M ; ; | PE
Variation de même sens des concentrations des corps À et B si l’on considère un intervalle de temps d’une unité. Variation de sens contraire pour un intervalle de trois ou quatre unités.
5. Relation entre la teneur totale en matière organique, la dureté temporaire, la teneur en CO, la teneur en carbonate en suspension
Les valeurs de la teneur totale en matière organique d'échantillons d’eau prélevés à différentes profondeurs sont très semblables. La courbe matière organique-profondeur n’ayant pas une forme caractéristique, il est impossible
54 C. Portner
de tirer des conclusions par simple comparaison avec celles de la dureté temporaire ou du CO;Ca en suspension.
= Par contre, une relation existe entre la variation de la teneur en matière organique et la variation de la dureté temporaire; cette variation est mise en évidence par la comparaison des résultats d’analyses chimiques de l’eau prélevée pendant les mois de juillet et d’août (période de la stagnation d'été). Pendant cette période, les concentrations des corps dissous ne subissent pas d’augmentations ou de diminutions systématiques. Il est donc justifié de comparer les variations des concentrations des différents corps dissous, quelle que soit la durée du phénomène de précipitation.
Tableau 15 Variations de la teneur en matière organique et de la dureté temporaire entre deux prélèvements
(a matière organique; b dureté temporaire; / = croissance; \ = décroissance; © = sans variations)
Da 5 m 10 m 15 m 20 m 25 m 30 m prélèvement (1949) 7” b 7 b a b a b a bd a b 4 juillet | 25 juillet NS NS 4 à< AE Le VA LU We À 4 juillet | 11 août NS Xe K De KEX 71 < ARS RES) 4 juillet | 29 août RS K \ AP REN ON ANR FPE
25 juillet | 11 août At CE lle lle EN NN SN Sete 25 juillet | 29 août SO N N Nu ON DTÉ SUN NON 11 août |29 août CE 7 K 4 OPA CAEN à ait à NU EN
36 cas, dont 3 sans correspondances de variation. 26 variations dans le même sens, 7 variations en sens contraire.
Le tableau montre nettement que les variations de la teneur en matière organique et celle de la dureté temporaire se font dans le même sens. Les cas où la concordance n'existe pas sont ceux des régions de transition, c’est-à-dire des profondeurs pour lesquelles il y a renversement du sens de la variation. Pour ces profondeurs, les variations sont légèrement décalées lune par rapport à l'autre (voir figure 7).
Nous montrerons dans le tableau 20 (page 68) que les variations de la dureté temporaire et de la teneur en CO, se font dans le même sens. Il existe donc une même correspondance entre les variations matière organique-dureté temporaire et matière organique-teneur en CO, Il est ainsi possible de préciser que /es variations de la teneur en matière organique et celles de la teneur en CO, 5e font dans le même sens.
ve +
Profondeur en m
Figure 7
Relations entre la dureté temporaire et la teneur en matière organique de Peau du lac
Ces graphiques à 3 dimensions représentent les résultats de 4 séries de prélèvements. Les valeurs de la profondeur du point de prélèvement sont reportées verticalement, les dates auxquelles ils furent effectués sont reportées horizontalement. Les valeurs de la dureté temporaire et de la teneur en matière organique sont reportées en avant. Les courbes en pointillés représentent les concentrations du corps considéré, lors du prélèvement précédent. Le sens des variations de la concentration entre deux prélèvements est donné par les flèches.
En comparant les variations de la teneur en matière organique et celles de la dureté temporaire, on remarque qu’elles se font le plus fréquemment dans le même sens (voir tableau 15, page 54).
56 C. Portner
Il existe aussi une relation entre les variations de la teneur en matière organique et la concentration du CO,;Ca en suspension. Ainsi, entre le 4 et le 25 juillet, il se produit une décroissance commune pour une profondeur de 5 m; à partir d’une profondeur de 15 m, il y a croissance parallèle.
Mais pour la profondeur de 10 m, il y a encore décroissance de la valeur de la dureté temporaire, alors que la teneur en matière organique croît déjà.
Le décalage est encore plus sensible lors de la comparaison des variations en matière organique avec celles du CO;Ca en suspension.
1° Comparaison des diagrammes des 4 et 25 juillet 1949: Diminution de la matière organique entre 7 et o m. Diminution de la dureté temporaire entre 12 et o m. Accroissement de la concentration du CO,Ca en suspension de 21 à o m.
2° Comparaison des diagrammes du 25 juillet et du 11 août 1949: Diminution de la teneur en matière organique entre 60 et 2 m. Diminution de la dureté temporaire entre 60 et o m. Augmentation de la teneur du CO,Ca en suspension de 60 à 7 m.
Ces deux exemples confirment, dans une modeste mesure, que /4 teneur en CO,Ca ex suspension croît, lorsque la teneur en matière organique décroit (et inversement).
