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Lac de Créteil (Equipements de mesure pour les observations à long terme sur les lacs urbains

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Laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU)

Observation-lac-de-Créteil.jpg

Responsable : Brigitte Vinçon-Leite 
Co-responsable : Philippe Dubois

Localisation : Lac de Créteil (94) et Ecole des Ponts ParisTech à Champs-sur-Marne (77)
Laboratoire hébergeur principal : LEESU

Descriptif, objectifs et modalités de fonctionnement
Les lacs urbains et péri-urbains constituent des milieux aquatiques de grande importance à plusieurs égards (activités économiques, loisirs, biodiversité...) En Ile-de-France, les écosystèmes lacustres sont très nombreux, on en compte environ un millier. Sur plusieurs d’entre eux, très fréquentés par la population, des bases nautiques et de loisirs ont été installées. Ces milieux aquatiques subissent de très fortes pressions dues aux activités humaines dans leur bassin versant mais aussi, à de plus grandes échelles, dues au changement climatique et à l’apport de polluants atmosphériques.

En France, depuis plusieurs décennies, et plus particulièrement depuis 2000 pour satisfaire aux obligations de la directive-cadre européenne sur l’eau, les milieux aquatiques naturels doivent atteindre le bon état écologique et chimique et les milieux aquatiques artificiels, le bon potentiel écologique. Il est donc primordial, pour préserver ou restaurer la qualité sanitaire, chimique et écologique des systèmes lacustres, d’observer les réponses de ces milieux aux changements environnementaux afin de comprendre les mécanismes hydrodynamiques et biogéochimiques qui contrôlent le devenir des polluants et les proliférations phytoplanctoniques, notamment des cyanobactéries toxiques.

C’est dans ce contexte que le LEESU s’est équipé depuis une dizaine d’années d’instruments de mesure in situ adaptés aux systèmes lacustres. Ces équipements constituent aujourd’hui un ensemble complet permettant, grâce à des observations à différentes échelles de temps et d’espace, de contribuer à l’amélioration de la compréhension du fonctionnement de ces écosystèmes aquatiques, de leur réponse aux pressions anthropiques locales et au changement climatique, ainsi que de leur surveillance et de leur gestion.

Le principal système d’observation du LEESU, implanté au centre du lac de Créteil depuis mai 2012, est constitué d’une station de mesure en continu, autonome. Cette station, équipée d’un module de télétransmission GSM comprend une station météorologique (vitesse du vent, température de l’air, pression atmosphérique, pression de vapeur, rayonnement net, précipitations) et une chaîne de capteurs à haute résolution, immergés (5 capteurs thermiques, 2 capteurs de fluorescence et un capteur de rayonnement actif pour la photosynthèse). Elle permet de mesurer sur le long terme les variables météorologiques au dessus du lac ainsi que la réponse du lac lui-même. A la connaissance du laboratoire, aucun système d’acquisition et de transmission de telles variables n’est actuellement implanté sur un milieu aquatique continental en France.   

Un ensemble d’instruments de mesure peut être déployé, sur le lac pour compléter les mesures réalisées par la station de mesure en continu ou pour étalonner ses capteurs.

La station de mesure lacustre autonome et l’ensemble des instruments de mesure associés permettent des observations essentielles sur le fonctionnement des écosystèmes lacustres à long terme. Ils fournissent également des mesures sur le fonctionnement hydrodynamique, physico-chimique et biologique des lacs indispensables à la réalisation de recherches approfondies sur les processus écologiques ou le devenir des contaminants dans ces milieux. 

Instruments concernés
Mesures en continu à haute résolution
- Une station de mesure lacustre autonome Lake ESP (Lake Environmental Sensing Platform PME), installée depuis mai 2012 au centre du lac de Créteil et équipée d’un système de télétransmission GSM et comprenant :
• une station météorologique : vitesse du vent, température de l’air, pression atmosphérique, pression de vapeur, rayonnement net, précipitations,
• une chaine de capteurs haute résolution pour les lacs urbains (6m) comprenant 5 capteurs thermiques, 2 capteurs de fluorescence, un capteur de rayonnement actif pour la photosynthèse,
une chaine de capteurs thermiques haute résolution pour les lacs profonds (70m) comprenant 12 capteurs,
• le pas de temps d’acquisition minimum est de 30s.

- Deux chaines de capteurs pour les lacs urbains comprenant trois capteurs thermiques, une optode à oxygène et un capteur de fluorescence

 Profileurs
- Une sonde de mesure de la température, conductivité, pH et oxygène (Seabird SBE19)
- Deux sondes fluorimétriques BBE : Fluoroprobe permettant la mesure de 4 familles de phytoplancton et Algae Torch permettant la mesure des cyanobactéries et de la chlorophylle totale
- Une sonde de mesure du rayonnement actif pour la photosynthèse (Li-Cor Li 193)

Hydrodynamique à haute résolution
- Un microprofileur haute résolution (100 Hz) de mesure de la température, la conductivité et la fluorescence (SCAMP, PME)
- Un courantomètre accoustique Doppler (ADV Vector, Nortek) : mesures tridimensionnelles des composantes de la vitesse à haute résolution et haute fréquence (64 Hz)
- Un courantomètre accoustique Doppler (ADCP Aquadopp Nortek) : profils complets de vitesses de courant sur des profondeurs de 1 à 100 m

Navigation : un Zodiac équipé d’un moteur électrique et d’un treuil, GPS, échosondeur bathymétrique

Bilan
Observation en continu du fonctionnement hydrodynamique et biologique du lac de Créteil
Depuis mai 2012, des mesures à haute fréquence de variables météorologiques au centre du lac et de température, conductivité, pH, fluorescence de la chlorophylle, oxygène, ont été recueillies en trois points du lac. Une base de données est en cours de constitution pour archiver ces mesures.

Acquisition de mesures spécifiques
Parallèlement au déploiement des équipements de mesure en continu, dans le cadre de plusieurs projets de recherche régionaux (PLUMMME, financement R2DS), nationaux (PULSE, ANR CEP&S) ou européen (Blue Green Dream, Climate KIC), d’autres séries de mesures ont été réalisées : suivi mensuel depuis mai 2011 des concentrations en nutriments (N et P), micro-organismes pathogènes (E. Coli et entérocoques), métaux-traces et micro-polluants organiques (HAP, PCB, PBDE) ; mesures de vitesse de courant en plusieurs périodes caractéristiques du fonctionnement saisonnier du lac.

Exploitation des mesures
Ces différents jeux de données sont en cours d’analyse et sont utilisés pour le développement et la validation de modèles décrivant les processus en jeu dans les écosystèmes lacustres urbains.

Projets/Prospective
La station de mesure lacustre autonome a vocation à poursuivre sur le lac de Créteil l’acquisition en continu de mesures météorologiques au dessus du lac ainsi que des mesures de la colonne d’eau. Ces mesures permettent d’observer et de comprendre, sur le long terme, l’impact sur la qualité de l’écosystème des changements survenant dans son bassin versant et à l’échelle globale, du changement climatique (réchauffement, changement du régime hydrologique du bassin versant et de la nappe). De tels systèmes d’observation sont inexistants en France pour les milieux d’eau douce et sont très rares dans le monde pour les lacs urbains.

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mise à jour le 2 avril 2014

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