Les bilans hydrologiques des lacs - article ; n°485 ; vol.88, pg 1-15

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Annales de Géographie - Année 1979 - Volume 88 - Numéro 485 - Pages 1-15
The hydrological balances of the lakes.
The present renewal of lake hydrology allows a better knowledge of yearly hydrological balances of lakes and of their actual variations. Few studies have been made about alpine-type mountain lakes, but numerous publications concern hydrological balances of the lakes in the middle-latitude continental and cold regions (Lake Baikal, Lake Ladoga, Lake Peipsi-Pihkva) in the middle-latitude semiarid and arid regions (Aral « Sea », Lake Balkach, Lake Issyk-Kul) and in the lower latitudes (Lake Chad). The analysis of the average yearly balances leads to precise the role of the very conditions in each hydro-climatic zone : water drift to the lake basin from the rain and the subsidiaries, whatever they are endogenous or allogenous, water losses due to physical evaporation from the lakes' surface and the emissaries, in case of exoreism. The survey of balances' inter-annual variations underlines for its part the influence of short climatic oscillations proper to each zone ; these variations involve changes in the volume of lake water and therefore in the limnimetric levels, sometimes in the lake surfaces too. Already sensitive in the « temperate » and cold continental regions, the balances' inter-annual fluctuations are very marked in the semiarid and arid zones of the middle latitudes and above all of the lower latitudes.
Le renouveau actuel de l'hydrologie lacustre permet une meilleure connaissance des bilans hydrologiques annuels des lacs et de leurs variations effectives. Si peu de travaux ont été consacrés aux lacs des montagnes de type alpin, de nombreuses publications concernent les bilans hydrologiques des lacs des régions continentales et froides des moyennes latitudes (lac Baïkal, lac Ladoga, lac Peipsi-Pihkva) et des régions semi-arides et arides des moyennes latitudes (« mer » d'Aral, lac Balkach, lac Issyk-Kul) et des basses latitudes (lac Tchad). L'analyse des bilans moyens annuels conduit à préciser le rôle des conditions originales propres à chaque domaine hydroclimatique : apports en eau à la cuvette lacustre par les précipitations à la surface des lacs et par les cours d'eau affluents, qu'ils soient indigènes ou allogènes, pertes en eau dues à l'évaporation physique à la surface des lacs et aux cours d'eau émissaires, en cas d'exoréisme. L'étude des variations interannuelles des bilans met en valeur, quant à elle, l'influence des oscillations climatiques brèves spécifiques à chaque domaine considéré ; ces variations entraînent des fluctuations des volumes des eaux lacustres et donc des niveaux limnimétriques, parfois aussi des surfaces lacustres. Déjà sensibles dans les régions continentales « tempérées » et froides, les variations interannuelles des bilans sont très accusées dans les régions semi-arides et arides des moyennes latitudes et surtout des basses latitudes.
15 pages
Source : Persée ; Ministère de la jeunesse, de l’éducation nationale et de la recherche, Direction de l’enseignement supérieur, Sous-direction des bibliothèques et de la documentation.

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Publié le 01 janvier 1979
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René Frécaut
Les bilans hydrologiques des lacs
In: Annales de Géographie. 1979, t. 88, n°485. pp. 1-15.
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Frécaut René. Les bilans hydrologiques des lacs. In: Annales de Géographie. 1979, t. 88, n°485. pp. 1-15.
doi : 10.3406/geo.1979.19836
http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/geo_0003-4010_1979_num_88_485_19836Abstract
The hydrological balances of the lakes.
The present renewal of lake hydrology allows a better knowledge of yearly hydrological balances of
lakes and of their actual variations. Few studies have been made about alpine-type mountain lakes, but
numerous publications concern hydrological balances of the lakes in the middle-latitude continental and
cold regions (Lake Baikal, Lake Ladoga, Lake Peipsi-Pihkva) in the semiarid and arid
regions (Aral « Sea », Lake Balkach, Lake Issyk-Kul) and in the lower latitudes (Lake Chad). The
analysis of the average yearly balances leads to precise the role of the very conditions in each hydro-
climatic zone : water drift to the lake basin from the rain and the subsidiaries, whatever they are
endogenous or allogenous, water losses due to physical evaporation from the lakes' surface and the
emissaries, in case of exoreism. The survey of balances' inter-annual variations underlines for its part
the influence of short climatic oscillations proper to each zone ; these involve changes in the
volume of lake water and therefore in the limnimetric levels, sometimes in the lake surfaces too. Already
sensitive in the « temperate » and cold continental regions, the balances' inter-annual fluctuations are
very marked in the semiarid and arid zones of the middle latitudes and above all of the lower latitudes.
