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Les Grands Lacs
Atlas écologique et manuel des ressources

Chapitre un - Introduction: Les Grands Lacs

Chapitre deux - Processus naturels caractérisant les Grands Lacs

Chapitre trois - Les habitants et les Grands Lacs

Chapitre quatre - Les Grands Lacs d'aujourd'hui: Sujets d'inquiétude

Chapitre cinq - Gestion conjointe des Grands Lacs

Chapitre six - Nouvelles directions pour la communauté des Grands Lacs

Glossaire
Table de conversion (mesures métriques en mesures impériales)
Bibliographie et documentation suggérée
Sources des cartes et des photographies

LES PROCESSUS NATURELS CARACTÉRISANT LES GRANDS LACS

Chapitre

D E U X

 

Géologie

Geologie et ressources minerales
Géologie et ressources minérales
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Les fondements du bassin actuel des Grands Lacs se sont formés il y a environ 3 milliards d'années, durant l'ère précambrienne. Le Précambrien représente environ les cinq-sixièmes de tous les temps géologiques; durant cette période s'est manifestée une forte activité volcanique, et des forces considérables ont agi sur la croûte terrestre et donné naissance aux grandes chaînes montagneuses. Les anciennes roches sédimentaires et volcaniques ont été plissées et réchauffées (métamorphisées), et ont ainsi donné naissance à des structures complexes. Ces dernières ont ensuite été érodées, et constituent aujourd'hui les collines doucement ondulées et les modestes vestiges montagneux de Bouclier canadien, qui constituent les portions nord et nord-ouest du bassin des Grands Lacs. Les roches granitiques du Bouclier se prolongent vers le sud au-dessous des roches sédimentaires paléozoïques où elles forment la structure du soubassement, dans les parties sud et est du bassin.

Durant l'avènement de l'ère primaire ou paléozoïque, la majeure partie du centre de l'Amérique du Nord a été envahie à plusieurs reprises par des mers peuplées d'une multitude de formes de vie, en particulier de coraux, de crinoïdes, de brachiopodes et de mollusques. Ces mers ont déposé des boues calcaires, des argiles, des sables et des sels qui en se consolidant, ont donné des calcaires, des argiles litées, des grès, de la halite et du gypse.

Chronologie geoloqiue

Chronologie géologique. Le bassin des Grands Lacs est un écosystème relativement récent qui s'est formé au cours des dix derniers millénaires. Les fondations de ce bassin se sont établies sur plusieurs millions d'années et au cours de plusieurs ères géologiques. Ce tableau nous donne une idée relative de la chronologie des ères.

Durant l'époque pléistocène, les glaciers continentaux ont à plusieurs reprises avancé sur la région des Grands Lacs à partir du nord. L'avancée du premier glacier a eu lieu il y a plus d'un million d'années. Durant leur lente progression, les glaciers, qui atteignaient jusqu'à 2 000 mètres (6 500 pieds) d'épaisseur, ont affouillé la surface du sol, aplani les collines et altéré à tout jamais l'écosystème antérieur. Les vallées crées par les réseaux hydrographiques de l'ère précédente ont été approfondies et élargies, jusqu'à constituer les bassins des Grands Lacs. Des milliers d'années plus tard, le climat commençant à se réchauffer, les glaciers ont commencé à fondre et à lentement diminuer de taille. Cet épisode a été suivi d'une période interglaciaire, durant laquelle la végétation et la faune sont revenues. Le cycle tout entier s'est répété plusieurs fois.

Les sables, limons, argiles et blocs déposés par les glaciers apparaissent sous diverses formes et en diverses combinaisons. On désigne collectivement ces dépôts par le terme de drift glaciaire ; ils comprennent des structures telles que les moraines, qui sont des amas linéaires de matériaux faiblement triés ou tills , des plaines de till, des drumlins et des eskers constitués de sables et graviers bien triés, déposés par les eaux de fonte. Les régions contenant des dépôts substantiels de sables et graviers bien triés (eskers, kames et épandages fluvio-glaciaires) constituent généralement d'importantes zones d'emmagasinement et de circulation des eaux souterraines, appelées aquifères . Elles constituent aussi d'excellentes sources de sables et graviers exploités à l'échelle commerciale.

Ces formations a l'ile Flower Pot, a l'extremite de la peninsule de Bruce au Canada, revelent les couches de roches sedimentaires erodees par le vent et les vagues
Ces formations à l'île Flower Pot, à l'extrémité de la péninsule de Bruce au Canada, révèlent les couches de roches sédimentaires érodées par le vent et les vagues. (D. Cowell, Geomatics International, Burlington (Ontario).)

À mesure que reculait le dernier glacier, de grandes quantités d'eaux de fonte apparaissaient au front de celui-ci. À cette époque, les terres étant fortement déprimées par le poids du glacier, sont apparus de grands lacs glaciaires. Ceux-ci étaient beaucoup plus vastes que les Grands Lacs actuels. On peut encore voir leurs vestiges sous forme de crêtes de plage, de falaises érodées et de plaines uniformes, situées à une hauteur bien supérieure aux niveaux actuels des lacs. Les plaines glacio-lacustres appelées tout simplement plaines lacustres sont visibles aux environs de la baie Saginaw, et à l'ouest et au nord du lac Érié.