En résumé, nos résultats expérimentaux montrent qu’il existe entre les variations de la teneur en matière organique et celles de la teneur en CO», de la dureté temporaire et du CO,Ca en suspension, les correspondances suivantes :
A une augmentation de la teneur en matière organique correspondent : 1° Une augmentation de la teneur en CO; ; 2° une augmentation de la dureté temporaire;
3° une diminution de la concentration en CO, Ca en suspension.
Ces relations sont incompatibles avec la théorie de la précipitation organique du CO, Ca. En eflet, si ce sont les variations de la matière organique qui influencent directement la précipitation ou la dissolution du CO,Ca en suspension, on peut s'attendre à ce qu’à wne augmentation de la concentration de la matière organique correspondent :
10 Une diminution de la teneur en CO, ; 2° une diminution de la dureté temporaire;
3° une augmentation de la concentration en CO;Ca en suspension.
La nette opposition entre les correspondances des variations obtenues expérimentalement et celles qui découlent de la théorie de la précipitation organique du CO;Ca, nous oblige à renoncer à cette théorie et à rechercher une autre explication de la précipitation du CO,Ca. Puisque la précipitation du CO,Ca ne dépend pas des variations de la teneur en matières organiques, on peut se demander la cause de cette précipitation. On remarque qu’elle est liée directement aux teneurs en CO, de leau. En renversant l’ordre d'importance des facteurs de précipitations on peut dire que c’est la teneur en CO, qui détermine à la fois la précipitation du CO, Ca et le développement de la matière organique. Ceci explique que les variations de la teneur en matière organique et celles de la teneur en CO, se font dans le même sens. Il nous est dès lors facile d’expliquer les correspondances expérimentales que nous avons obtenues.
A une augmentation de la teneur en CO, correspondent : 1° Une augmentation de la teneur en matière organique; 2° une augmentation de la valeur de la dureté temporaire; 3° une diminution de la concentration du CO,Ca en suspension.
Ces correspondances sont tout à fait équivalentes aux correspondances expérimentales données précédemment. Nous verrons par la suite (page 67) qu’elles ne sont pas quantitatives; elles permettent néanmoins de se faire une première idée claire de la précipitation du CO;,Ca.
Il ne faudrait pas déduire de cette nouvelle interprétation que la matière organique ne joue aucun rôle dans le mécanisme de la précipitation du CO,C2. Si elle n’est plus le facteur qui déclenche la réaction de la précipitation, son action n’est pas sans l’influencer directement. Par assimilation du CO, les organismes agissent indirectement sur la précipitation et régularisent ainsi la teneur en CO, de l’eau. Dans le bilan de la précipitation, la matière organique vivante consomme une part non négligeable du CO, libéré par la formation du CO;Ca.
Il est, par contre, impossible d’un jour à l’autre, de mettre en évidence une variation de la concentration en CO, due DREREnr à Passimilation par le plancton, la méthode de dosage du CO, n'étant pas sufhsamment précise.
L'étude des relations entre la matière organique en suspension et le CO,Ca en suspension ne semble pas apporter une contribution appréciable à l'explication de la précipitation du CO,Ca. Il semblerait pourtant qu’il puisse exister une relation entre les variations de la concentration du plancton (matière organique en suspension) et celles de la teneur en CO,Ca en
58 | C. Portner
suspension. La comparaison des résultats de dosage de ces deux produits ne permet pas de trouver une correspondance simple entre leurs variations de concentrations.
Bien qu’il n’y ait pas d’analogies entre les variations de Poxydabilité due à la matière organique totale et celle en suspension dans l’eau du lac, le rapport :
oxydabilité due à la matière organique en suspension (12)
Rat. CGT oxydabilité due à la matière organique totale
présente un certain intérêt au point de vue limnologique. Le tableau 16 résume les valeurs de ce rapport. " Tableau 16
Rapports entre loxydabilité due à la matière organique en suspension divisée par celle de la matière organique totale
Rat. org.
Profondeur 4 juillet 1949 |95 juillet 1949 | 11 août 1949 | 29 août 1949 |
0,1 m OS 0,25 0,25 e
Son 0,09 — — 0,28 LOu mm 0,10 0,14 — 0,25 LS 0,08 0,12 — 0,19 20e — 0,13 — 0,24 29MEmN — — — — SOUMET Qui 0,12 — 0,14 40 m 0,15 0,17 0,18 0,16
Moyenne 0,17 Minimum 0,08 Maximum 0,28
Ces rapports montrent qu’une part importante (plus des trois quarts) de Poxydabilité de l’eau du lac est due à la matière organique dissoute et à celle, contenue en suspension, dont le diamètre est inférieur à 1 w. On ne peut malheureusement pas déduire de ce quotient de l’oxydabilité, le rapport des poids entre le plancton et la matière organique dissoute, la matière en suspension étant probablement moins oxydable que la matière organique dissoute.
Pour le lac Léman, ce rapport de l’oxydabilité a été mesuré par J.-PH. BUFFLE (1940, p. 279). Bien que la méthode de séparation de la, matière en suspension ne soit pas identique à la nôtre, on peut calculer à partir des valeurs données par BUFFLE le rapport Ryur. org. qui est égal à 0,14.