Résumé
Le renouveau actuel de l'hydrologie lacustre permet une meilleure connaissance des bilans
hydrologiques annuels des lacs et de leurs variations effectives. Si peu de travaux ont été consacrés
aux lacs des montagnes de type alpin, de nombreuses publications concernent les bilans hydrologiques
des lacs des régions continentales et froides des moyennes latitudes (lac Baïkal, lac Ladoga, lac Peipsi-
Pihkva) et des régions semi-arides et arides des (« mer » d'Aral, lac Balkach, lac
Issyk-Kul) et des basses latitudes (lac Tchad). L'analyse des bilans moyens annuels conduit à préciser
le rôle des conditions originales propres à chaque domaine hydroclimatique : apports en eau à la
cuvette lacustre par les précipitations à la surface des lacs et par les cours d'eau affluents, qu'ils soient
indigènes ou allogènes, pertes en eau dues à l'évaporation physique à la surface des lacs et aux cours
d'eau émissaires, en cas d'exoréisme. L'étude des variations interannuelles des bilans met en valeur,
quant à elle, l'influence des oscillations climatiques brèves spécifiques à chaque domaine considéré ;
ces variations entraînent des fluctuations des volumes des eaux lacustres et donc des niveaux
limnimétriques, parfois aussi des surfaces lacustres. Déjà sensibles dans les régions continentales «
tempérées » et froides, les variations interannuelles des bilans sont très accusées dans les régions
semi-arides et arides des moyennes latitudes et surtout des basses latitudes.ANNALES DE
OGRAPHIE
485 LXXXVIlIe année Janvier-février 1979
Les bilans hydrologiques des lacs
Professeur Université par René de Nancy Frécaut II
Jusque vers 1950-1960 les écoles suisse allemande et autri
chienne de limnologie ont orienté le plus souvent leurs recherches
vers la zoologie et la botanique lacustres Les écoles américaine
soviétique et scandinave ont retrouvé depuis orientation initiale
de F.A en faisant de la limnologie une science de synthèse
qui intègre certes hydrologie lacustre mais aussi la morphologie
des cuvettes lacustres et surtout étude physique et chimique des
eaux des lacs2
hydrologie lacustre intéresse au régime hydrologique des
lacs et spécialement leurs bilans hydrologiques aux divers mou
vements des eaux lacustres leurs caractères thermiques et leur
dynamique propre Les publications les plus récentes de Associa
tion internationale des Sciences sont nettement spé
cialisées en ce sens Symposium de Garde Hydrologie des lacs et
des réservoirs 1966 Helsinki des lacs
1973)
de nentales quant 1892 mers pas F.A La plus directement notion mer 1895 Forel ou et Caspienne moins de Le lac avec Léman 1904 implique minéralisées les mer océans monographie une Aral et avec définition les mers ou mer hydrologialle sans précise Certains Morte.. tributaire Les grands lacs Lausanne et émissaire sont lacs sont des Librairie nappes ainsi mais qualifiés ne eaux Rouge communi conti tort
ANN DE GEOG LXXXVIII ANNEE ANNALES DE OGRAPHIE
Dans la brève mise au point qui va suivre il semblé intéres
sant de attacher aux bilans hydrologiques des lacs assez peu
connus en se limitant toutefois faute de documentation suffisante
aux bilans annuels et leurs variations analyse des bilans hydro
logiques lacustres permet expliquer les variations interannuelles
du niveau des lacs facilement mesurables et par là même les
variations effectives du volume des eaux lacustres Après avoir rap
pelé les principaux éléments du bilan hydrologique des lacs on
présentera quelques types de bilans caractéristiques de divers
domaines hydroclimatiques
Les éléments du bilan hydrologi que des lacs
La valeur moyenne annuelle un niveau lacustre les variations
interannuelles de ce niveau et donc les variations du volume des
eaux lacustres résultent de équilibre réalisé dans la cuvette consi