À mesure que reculait le glacier, les terres ont commencé à se soulever. Ce soulèvement (parfois relativement rapide) et le déplacement des fronts glaciaires, ont provoqué de très fortes variations de la profondeur, des dimensions et de la configuration du drainage des lacs glaciaires. Les eaux de ces lacs se déversaient dans la vallée de la rivière Illinois (en direction du fleuve Mississippi), dans la vallée de l'Outaouais, avant de parvenir à leur débouché actuel, c'est-à-dire la vallée du Saint-Laurent. Bien que le soulèvement se soit considérablement ralenti, il a encore lieu dans la partie nord du bassin. Ceci, en même temps que les variations climatiques à long terme, suggère que les lacs ne sont pas statiques, mais continuent à évoluer.

 

 

 

 

Climat  

Temperatures hiyernales et etat des glaces, saison sans gel et masses d'air, temperatures estivales, precipitations et ceintures de neige

Températures hivernales et état des glaces,
saison sans gel et masses d'air,
températures estivales,
précipitations et ceintures de neige
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Dans le bassin des Grands Lacs, les conditions météorologiques sont influencées par trois facteurs : des masses d'air provenant d'autres régions; la situation du bassin à l'intérieur d'une masse continentale de grande étendue; et l'influence modératrice des lacs eux-mêmes. Le flux d'air dominant vient de l'ouest. L'alternance des flux d'air humide et chaud du golfe du Mexique et d'air sec et froid de l'Arctique donne au climat de la région son caractère typiquement variable.

En été, la région qui au nord borde le lac Supérieur reçoit généralement des masses d'air frais et sec provenant du nord-ouest du Canada. Au sud, des masses d'air tropical provenant du golfe du Mexique ont une influence dominante. À mesure que l'air du golfe traverse les lacs, les couches atmosphériques basses restent froides, tandis que les couches supérieures se réchauffent. Parfois, la couche supérieure d'air piège l'air plus froid du dessous, qui à son tour retient l'humidité et les polluants atmosphériques, et les empêche de s'élever et de se disperser. On appelle ce phénomène inversion thermique; il en résulte des jours de moiteur et d'humidité dans des régions du centre du bassin, comme le Michigan et le sud de l'Ontario, et l'apparition du smog dans les zones industrielles basses.

L'ensoleillement plus fort en été réchauffe la couche d'eau superficielle des lacs, et la rend plus légère que les couches d'eau froides du dessous. Durant les mois d'automne et d'hiver, la libération de la chaleur emmagasinée par les lacs a un effet modérateur sur le climat près du rivage. Des parties du sud de l'Ontario, du Michigan et de l'ouest de l'État de New York ont des hivers plus doux que des régions similaires situées au coeur du continent à des latitudes plus basses.

Dans la region des lacs, les hivers, sont caracterises par une alternance de courants de masses d'air, arctique froid et de masse d'air relativement doux provenant du golfe du Mexique
Dans la région des lacs, les hivers sont caractérisés par une alternance de courants de masse d'air arctique froid et de masse d'air relativement doux provenant du golfe du Mexique. Les fortes chutes de neige sont fréquentes sous le vent des lacs. (D. Cowell, Geomatics International, Burlington (Ontario).)

Durant l'automne, le mouvement rapide et parfois la rencontre de masses d'air chaud et d'air froid dans la région, donne lieu à des vents violents. Les températures atmosphériques commencent à tomber graduellement, et l'ensoleillement réduit, combiné à la nébulosité croissante, signale l'arrivée d'autres tempêtes et précipitations. Les tempêtes de la fin de l'automne sont souvent les plus dangereuses pour la navigation et les transports sur les lacs.

En hiver, la région des Grands Lacs est influencée par deux grandes masses d'air. L'air arctique de nord-ouest est très froid et sec lorsqu'il entre dans le bassin, mais se réchauffe et se charge d'humidité se condense sous forme de neige, qui tombe en grande abondance dans les parties des lacs abritées du vent, dans des zones souvent appelées zones d'enneigement maximum. Pendant une partie de l'hiver, la région est influencée par des masses d'air du Pacifique, qui ont perdu une grande partie de leur humidité en traversant les montagnes de l'ouest. Moins souvent, des masses d'air pénètrent dans le bassin à partir du sud-ouest, en amenant de l'humidité du golfe du Mexique. Cet air est légèrement plus chaud et humide. Durant l'hiver la température des lacs continue à tomber. Les glaces recouvrent souvent le lac Érié, mais occupent rarement en totalité les autres lacs.

