die Alkalinität bei 4 m Tiefe ist um 64% höher als an der Oberfläche. 80% bis 90% der elektrischen Leitfähigkeit rührt von den Bikarbonaten her.

Trotz der Nähe eines saueren Torfmoores schwankt der pH-Wert im Sommer an der Oberfläche zwischen 7,7 und 8,3, während er am Grunde noch um 0,5-0,7 pH-Einheiten alkahscher ist. Die Konzentrationen an gelöstem Sauerstoff (Abb. 18) entsprechen den pH-Werten und man stellt unterhalb von 2 m Tiefe Ubersättigung von 102% bis 127% sowie auch eine Verringerung der Gesamtmenge an freien CO₂ fest.

Die mittleren Gehalte an Nitraten, Phosphaten und Silizium sind denen der 7 anderen Seen vergleichbar (Tafel VI).

Die sieben anderen Seen

Diese Seen von geringer Tiefe (5 m) und kleiner Oberfläche sind homotherm. Die Temperatur der am tiefsten gelegenen Seen (Lac d'Anglade und Gourg Nère Inférieur II) bleibt häuflg über 15° C im Sommer; bei den am höchsten gelegenen Seen der Abfolge (Gourguet und Lac Supérieur d'Estibère) wird diese Temperatur nur in Ausnahmefällen überschritten.

Ihr Mineralgehalt weist geringe Unterschiede auf. Bei allen stellt man jedoch im Laufe des Sommers eine Erhöhung der Leitfähigkeit von 50% bis 100% fest (Tafel II), die durch eine Zunahme der Alkalinität (Abb. 12) zustande kommt; 80% - 90% der gelösten Salze sind durch Bikarbonate vertreten.

Die pH-Werte schwanken im Mittel von 7,7 bis 8,7 (Tafel IV) und erreichen ihr Maximum im August. Die O₂^- Konzentrationen (Tafel V) sind im Sommer selten unter 75% und ausnahmsweise höher als 110% des Sättigungswertes. Die physikalischen Erscheinungen infolge der Bildung der Winterdecke lassen gute Durchlüftungsverhältnisse in der ganzen Wassermasse fortdauern (61% etwas oberhalb des Grundes am Groug Nère Inférieur II, am 7. März 1969 unter 150 cm Eis und Schnee).

Die Nitrat-, Silizium- und Phosphatgehalte sind gering (Tafel VI) und ihre Schwankungen im Laufe des Sommers lassen keine gerïchtete Entwicklung erkennen.