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Modélisation des écosystèmesYannis Cuyperswww.enpc.fr/cereve/Personnes/Present/cuypers.html1ttQu’est ce qu’un système lacustre ? -volume d ’eau libre superficiel remplissant une dépression naturelle ou artificielle sans connexion directe avec les océans et dans lequel le déplace-ment de l’eau n’est pas unidimensionnel. - une masse d ’eau intérieure de surface stagnante 1ha Température varie peu avec les changes de chaleur Chaleur latente élevée4°C T-1 L = 2300 J.gv=> Vaporiser de l’eau =>Lac peut se stratifiercoûte beaucoup d’énergie Conductivité thermique faible-1 -1 -1 =5.910 m K=>Échange de chaleur par diffusion très lents3Fonctionnement physique des lacs2 Echange d’énergie thermiques H =H + H + H + H (W/m )tot c l e s Echange d’énergie mécanique (vent)RayonnementRayonnementVentSolaire Hplan d’eau H01lRayonnementChaleur latente HeAtmosphériqueH2lChaleur sensible HsHc4-ddrdrd@Échanges de chaleur•H = H + H + H + H (W/m2) +H =H+H +H +Htot c l e sH c tote 1l s2l2• H = H (1-r )(1-0.65C ), avec H , radiation par ciel clair, c 0 c 0r réflexion des ondes courtes par la surface du lac 0.04(juin) < r < 0.2 (décembre)c c et C ...

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Langue Français

Exrait

Modélisation des écosystèmes
Yannis Cuypers
www.enpc.fr/cereve/Personnes/Present/cuypers.html
1
Qu’est ce qu’un système lacustre ?
-volume d ’eau libre superficiel remplissant une dépression naturelle ou artificielle sans connexion directe avec les océans et dans lequel le déplace-ment de l’eau n’est pas unidimensionnel. -une masse d ’eau intérieure de surface stagnante 1ha <S< 374 103 km2 (Caspienne) profondeur supérieure à 1 m importance de la dimension verticale Νx = 106s,Νz = 108s
2
Propriétés physiques d’eau
Densité : max à 4°C
Λ(T)=Λ0(1-a(T-T0)2)
4°C
T
=>Lac peut se stratifier
Conductivité thermique faible l=5.910-1m-1K-1 =>Échange de chaleur par diffusion très lents
Capacité calorifique élevée Cp= 4.1855 J.g-1.K-1 =>Température varie peu avec les changes de chaleur
Chaleur latente élevée Lv= 2300 J.g-1 => Vaporiser de l’eau coûte beaucoup d’énergie
3
Fonctionnement physique des lacs
Echange d’énergie thermiquesHtot=Hc+ Hl+ He+ Hs(W/m2) Echange d’énergie mécanique (vent)
Rayonnement Atmosphérique H2l
Rayonnement plan d’eau H1l
Vent
Chaleur latente He
Chaleur sensible Hs
Rayonnement Solaire H0
Hc
4
Échanges de chaleur
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H2l
+Hc
+He
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=>Si Htot<0, la surface du lac se refroidit =>Si Htot>0, la surface du lac se réchauffe
5
Portée des échanges de chaleur
H -H
z
Hc=Hc(-xp)az(z)e=0
6
Établissement d’une stratification
Htot<0
TL
Ts<TL=>Λ(Ts)>Λ(TL) => Starification instable initiation d’un mélange convectif
Htot>0
TL Ts>TL=>Λ(Ts)<Λ(TL) => Starification stable
Λ(T)=Λ0(1-a(T-T0)2)
4°C
Si Htot<0, la surface du lac se refroidit, C’est le cas la nuit Si Htot>0, c’est le cas pendant la journée Sur 24 heures on a en moyenne: Htoten été => Etablissement d’une stratification stable>0, en printemps et Htot<0, en automne et en hiver => Mélange convectif
T
7
Évolution annuelle du profil de température
T(Z)
Fond
Surface
Hiver Printemps Eté Automne
Évolution du profil de température d’un lac mono à l’échelle annuelle
--
-
Printemps-Eté :Réchauffement de la couche supérieure, transfert de chaleur aux couches inférieures par: Conduction, phénomène diffusif (ld4(Ηt)1/2)=> processus lent Mélange convectif par action du vent, (lc4t)=> processus rapide, mais concerne les couches supérieurs (Epilimnion) seulement.
Automne refroidissement de la couche supérieurs par: Mélange convectif lié à la stratification instable, processus rapide, accéléré par l’action du vent Brassage hivernale=> oxygénation du lac8
Évolution de la stratification dans le lac du Bourget
3
T
40
Lac du
Chaîne de thermistance Anderaa pointT
ourget
23
5 ber 2004
9
Mélange et stratification
un fluide à stratification stable coûte deMélanger l’énergie potentielle par unité de volume Ex: comparaison des énergies potentielles par unité de volume pour un système de deux particules fluide dans un milieu stratifié et dans un milieu mélangé homogène
z
Fluide stratifié Λ1
z1
z2

z1
Fluide mélangé
(Λ1+Λ2)/2
/2
( + Λ2>Λ1z2Λ1Λ2) # (( 1Λ(Λ( %1(%Λ% Λ(2!
#
10
Échanges d’énergie mécanique
Le vent transfert une partie de sa quantité de mouvement au lac, à l’interface air-eau, on a:
  (!1 Λ   ( / (!
Ν1 Λ!1ΛΛ
Épilimnion
Metalimnion
Hypolimnion
T(Z)
4(0%0
Vent U10=vitesse à 10 m
1!Μ 
11