Dans la région des Grands Lacs, le printemps, comme l'automne, est caractérisé par un temps variable. Des masses d'air se succèdent rapidement à travers la région, produisant souvent une couverture nuageuse et des orages. Au début du printemps, l'air plus chaud et l'ensoleillement accru commencent à faire fondre la neige et la glace lacustre, et permettent de nouveau la stratification thermique des lacs. Les lacs se réchauffent plus lentement que les terres, et tendent à rafraîchir les terres qui les bordent, et ainsi, prolongent parfois les conditions froides jusque pendant le mois d'avril. La plupart des années, ce phénomène retarde le démarrage des feuilles et la floraison des plantes, et protège les plantes fragiles telles que les arbres fruitiers, des gelées tardives. Ce repos végétatif prolongé permet à des plantes de climats plus chauds de survivre sur les rives ouest des lacs. Cela explique aussi la présence de vignobles dans ces zones.

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Les changements climatiques et les Grands Lacs 

À divers moments de son histoire, le bassin des Grands Lacs était couvert de glaciers épais ou de forêts tropicales, mais cela s'est produit avant l'arrivée de l'être humain dans ce bassin. Les inquiétudes actuelles vis-à-vis du système atmosphérique se fondent sur la conviction que la société en général, par ses moyens de production et ses activités quotidiennes (notamment par ses émissions sans cesse croissantes de dioxyde de carbone), est en train de modifier le climat à une vitesse sans précédent.

L'omniprésent effet de serre est en réalité un phénomène naturel. Il s'agit du processus par lequel la vapeur d'eau et le CO2 dans l'atmosphère absorbent la chaleur émise par le sol puis la renvoient vers le sol. Il s'ensuit que le sol demeure chaud et habitable (moyenne mondiale de 16 C, plutôt que de -18 C s'il n'y avait pas d'effet de serre). Cependant, les populations humaines ont provoqué l'accroissement du CO2 dans l'atmosphère depuis la révolution industrielle, sa concentration passant de 280 parties par million aux 350 p.p.m. actuelles; certains prédisent que cette concentration atteindra le double du niveau pré-industriel avant le milieu du siècle prochain.

Des climatologues utilisant le modèle de la circulation générale (MCG) ont pu déterminer comment l'accroissement des émissions de gaz carbonique affectera le climat du bassin des Grands Lacs. Il existe plusieurs de ces modèles qui concordent sur le fait que le climat du bassin, advenant une concentration de CO2 deux fois plus élevée, se réchauffera de 2 à 4 degrés C, et qu'il sera légèrement plus humide qu'à présent. Par exemple, le climat de Toronto ressemblerait au climat actuel du sud de l'Ohio. Un climat plus chaud signifie une évaporation accrue des lacs ainsi qu'une évapotranspiration des terres du bassin. Cela entraînera ensuite l'augmentation du pourcentage de précipitations renvoyées dans l'atmosphère. Des études ont montré que l'apport net du bassin, c'est-à-dire la quantité d'eau fournie par chaque bassin de lac à l'ensemble du système hydraulique, décroîtra de l'ordre de 23 à 50 %. Le niveau des lacs sera alors réduit de un-demi mètre à deux mètres, selon le MCG utilisé.

Une baisse importante du niveau des lacs provoquerait de graves inquiétudes économiques chez les utilisateurs commerciaux du système. Les compagnies de navigation et les sociétés hydro-électriques subiraient des pertes économiques et les ports commerciaux ou de plaisance souffriraient également. Bien que l'exactitude de ces projections demeure incertaine, les possibilités laissent entrevoir d'importantes répercussions à long terme en ce qui concerne les Grands Lacs.

En outre, les effets possibles des changements climatiques sur la santé humaine dans la région des Grands Lacs préoccupent quelque peu, même si les chercheurs ne peuvent que spéculer sur les répercussions. Par exemple, les perturbations atmosphériques, les sécheresses et les changements de température et de saisons de croissance pourront affecter les récoltes et la production alimentaire dans le bassin. Les différentes configurations de la pollution atmosphérique, modifiées par les changements climatiques, pourraient avoir une influence néfaste sur la santé respiratoire, comme un nombre accru de cas d'asthme, et pourraient permettre la migration de nouveaux vecteurs et agents de maladies vers la région.

Le cycle hydrologique

reseau hydrographique des Grands Lacs
Réseau hydrographique des Grands Lacs
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L'eau est une ressource renouvelable. Elle est constamment réintroduite dans les écosystèmes grâce au cycle hydrologique. L'eau s'évapore au contact de l'air sec, et donne de la vapeur d'eau. Cette vapeur peut persister, contribuant ainsi à l'humidité de l'atmosphère, ou peut se condenser et former des gouttelettes d'eau qui, lorsqu'elles restent dans l'atmosphère, donnent lieu à du brouillard et à des nuages. Dans le bassin des Grands Lacs, une grande partie de l'humidité de la région provient de l'évaporation qui a lieu à la surface des petits lacs et tributaires, l'humidité de la surface de la masse continentale, et l'eau libérée par les plantes. Les grands mouvements de l'atmosphère entraînent aussi de l'humidité dans le bassin, en particulier à partir des tropiques.

Les masses d'air chargées d'humidité se déplacent à travers le bassin et déposent leur humidité sous forme de pluie, de neige, de grêle ou de giboulées. Une partie de ces précipitations retourne dans l'atmosphère, et une partie tombe à la surface des Grands Lacs, pour une fois de plus s'ajouter aux vastes quantités d'eau douce emmagasinées. Les précipitations qui tombent sur les terres reviennent dans les lacs sous forme de ruissellements de surface, ou s'infiltrent dans le sol et font alors partie des eaux souterraines.