dérée entre les apports en eau et les pertes en eau On cherche donc
établir comme pour les cours eau un bilan hydrologique
lacustre annuel voire saisonnier ou mensuel échelle une lon
gue période observations ou une année particulière3
Apports en eau et pertes en eau peuvent être schématisés de la
fa on suivante
apport du ou des cours eau tributaires ou du ruissellement
superficiel
Qs apport éventuel des eaux souterraines des précipitations la surface du lac
perte due au cours eau émissaire en cas exoréisme éventuelle par infiltration
perte par evaporation physique la surface du lac
La plupart des éléments du bilan hydrologique peuvent être
chiffrés avec une relative précision partir de mesures hydrométri
ques et de mesures pluviométriques et de mesures éva-
poration effectuées selon diverses techniques Seule évalua
tion des apports en eaux souterraines la cuvette lacustre Qs et
des pertes en eau par infiltration avère délicate4 apports et
pertes en eaux souterraines ne représentent cependant un très
On parle donc comme en hydrologie fluviale de bilan annuel de bilan saisonnier ou de
bilan mensuel moyen ou particulier
On peut parvenir une évaluation acceptable du rôle des eaux souterraines par diverses
méthodes comparaison entre la minéralisation des eaux lacustres et celle des eaux souterraines
dans le cas de lacs salés des régions semi-arides et arides L.A Zemijanitzyna 1973) étude
approfondie des réserves souterraines et des débits des émergences dans les roches constitutives
de la cuvette lacustre I.S Zektzer et B.I Kudelin 1966) BILANS HYDROLOGIQUES DES LACS LES
faible pourcentage du bilan annuel global moins de Chacun
des éléments du bilan peut être exprimé en hauteur eau mm ou
en volume m3 ou km3 pour les grands lacs)
équation du bilan hydrologique annuel un lac peut donc
écrire de deux fa ons selon que on considère les variations du
niveau limnimétrique ou les variations du volume des eaux lacus
tres
Q(mm Qs(mm -f- P(mm (mm I(mm E(mm
ou Q(m3 Qs(m3 P(m3 (m3 I(m3 4- E(m3
H(mm étant la variation effective du niveau limnimétrique et
V(m3 la variation du volume des eaux lacustres
En cas équilibre entre apports et pertes en eau il pas de
variations du niveau ou du volume du lac Cet équilibre est rare
ment atteint sauf si on considère une longue période de réfé
rence le bilan hydrologique peut écrire alors
Qs 4-
Mais le plus souvent échelle une année particulière il suf
fit un des éléments varie pour que le bilan devienne positif ou
négatif pour que le niveau lacustre élève ou abaisse et que le
volume des eaux lacustres accroisse ou diminue par rapport
celui de année précédente6 Les variations interannuelles du
niveau et du volume lacustres sont liées de toute évidence des
oscillations climatiques brèves appelées tort périodiques se
manifestant essentiellement dans tous les domaines climatiques par
la succession de séries années sèches et années plus humides
Ces variations brève période se différencient donc nettement des longue exclues de notre propos et reflétant
des fluctuations climatiques et surtout pluviométriques une
échelle séculaire oscillations climatiques dites séculaires histo
rique ou même géologique
Les variations interannuelles du bilan hydrologique des lacs
dues aux propres variations de certains éléments du bilan et
se présentent différemment selon les domaines hydroclimatiques
envisagés
Il existe pas de formulation unique pour le bilan hydrologique des lacs Les auteurs
anglo-saxons et soviétiques utilisent de préférence les formules équivalentes suivantes
Y+W+X=Y+Wi+Z AH
ou +Wi -f-
ampleur des variations interannuelles des niveaux et des surfaces lacustres est liée cer
tes aux variations des volumes des eaux lacustres mais elle est fonction également de la mor-