Ce résultat concorde avec la valeur obtenue pour le lac de Neuchâtel.
6. Etude du système CO — (CO3H)2Ca—CO3Ca d’après les analyses d’eau du lac de Neuchâtel
Les conditions qui provoquent la précipitation du CO,Ca se produisent parce que le système considéré n’est pas un système en équilibre. Pour qu'un continuel déséquilibre ait lieu, il faut qu’il se produise périodiquement dans le lac, des modifications des conditions physiques. Comme il a été montré dans le chapitre de la thermique du lac (page 37), la température varie fortement dans le voisinage de la couche de saut thermique. Le mélange de couches d’eau produit à la fois une continuelle modification de la forme ainsi qu’une modification de la profondeur de la couche de saut thermique.
Une correspondance s'établit entre la forme de la courbe fempératureprofondeur et les courbes dureté temporaire-profondeur et teneur en CO,-profondeur. On peut se demander alors, s’il n’en existe pas une entre les variations en fonction du temps de la température avec les concentrations en bicarbonates et celles en CO,. Si c'était le cas, on pourrait alors déduire que les facteurs qui produisent les variations de température, influent aussi directement les variations de la concentration en CO, et en (CO,H),Ca.
L'étude des relations des différents corps contenus dans l’eau et de la température comprend les points suivants:
a) Relation de la température avec la dureté temporaire et la teneur en CO,
b) Correspondance entre la température et la dureté temporaire.
c) Correspondance entre la température et la teneur en CO, .
d) Relation entre la teneur en CO,, la dureté temporaire et la concentraton en CO,Ca en suspension.
a) Relation entre la température et la dureté temporaire et la teneur en gaz car bonique
Pour une profondeur déterminée, la valeur de la dureté temporaire ou de la teneur en CO, augmente fortement pour de petites variations de profondeur. Cette région est appelée par STUNDL (1941, p. 70) «Sprungschicht chimique ». La profondeur de la Sprungschicht chimique est la profondeur pour laquelle la variation de la dureté temporaire ou de la teneur en CO, est la plus grande, pour une distance donnée.
60 C. Portner Tableau 17
Profondeur de la couche de saut thermique et des «Spruneschichten chimiques»
Couche «Sprungschichten chimiques»
Date de saut z RTE
) thermique Dureie ? Teneur en CO,
temporaire m m
4 juillet 6 13; — 25 juillet LEE 15 — 29 août 5 15 — 8 septembre 15 14 — 15 septembre 18 24 — 17 septembre 20 LOS — 20 septembre 16 14 — 26 septembre 19 17 17 28 septembre 19 16 15 30 septembre 11®) 15 14 13 octobre 22 16 16
| 28 octobre 12 11 jy |
La correspondance est très bonne pour les valeurs de la dureté temporaire et la teneur en CO,. Par contre, / w’existe pas une relation précise entre les profondeurs de la couche de saut thermique et celles des «Sprungschichten chimiques» .
b) Correspondance entre la température et la dureté temporaire de l’eau du lac
Par l’étude des variations de concentration des substances dissoutes, on peut rechercher s’il y a correspondance entre certaines variations de la température et de la dureté temporaire. (Voir la figure 8 et le tableau 18.)
La correspondance entre la variation de la température et celle de la dureté temporaire apparaît nettement. La dureté temporaire varie le plus souvent dans le sens contraire de la température. À une augmentation de la température correspond une diminution de la dureté temporaire et vice versa. Il en résulte que la variation périodique de la profondeur à laquelle se trouve la couche de saut thermique influe directement la variation de la profondeur de la Sprungschicht chimique. Ces conclusions peuvent être confirmées par l’existance d’une correspondance assez bonne entre la température et la dureté temporaire. Le calcul de la dureté temporaire en fonction de la température, n’est qu’une grossière estimation [voir l'équation (13), page 63]. Il existe, à part la température, beaucoup de causes influençant la solubilité du bicarbonate de calcium, parmi lesquelles nous citerons: 1° La variation durant lPannée de la quantité totale de bicarbonates dis-
sous. D’après l'estimation de la décalcification de Pépilimnion (voir
DO
page 25), le lac aurait perdu à la fin de Pété, par rapport au début du
printemps, environ le 1/33 de sa quantité totale en bicarbonates (60 : 10ÿ t de CO, Ca).
La dépendance entre la solubilité du bicarbonate et la teneur en CO,.. La variation de la solubilité du bicarbonate de calcium pour une pression de CO, égale à 0,0003 atm (pression partielle du CO, dans Pair) a été déterminée par G. L. FREAR et J. JOHNSTON (1929, p. 2083).
TERÉQULS ME 0° ICS 20% 25 30° Rapport de solubilité. . . 1,8 1,4 Qt 1,0 0,9
Profondeur en m Profondeur en m
Profondeur en m
Figure 8
Relations entre la teneur en gaz carbonique, la dureté temporaire et le carbonate de calcium en