Un certain nombre de facteurs déterminent si les précipitations donnent lieu à des ruissellements de surface, ou s'ajoutent aux eaux souterraines. Les sols sableux, les graviers et certains types de roches favorisent l'écoulement souterrain, tandis que les argiles et les roches imperméables favorisent le ruissellement de surface. L'eau tombant sur des zones inclinées tend à s'écouler rapidement, tandis qu'elle est généralement absorbée ou reste en surface dans les zones horizontales. La végétation tend aussi à réduire le ruissellement superficiel; le système radiculaire retient facilement l'humidité du sol, et l'eau est absorbée par les plantes.

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Les Grands Lacs comptent des milliers d'affluents qui reapprovisionment l'enorme stock d'eau douce
Les Grands Lacs comptent des milliers d'affluents qui réapprovisionnent l'énorme stock d'eau douce. (D. Cowell, Geomatics International, Burlington (Ontario).)

Marais de Longue-Pointe, sur le lac Erie
Marais de Longue-Pointe, sur le lac Érié. (D. Cowell, Geomatics International, Burlington (Ontario).)

Ruissellement de surface

Le ruissellement de surface régit de façon importante le caractère du bassin des Grands Lacs. Les pluies tombant sur des sols exposés, travaillés à des fins agricoles, ou défrichés pour faire place à des constructions, accélèrent l'érosion et le transport des particules de sol et des polluants jusque dans les tributaires. Les particules de sol en suspension dans l'eau se déposent sous forme de sédiments dans les lacs, et s'accumulent souvent près de l'embouchure des tributaires et des canaux de raccordement avoisinants. Une grande partie des sédiments déposés dans les zones littorales sont remis en suspension et entraînés plus loin à l'intérieur des lacs durant les tempêtes. Les particules les plus fines (argiles et limons) peuvent rester en suspension assez longtemps pour atteindre la partie centrale des lacs.

Avant le peuplement du bassin, les cours d'eau étaient habituellement limpides tout l'année, parce que la végétation naturelle retenait le sol. Le défrichement de la forêt originale, pour l'exploitation du sol et des arbres, a causé à la fois l'érosion des sols, et un ruissellement plus important en direction des cours d'eau et lacs. Ce ruissellement accéléré aggrave les problèmes d'inondations.

Terres Humides

Les terres humides sont des régions où le niveau phréatique se situe au-dessus ou près de la surface des terres pendant au moins une partie de l'année. Lorsqu'il existe des plans d'eau libres, ceux-ci doivent avoir moins de deux mètres de profondeur (sept pieds), et être stagnants ou avoir un écoulement faible. La présence de quantités excessives d'eau dans ces zones humides a donné naissance à des sols hydriques et encouragé la prédominance de plantes résistantes à l'eau (hygrophytes) et d'activités biologiques similaires.

On rencontre quatre types fondamentaux de terres humides dans le bassin des Grands Lacs : marécages, marais, bogues et fens. Les marécages sont des zones où arbres et arbustes vivent sur des sols minéraux enrichis en matière organique et inondés pendant une partie de l'année. Les marais se forment dans des eaux stagnantes peu profondes, comme les étangs et les baies protégées. Les plantes aquatiques (comme les diverses espèces de joncs) constituent des peuplements denses enracinés dans des sédiments au fond de l'eau, ou bien des tapis flottants là où l'eau est plus profonde. Les marécages et marais sont les plus fréquents dans les portions sud et est du bassin.

Les bogues, ou tourbières oligotrophes, se forment dans des eaux stagnantes peu profondes. Les espèces végétales les plus caractéristiques sont les mousses de la famille des sphaignes, qui préfèrent un milieu devenu trop acide pour la plupart des autres organismes. Les sphaignes se décomposent très lentement, et finissent par former des tapis qui peuvent atteindre plusieurs mètres d'épaisseur, et des dômes qui dépassent nettement la surface originale de l'eau. C'est ce produit que l'on extrait et que l'on vend sous le nom de tourbe. La tourbe s'accumule aussi dans les tourbières minérotrophes, appelées fens, qui se forment dans des eaux peu profondes, s'écoulant lentement. Elles sont généralement moins acides que les bogues. Dans les fens, dominent les carex et les graminées (plantes herbacées), mais il peut aussi y avoir des buissons et des arbres rabougris. On désigne habituellement l'ensemble des bogues et fens par le terme de régions de tourbières; on les rencontre le plus souvent dans les parties nord et nord-ouest, plus froides, du bassin des Grands Lacs.