phométrie des cuvettes lacustres et du caractère exoréique ou endoréique de ces cuvettes Les
variations de niveaux et de surfaces sont surtout sensibles pour les lacs peu profonds des régions
sèches ANNALES DE OGRAPHIE
Quelques types ae bilans hydrologiques
annuels des lacs
Les valeurs moyennes annuelles et les variations interannuelles
des niveaux et des volumes lacustres sont assez mal connues faute
de monographies précises Assez paradoxalement peu de travaux
hydrologie ont été consacrés depuis ceux de F.A Forel aux lacs
des montagnes de type alpin aux moyennes latitudes peut-être
parce que vu la profondeur de leur cuvette ces lacs origine gla
ciaire enregistrent en définitive que des variations limitées de
niveau Des communications récentes faites aux symposiums de
Garde 1966 et Helsinki 1973 permettent par contre évoquer
un certain nombre de types de bilans hydrologiques lacustres
bilans des lacs des régions continentales et froides aux moyennes
latitudes bilans des lacs des régions semi-arides et arides aux
moyennes et aux basses latitudes Ces bilans traduisent parfaite
ment influence déterminante dans chaque bassin alimentation
lacustre des conditions climatiques précipitations et evaporation
physique et des modalités de écoulement de surface apports
eau par le ou les tributaires indigènes ou allogènes et pertes en par émissaire en cas exoréisme)
Les bilans hydrologiques des lacs des régions continentales
et froides aux moyennes latitudes
Les bilans moyens annuels et les bilans annuels particuliers de
divers lacs des régions continentales tempérées et froides ont
été analysés par des travaux soviétiques et finlandais lac Baikal
A.N Afansyev et V.D Leksakova 1973) lac Ladoga T.I Malina
1966) lac Peipsi-Pihkva L.P Küllus 1973) lac Pyhäjärvi et Pää-
järvi Hyvärinen Järvinen et Tuominen 1973)
Ces lacs présentent rappelons-le des caractères hydroclimati
ques originaux les précipitations annuelles liquides et solides sans
être abondantes ne sont pas négligeables sur leur bassin évapora-
tion physique leur surface est limitée la saison chaude et elle
est relativement réduite ces lacs enfin sont alimentés par des
apports fluviaux indigènes liés la fusion de la neige et secondai
rement des précipitations de saison chaude et ils sont toujours
drainés par un émissaire Les éléments des bilans de ces lacs ont
été calculés partir de mesures systématiques ou au moins estimés
par des méthodes diverses échelle de longues périodes de réfé
rence ou années particulières les résultats obtenus concordent
pour essentiel LES BILANS HYDROLOGIQUES DES LACS
échelle une longue période observations le niveau et le
volume moyens des eaux lacustres sont relativement stables et le
bilan moyen annuel entre apports et pertes en eau est pratiquement
équilibré intérêt hydrologique de tels bilans moyens annuels est
de permettre de préciser la part respective de chacun des éléments
de ces bilans tableau 1)
Dans le cas du lac Baïkai alimenté pour 50 par la Selenga
pour 136 par Angara supérieure et pour 364 par divers
autres petites tributaires apport fluvial été en moyenne entre
1901 et 1958 de 825 mm ou de 573 km3 par an 826 du total
des apports) apport des eaux souterraines de 96 mm ou de
32 km3 43 et apport des précipitations la surface du lac de
292 mm ou de 92 km3 131 Les pertes annuelles en eau ont été
dues pour 866 917 mm ou 604 km3 Angara émissaire du
lac et pour 134 seulement 296 mm ou 93 km3 évaporation
physique la surface du lac en saison chaude La répartition en
pourcentage des apports et des pertes en eau est pas fondamenta
lement différente pour les lacs Ladoga et Peipsi-Pihkva Il convient
de noter par contre que le volume eau mis en circulation
annuellement par ces apports et ces pertes constitue une part plus
