La circulation de l'eau dans les Grands Lacs

Apprenez-en plus sur la différence entre la circulation de l'eau dans les Grands Lacs et celle des océans et des mers. Découvrez aussi comment l'hiver, le printemps, l'été et d'autres variables l’influencent.

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La différence entre les Grands Lacs et les océans et mers

Les Grands Lacs principaux présentent plusieurs de phénomènes physiques associés aux zones côtières des océans et aux mers intérieures, notamment :

  • des échelles de profondeur de 100 m (à l'exception du lac Érié)
  • des échelles horizontales de plusieurs centaines de kilomètres
  • une stratification thermique saisonnière bien développée

La principale différence physique est la fermeture (ligne de côte) des Grands Lacs. La rotation de la Terre (force de Coriolis) et la topographie du bassin ont beaucoup d'incidence sur la circulation à grande échelle.

La densité maximale de l'eau douce

La principale différence entre les océans et les Grands Lacs existe parce que l'eau douce atteint sa densité maximale à 4 C. Cette température est considérablement supérieure à la température de congélation de 0 C.

Le renversement de toute la colonne d'eau a lieu :

  • à l'automne, quand les eaux superficielles refroidissent jusqu'à 4 C
  • au printemps, quand les eaux superficielles se réchauffent, du gel jusqu'à 4 C

Une stratification faible mais stable de la colonne d'eau a lieu en hiver quand l'eau est à moins de 4 C (densité inférieure) à la surface.

Pendant la première phase de réchauffement au printemps :

  • la partie centrale du lac demeure à 4 C
  • une bande d'eau près de la rive est chauffée au-dessus de 4 C
  • une barre thermique se forme en raison des différences de densité

La barre thermique peut persister tout au long du mois de juin dans les lacs Ontario et Huron-Michigan. Elle se maintient même plus longtemps sur le lac Supérieur. Une eau de surface à moins de 4 C est toujours présente dans les parties les plus profondes des lacs.

Finalement, toute la surface du lac se réchauffe et finit par présenter une stratification thermique. La stabilité d'une couche d'eau chaude flottant sur l'eau froide :

  • limitera la circulation verticale
  • aura une incidence sur la circulation horizontale à grande échelle

La période isotherme de l'hiver

Au cours de la période isotherme de l'hiver, la circulation dans les lacs est dictée par le vent.

La tension du vent est essentiellement uniforme dans l'ensemble du bassin. Cela s'explique par le fait que les Grands Lacs ont généralement des dimensions horizontales plus petites que les systèmes météorologiques qui passent au-dessus d'eux.

Près du littoral, l'effet du vent est ressenti jusqu'au fond. La circulation de cette eau est accélérée dans le sens de la composante littorale du vent.

Étant donné que les lacs sont des bassins fermés, il doit y avoir un écoulement restitué. L'écoulement restitué qui assure l'équilibre se produit au milieu du bassin. La circulation prend donc la forme d'un double tourbillon.

À l'inverse de ce qui existe dans les autres grands bassins, la profondeur presque uniforme du bassin central du lac Érié rend sa circulation sensible au vecteur rotationnel de la tension du vent.

Selon l'intensité de la tension du vent, la circulation engendrée par le vent dans le bassin central peut :

  • prendre la forme d'un double tourbillon
  • être un tourbillon unique à l'échelle du bassin dans un sens ou dans l'autre

Le réchauffement printanier

Au printemps, l’eau du côté de la rive par rapport à la barre thermique connaît une augmentation de température. Les gradients de pression côtiers et extracôtiers créés par la différence de densité ont tendance à pousser les eaux chaudes au large des côtes.

La rotation de la Terre (force de Coriolis) infléchit la trajectoire du courant au large des côtes et crée une circulation presque régulière. L'eau chaude circule dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (dans l'hémisphère Nord) et suit la configuration des fonds.

La tension exercée par le vent est réduite en raison de la stabilité de la colonne d'air au-dessus du lac (eau tempérée et air chaud). Cette circulation horizontale induite par la chaleur peut durer plus d'un mois.

La période stratifiée de l'été

Au cours de la période stratifiée de l'été, les vents qui soufflent sur un lac causeront d'abord un glissement de la couche de surface chaude sous le vent sur une thermocline (couche inférieure) non perturbée. Au niveau du rivage sous le vent, l'eau chaude obligera la thermocline à descendre. Quand l'eau chaude se déplace vers le large, la thermocline doit monter.

En règle générale, les courants les plus forts :

  • sont observés entre 1 et 10 km de la côte
  • sont associés aux courants parallèles au littoral qui se déplacent initialement dans le sens de la composante du vent parallèle au rivage
  • prennent la direction inverse avant de s'éteindre sur une échelle temporelle mesurée en jours

Au large, au-delà de 10 km, les courants sont plus variables. En été, ils ont tendance à tourner dans le sens des aiguilles d'une montre.

Très près du littoral, dans la zone de déferlement, les courants littoraux sont générés par les vagues déferlantes de surface.

Autres variables

La circulation horizontale générale dans les Grands Lacs pourrait aussi être touchée par les :

  • débits entrants et sortants des grandes rivières, comme la rivière Niagara
  • composantes hydrauliques du débit dans les passes et les baies peu profondes
    • causé par la différence entre les niveaux d'eau aux 2 extrémités d'un chenal
    • par exemple, des courants de 2 à 3 nœuds ont été observés à Little Current, dans le chenal Nord du lac Huron
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