Les terres humides jouent d'importants rôles écologiques, économiques et sociaux pour ce qui est de la santé et du maintien de l'écosystème des Grands Lacs. Elles offrent un habitat à de nombreuses sortes de plantes et d'animaux, que l'on ne trouve parfois nulle part ailleurs. Pour les canards, les oies et autres oiseaux migrateurs, ces terres représentent la partie la plus importante du cycle migratoire; en effet, les oiseaux y trouvent leur nourriture, des aires de repos et des habitats saisonniers. Du point de vue économique, les terres humides jouent un rôle essentiel pour la survie d'une pêche commerciale viable. En effet, au moins 32 des 36 espèces de poisson des Grands Lacs qui ont fait l'objet d'une étude ont besoin des terres humides du littoral pour se reproduire. En plus de fournir un habitat propice à la vie aquatique, les terres humides protègent contre l'érosion et l'inondation et servent de zones tampons pour la pollution ponctuelle ou non-ponctuelle.

CCEI, Burlington (Ontario)
(CCEI, Burlington (Ontario).)

Les terres humides du littoral des Grands Lacs comprennent des lieux qui sont reconnus mondialement pour leur importance biologique exceptionnelle. Parmi ceux-ci, notons le complexe de la Longue-Pointe et la Pointe-Pelée sur la rive nord du lac Érié, et la Réserve nationale de faune sur le lac Saint-Claire. Longue-Pointe a en outre été désignée réserve de la biosphère de l'UNESCO. De plus, les terres humides des Grands Lacs inférieurs ont été désignées priorité du Plan conjoint Habitat de l'Est, du Comité responsable du Plan nord-américain de gestion de la sauvagine, entente internationale entre les gouvernements et les organisations non gouvernementales (ONG) dont l'objectif est de préserver les terres humides de première importance.

Quoique les terres humides constituent un élément d'importance fondamentale de l'écosystème des Grands Lacs et qu'elles possèdent une valeur évidente, leur nombre continue de diminuer à une vitesse inquiétante. Plus des deux-tiers des terres humides des Grands Lacs sont déjà disparues et bon nombre de celles qui subsistent sont menacées par l'urbanisation, le drainage ou la pollution. 

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Eaux souterraines

Les eaux souterraines sont importantes pour l'écosystème des Grands Lacs, car elles constituent un réservoir d'eau et alimentent lentement les lacs, en constituant le débit de base des tributaires. En outre, elles sont une source d'eau potable pour bien des communautés du bassin des Grands Lacs. Les eaux souterraines peu profondes apportent aussi de l'humidité aux plantes.

À mesure que l'eau traverse les zones souterraines, certaines substances sont filtrées par le sol, mais d'autres matériaux du sol sont dissous ou mis en suspension dans l'eau. Les sels et minéraux du sol et de la roche de fond sont à l'origine de ce que l'on appelle eau dure , qui caractérise souvent l'eau des puits du bassin des Grands Lacs inférieurs.

Les eaux souterraines peuvent aussi entraîner des produits fabriqués par l'homme, qui ont été enfouis dans des décharges et remblais. Ces problèmes de contamination des eaux souterraines se manifestent dans les zones agricoles, et urbaines en même temps qu'industrielles. Il est essentiel de protéger et d'inspecter les eaux souterraines si l'on veut protéger la qualité de toute l'eau consommée par les populations du bassin, car on estime que le mouvement des eaux souterraines est l'un des principaux moyens d'acheminement des polluants jusqu'aux Grands Lacs. Les eaux souterraines peuvent directement se déverser dans les lacs, ou y aboutir indirectement, sous forme de débit de base des tributaires.

Niveaux des lacs

Au cours des tempetes, les vents violents et les brusques variations de la pression barometrique forment des vagues qui endommagent les rives
Au cours des tempêtes, les vents violents et les brusques variations de la pression barométrique forment des vagues qui endommagent les rives. (D. Cowell, Geomatics International, Burlington (Ontario).)

Les Grands Lacs font partie du système hydrologique global. Les vents dominants d'ouest continuent à entraîner de l'humidité dans le bassin sous forme de masses d'air provenant d'autres parties du continent. En même temps, le bassin perd de l'humidité par évaporation et transpiration; cette humidité est entraînée par des masses d'air; par ailleurs, une partie de l'eau du bassin se déverse dans le fleuve Saint-Laurent. En moyenne, la quantité d'eau perdue est égale à la quantité d'eau reçue, mais le niveau des lacs peut varier de façon substantielle à court terme, de façon saisonnière et à long terme.

Les variations quotidiennes sont causées par des vents qui poussent l'eau vers le rivage. On appelle ce phénomène dénivellation due au vent ; il est généralement associé à une forte tempête s'abattant sur un lac, et pouvant durer des heures ou des jours. Une autre forme d'oscillation extrême, appelée seiche, accompagne les rapides variations des vents et de la pression barométrique.

Les variations annuelles ou saisonnières des niveaux de l'eau résultent principalement des variations du volume des précipitations et des eaux de ruissellement qui aboutissent aux Grands Lacs. Généralement, on observe les plus bas niveaux durant l'hiver, la majeure partie de l'eau des précipitations étant retenue par les glaces et par la neige au sol, et les masses hivernales d'air froid et sec passant au-dessus des lacs et augmentant le taux d'évaporation. Les niveaux atteignent leur maximum en été, après le dégel printanier qui intensifie le ruissellement.