TABLEAU
Bilans hydrologiques moyens annuels de quelques lacs des régions
continentales et froides des moyennes latitudes*
Lac Baikal Lac Ladoga Lae Peipsi-Pihkva
Sm 31 500 Sm 18 360 Sm 566
Zrn == 730 Zrn 51 Zrn 71
Vm 23 000 Vm 936 Vm 252
Eléments période 1901-1958 période 1932-1958 période 1930-1969
du
km3 bilan mm km3 mm km3 mm
825 573 826 838 850 583 93 803
96 32 43 90 20 Qs
292 92 131 587 130 634 23 197
Total des
213 697 1000 515 1000 217 116 1000 apports
917 604 866 154 920 647 96 823
296 93 134 361 80 570 20 177
Total des
116 1000 pertes 2213 697 1000 515 1000 217
Sm superficie moyenne km2 Zrn profondeur moyenne Vm volume moyen km3 après
A.-N Afansyev et V.-D Leksakova 1973 T.-I Malina 1966 L.-P Küllus 1973) ANNALES DE OGRAPHIE
ou moins importante du volume global du stock eau lacustre
cette part est faible dans le cas un lac de la taille du lac Baikal
697 km3 pour 23 000 km3 alors elle est très élevée dans le cas
un petit lac tel le lac Peipsi-Pihkva 116 km3 pour 252 km3)
La comparaison entre le bilan du lac Baikal et les bilans des
lacs Ladoga et Peipsi-Pihkva portant il est vrai sur des périodes de
références plus brèves montre que les apports des tributaires
varient assez considérablement un lac autre dans un même
milieu climatique en fonction de la situation géographique des bas
sins et de leur caractère plus ou moins continental 825 mm pour
le lac Baikal 583 mm fournis surtout par la Velikaïa pour le lac
Peipsi-Pihkva 838 par le wir et le Wolkhov pour le
lac Ladoga
Les lames eau moyennes annuelles précipitées et évaporées
la surface de ces lacs varient elles aussi en fonction de la conti-
nentalité 634 mm et 570 mm pour le lac Peipsi-Pihkva 587 mm et
361 mm pour le lac Ladoga et seulement 292 mm et 296 mm pour
le lac Baikal Précipitations et evaporation sont donc plus élevées
sur les deux lacs de Russie Europe que sur le lac Baikal de situa
tion nettement continentale au coeur de la Sibérie On peut donc
admettre en domaine continental et froid des moyennes latitu
des la lame eau perdue par evaporation la surface des lacs
oscille de 300 mm dans les secteurs continentaux brève période
chaude 600 mm au maximum dans les secteurs les plus occiden
taux cette dernière valeur est très proche de celle admise pour le
milieu lacustre méridional de la Finlande 500 mm environ)
Les bilans hydrologiques lacustres ne sont pas stables en
domaine continental tempéré et froid ils connaissent en réalité
une année autre ou une série années autre des modifi
cations assez sensibles qui se traduisent en définitive par des fluc
tuations des volumes lacustres et donc par des variations directe
ment observables des niveaux lacustres On ne dispose de données
précises sur ces variations que pour les lacs de la Russie Europe
Peipsi-Pihkva et Ladoga tableau 2)
Le Nord-Ouest de la Russie Europe au climat nuance océa
nique connu entre 1930 et 1969 une série années relativement
sèches avec de faibles précipitations nivales de saison froide et
liquides de saison chaude de 1937 1952 et un moindre degré de
1959 1969 les années 1940 et 1964 peuvent être considérées
comme les plus caractéristiques cet égard Des séries années
très humides ont été par ailleurs observées de 1932 1936 et sur
tout de 1953 1958 les années 1957 et 1958 ont connu les précipi
tations nivales et liquides les plus abondantes
En année exceptionnellement sèche comme 1940 pour le lac LES BILANS HYDROLOGIQUES DES LACS
TABLEAU
Bilans hydrologiques annuels particuliers de quelques lacs des régions
continentales et froides des moyennes latitudes mm
Eléments du bilan Lac Ladoga Lac Peipsi-Pinkva
1940 1958 1964 1957
.............. 325 070 888 382
P.......... ... 410 754 467 730
Total des apports 735 824 849 618
778 820 ...............