Les cycles irréguliers à long terme correspondent à des tendances durables des précipitations et de la température, dont on ne peut encore parvenir à expliquer adéquatement les causes. On observe les niveaux les plus hauts durant les périodes de précipitations abondantes et de températures moins élevées, durant lesquelles l'évaporation diminue. Durant les périodes où le niveau des lacs est élevé, les tempêtes causent des inondations considérables et l'érosion des rives qui souvent endommagent des propriétés. On peut attribuer une grande partie des dégâts à l'aménagement intensif du littoral, qui altère les dunes et zones marécageuses protectrices, élimine la végétation stabilisatrice, et réduit généralement la capacité du littoral à résister aux effets destructifs des vents et des vagues.

 

Hydrogramme des Grands Lacs
Hydrogramme des Grands Lacs. L'hydrogramme des Grands Lacs montre les variations des niveaux de l'eau et la relation entre les précipitations et le niveau des lacs.

 

Une denivellation due au vent Il s'agit d'une montee locale du niveau de l'eau causee par des vents poussant l'eau vers l'une des rives d'un lac
Une dénivellation due au vent Il s'agit d'une montée locale du niveau de l'eau causée par des vents poussant l'eau vers l'une des rives d'un lac.

La Commission mixte internationale, organisme bilatéral établi aux termes du traité sur les eaux limitrophes signé en 1909 entre le Canada et les États-Unis, a la responsabilité d'assurer une régulation du débit de la rivière St. Marys et du fleuve Saint-Laurent. Les chenaux ont été modifiés par des travaux d'élargissement et des travaux de mise en place d'écluses, pour faciliter la circulation de navires à fort tirant d'eau. Les ententes entre les États-Unis et le Canada régissent le débit d'eau traversant les écluses, dans ces canaux de raccordement.

Rive endommagee au sud du lac Michigan. Les proprietes riveraine qui ne sont pas protegees peuvent etre endommagees lorsque le niveau des eaux est eleve, en cas de conditions meteorologiques violentes
Rive endommagée au sud du lac Michigan. Les propriétés riveraines qui ne sont pas protégées peuvent être endommagées lorsque le niveau des eaux est élevé, en cas de conditions météorologiques violentes. (National Parks Service des États-Unis, Indiana Dunes National Lakeshore.)

Les eaux du lac Michigan se déversent dans le lac Huron par le détroit de Mackinac. Ce détroit est profond et large, et permet aux lacs Michigan et Huron de se trouver au même niveau. Il n'existe pas de moyens artificiels de régulation des eaux sur les rivières Sainte-Claire et Détroit, qui puissent modifier le débit des eaux se déversant du réseau des lacs Michigan et Huron dans le lac Érié. Le débit sortant du lac Érié traversant le fleuve Niagara n'est pas non plus régularisé, à part les dérivations d'une partie du débit par le canal Welland. Un important pourcentage du débit du fleuve Niagara est détourné par des centrales hydro-électriques à l'emplacement des chutes du Niagara, mais cette dérivation n'a aucun effet sur le niveau des lacs.

À la suite d'études sur les possibilités d'une régulation plus poussée du débit et du niveau des lacs, on a conclu que les fluctuations naturelles sont énormes par rapport à l'influence des moyens de régulation existants. D'autres travaux de génie en vue de la régulation des eaux ne peuvent se justifier, étant donné leur coût et les autres incidences. Un seul pouce d'eau (deux centimètres et demi) à la surface des lacs Michigan et Huron représente plus de 36 milliards de mètres cubes d'eau (soit environ 1 260 milliards de pieds cubes).

Processus caractérisant les lacs : Stratification et renouvellement des eaux  

Les Grands Lacs ne sont pas simplement de vastes réservoirs d'eau uniformément mélangée. Il s'agit en fait de systèmes hautement dynamiques, caractérisés par des processus complexes, et d'une variété de sous-systèmes qui varient de façon saisonnière et selon des cycles plus longs.

La stratification de l'eau des lacs est due à des variations de leur densité, causées par des variations de température. La densité de l'eau augmente à mesure que diminue la température, et atteint un maximum à environ 4 degrés Celsius (39 degrés Fahrenheit). Il en résulte une stratification thermique, c'est-à-dire que dans les lacs profonds, des couches distinctes ont tendance à se former durant les mois d'été. Les eaux profondes, isolées du soleil et restant froides et plus denses, forment une couche inférieure appelée hypolimnion. Les eaux de surface et littorales réchauffées par le soleil, donc moins denses, forment une couche superficielle appelée épilimnion. À mesure qu'avance l'été, les différences de température augmentent entre les couches. Une couche intermédiaire mince ou thermocline se développe, qui correspond à une transition thermique rapide.

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Le phenomene de stratification de l'eau des lac qui se rechauffe en ete peut empecher la dispersion des effluents provenant des tributaries et augmenter ainsi la concentrations des polluants pres des rives
Le phénomène de stratification de l'eau des lacs qui se réchauffe en été peut empêcher la dispersion des effluents provenant des tributaires et augmenter ainsi la concentration des polluants près des rives. (University of Wisconsin, Extension Service.)

L'épilimnion plus chaud contient la plus grande quantité d'organismes vivants du lac. La production d'algues atteint son maximum près de la surface, où pénètre facilement le soleil. La couche superficielle est aussi riche en oxygène, élément qui se mélange à l'eau à partir de l'atmosphère. Une seconde zone de forte productivité existe immédiatement au-dessus de l'hypolimnion, en raison de la diffusion ascendante des éléments nutritifs. Par ailleurs, l'hypolimnion, bien que riche en éléments nutritifs, est moins productif car il ne reçoit qu'une faible quantité de lumière solaire. Dans certaines zones, comme dans le bassin central du lac Érié, il peut être déficient en oxygène en raison de la décomposition des matières organiques.

À la fin de l'automne, les eaux de surface se réchauffent, deviennent plus denses et descendent, déplaçant ainsi les eaux profondes et causant le brassage ou le renouvellement des eaux du fondes et causant le brassage ou le renouvellement des eaux du lac tout entier. En hiver, la température du lac dans son ensemble se rapproche de quatre degrés Celsius (39 degrés Fahrenheit), tandis que les eaux de surface se refroidissent jusqu'au point de congélation, et de la glace peut apparaître. À mesure que la température et la densité des eaux profondes et moins profondes varient avec le réchauffement printanier, un autre renouvellement des eaux peut avoir lieu. Toutefois, dans la majorité des cas, les eaux lacustres restent mélangées pendant tout l'hiver.

La stratification et le renouvellement annuels des eaux sont importants pour la qualité de l'eau. C'est surtout grâce à ce renouvellement que les eaux peu oxygénées des zones les plus profondes des lacs peuvent être brassées avec les eaux de surface qui contiennent plus d'oxygène dissous. Ceci empêche l'anoxie ou épuisement complet de l'oxygène dans les niveaux inférieurs de la plupart des lacs. Toutefois, le processus de stratification estival tend aussi à réduire la dilution des polluants provenant d'effluents te des eaux de ruissellement.

Stratification des lacs et renouvellement des eaux

Stratification des lacs et renouvellement des eaux. La chaleur de la lumière solaire et les variations saisonnières ont pour effet la stratification de l'eau dans les lacs de grandes dimensions. En hiver, la température de la couverture de glace se maintient à 0 C (32 F), et la température de l'eau reste plus élevée au-dessous de la glace, que la température atmosphérique au-dessus. L'eau atteint sa densité maximum à 4 C (39 F). Durant le renouvellement printanier, les eaux plus chaudes remontent à mesure que la surface se réchauffe. En automne, les eaux de surface se refroidissent, deviennent plus denses et effectuent un mouvement descendant, à mesure que la chaleur se perd en surface. En été, la stratification est due à un réchauffement des eaux de surface, qui forment une couche distincte appelée épilimnion. Cette couche est séparée des eaux plus froides et plus denses de l'hypolimnion par la thermocline, couche correspondant à une variation rapide de la température. Le renouvellement des eaux distribue l'oxygène annuellement à travers la majeure partie des lacs.

Durant la période de réchauffement printanier, les eaux littorales qui se réchauffent rapidement ne peuvent se déplacer jusqu'au large, en raison de l'existence d'une barre thermique qui correspond à une nette variation thermique et empêche le brassage, jusqu'à ce que le soleil réchauffe les eaux superficielles du large ou que les eaux soient brassées par des tempêtes. Cette barre thermique retenant les polluants à proximité du rivage, ceux-ci ne se dispersent pas dans les eaux du large et peuvent donc se concentrer davantage dans les eaux littorales.

Ressources en organismes vivants

En tant qu'écosystème, le bassin des Grands Lacs est un ensemble naturel, dans lequel les organismes vivants et leur milieu montrent une relation mutuelle d'adaptation. Tout écosystème est alimenté par l'énergie solaire, qui produit de la lumière et de la chaleur. Cette énergie réchauffe la terre, l'eau et l'atmosphère et engendre des vents, des courants, des processus d'évaporation et les précipitations. l'énergie lumineuse du soleil est essentielle à la photosynthèse des plantes vertes, dans l'eau et au sol. Les plantes se développent en présence d'éléments nutritifs essentiels tels que le phosphore et l'azote, et en présence d'oxygène, de carbone inorganique et d'une quantité suffisante d'eau.

La notion de chaine alimentaire ou chaine trophiqueLa notion de chaîne alimentaire ou chaîne trophique inous permet de comprendre facilement le processus suivant lequel les organismes des niveaux trophiques les plus élevés obtiennent leur énergie en consommant des organismes appartenant aux niveaux trophiques inférieurs. Dans un écosystème, toute l'énergie a pour origine la lumière solaire. Les plantes vertes transforment l'énergie solaire, grâce au processus de photosynthèse, en un réservoir d'énergie chimique. Elles sont consommées par des animaux herbivores, qui à leur tour servent de nourriture à d'autres organismes. La notion de chaîne alimentaire montre comment certains contaminants persistants s'accumulent dans un écosystème, et sont biologiquement intensifiés (voyez bioamplification et bioaccumulation au chapitre 4).