E................ 558 508
Total des pertes... 286 378
après T.-I Malina 1966 L.-P Küllus 1973)
Ladoga et 1964 pour le lac Peipsi-Pihkva le bilan hydrologique est
largement négatif ou mieux déficitaire les pertes en eau empor
tant largement sur les apports respectivement 286 mm dont
778 mm écoulés par la Narva et 508 mm évaporés et 849 mm
dont 382 mm fournis par la Vélikaia et 467 mm par les précipi
tations dans le cas du lac Peipsi-Pihkva Le volume des eaux lacus
tres diminue le niveau limnimétrique abaisse et la superficie du
lac peut se réduire Les apports en eau dans le lac Peipsi-Pihkva
ont atteint en 1964 que 57 des apports habituels 849 mm
contre 217 mm En ce qui concerne le lac Ladoga les apports en
eau en 1940 ont représenté peine 60 des apports moyens
annuels 735 mm contre 515 mm)
inverse en année exceptionnellement humide en saison
froide et en saison chaude comme 1957 et 1958 le bilan hydrologi
que est nettement positif ou excédentaire et les apports en eau
emportent largement sur les pertes soit par exemple 618 mm et
378 mm pour le lac Peipsi-Pihkva Le volume global des eaux
lacustres accroît alors de même que le niveau limnimétrique et
parfois même la superficie lacustre7 Ces apports remarquables
peuvent représenter près de 150 de la moyenne annuelle
une longue série 129 pour le lac Ladoga et 143 pour le lac
Peipsi-Pihkva8
ensemble taires Lors Ladoga moyenne limnimétrique humides pour écarts les une de se Si Dans apports la de 14 sont on de moyenne année 1932 de le 560 la étant Le élevés considère cas souterrains la période km2 hyperhumide pourcentage 1936 du sont élevé lac et sèche non 941 réduits Peipsi-Pihkva 491 de et 1932-1958 mm plus 240 km2 1953 126 des de comme mm mais 1937 des en divers ils 1958 pour novembre ont par années 86 ils 1957 peu éléments donc 1952 rapport restent ces les profond pour isolées précipitations elle apports été les 1964 néanmoins de peut les déficitaires apports sa ces mais le la ont valeur atteindre niveau superficie apports atteint des moyens significatifs moyenne la de du séries surface 13 est lac wir en 149 années que ainsi ayant eau mm Lors et du peu est du passée lac 140 et baissé des varié la consécutives Wolkhov ont km2 ainsi cuvette deux une été par de le que excéden 437 périodes rapport niveau du valeur 14 pour mm lac les ANNALES DE OGRAPHIE
II existe ainsi en dépit de nuances régionales un type de bilan
hydrologique commun tous les lacs des régions continentales et
froides aux moyennes latitudes Si le bilan moyen annuel de ces
lacs apparaît comme équilibré les bilans années particulières
révèlent des écarts assez sensibles par rapport au bilan moyen
Pour les plus vastes de ces lacs tel le lac Baïkai les variations de
niveau limnimétrique et de superficie sont néanmoins assez peu
marquées
Les bilans hydrol gi quês des lacs des régions semi-arides
et arides aux moyennes et aux basses latitudes
Les lacs endoréiques des régions semi-arides et arides des
moyennes et des basses latitudes enregistrent des variations inter
annuelles de bilan encore plus marquées ce qui se traduit pour cer
tains entre eux peu profonds ou peu vastes par des fluctuations
de niveau et surtout de superficie très importantes
Les travaux soviétiques récents sur la mer Aral le lac Bal
kach et le lac Issyk-Kul A.V Shnitnikov 1973 et les études fran
aises sur le lac Tchad Toucheboeuf de Lussigny 1966 Sir-
coulon 1976 permettent de déceler quelques nuances entre les
bilans hydrologiques lacustres des régions arides des moyennes lati
tudes et ceux des régions arides des basses latitudes tableau 3)
Les lacs de toutes ces régions sèches possèdent pourtant en com
mun un certain nombre de caractères hydroclimatiques sur les
quels il convient insister Les précipitations liquides et parfois
solides en saison froide aux moyennes latitudes sont réduites sur
le bassin alimentation des lacs elles sont surtout très irréguliè
res intérieur une même année et une année autre éva-
poration physique est importante soit uniquement en saison
chaude aux moyennes latitudes soit toute année aux basses latitu
des Elle est le seul facteur de perte en eau par suite du caractère
endoréique actuel de ces lacs Les apports en eau des tributaires
sont pratiquement toujours allogènes ils sont le fait de cours eau
issus de régions voisines mais différentes climatiquement soit de
régions de haute montagne soit de régions plus humides Une très
faible part du bassin théorique participe ainsi véritablement
alimentation en eau de la cuvette lacustre9
Dans les régions arides des moyennes latitudes les bilans
moyens annuels relatifs la période actuelle sans référence précise
des dates sauf pour le lac Balkach montrent la part essentielle des
être très Le vaste bassin Il atteint alimentation 940 000 km2 théorique pour la mer de certains Aral lacs et 501 des 000 régions km2 pour arides le lac peut Balkach en effet