La matière végétale est consommée dans l'eau par le zooplancton qui broute les algues présentes, et au sol par des animaux consommateurs de végétaux (herbivores). Plus haut dans la chaîne du transfert d'énergie dans l'écosystème, existent des organismes se nourrissant d'autres animaux (carnivores), et des organismes se nourrissant à la fois d'animaux et de plantes (omnivores). Combinés, ces niveaux constituent la chaîne alimentaire ou trophique, c'est-à-dire un système de transferts d'énergie grâce auquel peut subsister une communauté écologique composée d'un ensemble complexe d'espèces. La population de chaque espèce est régie par un système de limitations et bilans, basé sur des facteurs tels que la disponibilité des aliments et la présence des prédateurs, y compris des organismes pathogènes.

Chaque écosystème fait aussi appel à de nombreux processus de dégradation de la biomasse accumulée (végétaux, animaux et leurs résidus) et de décomposition de cette biomasse en ses éléments constituants et produits nutritifs, à partir desquels elle s'était formée. La décomposition est effectuée par des micro-organismes essentiels à l'écosystème, puisqu'ils recyclent de la matière qui peut être à nouveau utilisée.

Les écosystèmes stables sont entretenus par les interactions qui maintiennent un équilibre entre les cycles trophiques et énergétiques, et les ressources disponibles et les formes de vie qui dépendent de ces ressources. Dans les écosystèmes, y compris le bassin des Grands Lacs, tout élément dépend de tous les autres et rien ne se perd.

L'écosystème des Grands Lacs et les formes de vie qu'il contient ont continuellement varié avec le temps. Durant les périodes de variations climatiques et de glaciation, certaines espèces ont migré à l'intérieur ou à l'extérieur de la région, certaines ont péri, et d'autres ont conquis le terrain dans les nouvelles circonstances. Toutefois, aucun changement n'a été aussi rapide que celui produit par l'arrivée des colonisateurs européens.

Lorsque les premiers Européens sont arrivés dans le bassin il y a environ 400 ans, celui-ci était une région verdoyante, couverte d'une végétation dense. De vastes peuplements d'arbres, en particulier de chênes, d'érables et d'autres feuillus, dominaient les régions du sud. De nos jours, il ne reste de la forêt originale que de très peu de vestiges, de faible étendue. Entre les zones boisées existaient de riches prairies, dans lesquelles les plantes atteignaient deux à trois mètres (7 à 10 pieds). Au nord, des forêts de conifères occupaient les sols sableux, peu profonds, parsemés de marécages, de tourbières et autres terres humides.

Des cormorans a aigrettes occupent une ile du lac Erie
Des cormorans à aigrettes occupent une île du lac Érié. (Earth Images Foundation, St. Catharines (Ontario).)

Les forêts et prairies abritaient une grande variété d'animaux, par exemple l'orignal dans les terres humides et les forêts de conifères, et le cerf dans les prairies et les forêts arbustives du sud. Dans les nombreux chenaux et terres humides vivaient le castor et le rat musqué, et dans les forêts matures, le renard, le loup et autres espèces d'animaux à fourrure. Les peuples indigènes et les Européens les capturaient et en faisaient le commerce. D'abondantes populations d'oiseaux prospéraient sur les divers terrains, certains migraient vers le sud en hiver, d'autres s'y établissaient de façon permanente.

On estime qu'il existait jusqu'à 180 espèces de poissons endémiques des Grands Lacs. Parmi ceux vivant dans les eaux littorales, il y avait l'achigan à petite bouche, l'achigan à grande bouche, le maskinongé, le grand brochet et la barbue. Au large, vivaient le cisco de lac, le doré bleu, le grand corégone, le doré jaune, le doré noir, le malachigan, la truite fardée et le bar blanc. En raison des différences de caractères des lacs, la composition des espèces variait dans chacun des Grands Lacs. Le lac Érié, plus chaud et peu profond, était le plus productif, et le lac Supérieur, plus profond, le moins productif.

Les variations survenues dans la composition des espèces peuplant les Grands Lacs, depuis 200 ans, sont le résultat des activités humaines. De nombreuses espèces endémiques de poissons ont disparu par suite de prises excessives, de la destruction de leur habitat ou de l'introduction d'espèces exotiques ou non indigènes, telles que la lamproie et le gaspareau. La pollution, principalement sous forme de charges excessives d'éléments nutritifs et de contaminants toxiques, a soumis les populations de poissons à des contraintes supplémentaires. D'autres conditions défavorables créées par l'homme ont altéré les conditions autrefois propices à la reproduction, ainsi que les habitats, et ont obligé quelques variétés à migrer ou bien ont causé leur disparition. Parmi d'autres effets sur la vie dans les lacs, citons la construction de barrages et de canaux, la modification ou la pollution de tributaires aboutissant dans les lacs, tributaires dans lesquels a lieu le frai et des écosystèmes distincts étaient autrefois florissants et s'intégraient à l'écosystème plus vaste du bassin.

 


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