Rôle des conditions limnologiques et environnementales dans le recyclage des nutriments et pigments dans les sédiments du lac Kivu ( cas des bassins d'Ishungu et de Bukavu )en RDC

INTRODUCTION GENERALE

Le lac Kivu est l'un des 4 grands lacs de la branche occidentale du rift Est Africain. Actuellement, il est relié au lac Tanganyika par la Ruzizi, après avoir été forcée, à changer de direction de son écoulement par les éruptions volcaniques des volcans de la chaine de Virunga. Ainsi, sa connexion avec les autres lacs du nord fut totalement coupée et ses eaux furent retranchées du bassin du Nil pour le bassin du Congo (Beadle, 1981).

Il est situé à 1463 m d'altitude entre 1°34' et 2°30' de latitude sud. D'ouest à l'Est, il est compris entre 28°50' et 29°25' de longitude Est (Capart, 1960) en frontière entre la République Démocratique du Congo et la République du Rwanda.

Le lac Kivu est différent des autres lacs africains par son origine tecto-volcanique, son altitude, sa morphologie et sa permanente stratification due à ses propriétés physico-chimiques (Degens et al., 1973).

Le socle précambrien est couvert sous le lac Kivu par plus de 500 mètres de sédiments dans la partie profonde (environ 485 m) septentrionale du lac, suggérant ainsi un âge plus avancé (pliocène si on tient compte de la vitesse de sédimentation estimée à 30 cm pour 1000 ans) (Degens et al. 1974, Hamilton, 1982).

Le mélange des eaux ne concerne que les premiers 60 m des eaux du lac ; sauf dans les baies peu profondes telles que la baie de Bukavu. C'est donc un lac méromictique. Il présente une teneur élevée en sels dissous qui se manifestent par une conductivité élevée, une stratification thermique verticale des eaux et la présence d'importantes quantités de gaz méthane qui étaient estimées à 60 milliards de m³ contre 300 milliards de m³ de dioxyde de carbone en 1978 (Fig. 1) (Tietze, 1978 ).

La température de l'eau du lac Kivu diminue au fur et à mesure qu'on descend en profondeur (jusqu'à environ 100 m). Cette diminution de la température avec la profondeur dépend des mouvements de mélange de l'eau du lac lié à l'intensité du vent. Les profils verticaux de la température permettent de déterminer la profondeur de la zone de mélange. La Figure 1 montre qu'à partir de 100 m, le lac Kivu présente une thermocline dans laquelle ; la température et la salinité augmentent avec la profondeur (Degens et al. 1973, Schmid et al. 2005). La cendre volcanique y est détectée entre 75 et 78 cm des carottes.

251671552Les eaux profondes du lac Kivu contiennent une quantité considérable dissoute de CO₂ et de CH₄ (Schmid et al., 2005, Fig.1). Des récentes études montrent que la concentration du lac Kivu en CH₄ a augmenté de 15% de plus qu'il y a 30 ans (Schmid et al., 2005) et que cette accumulation peut conduire à une catastrophe liée à l'éruption de gaz aux environs des années 2100 (Pasche et al., 2010). Et selon les estimations de la production du CH₄, la concentration de ce gaz en eaux profondes du lac va approcher la saturation au courant de ce siècle, car présentement le CH₄ cause environ 80% de la pression des gaz dans ce lac (Schmid et al., 2005).

Figure 1. Profil vertical de température(T), salinité (S) et des gaz dissous dans le lac Kivu en Février 2OO4 (Modifié à partir de Schmid et al., 2005).

Le lac Kivu connait un gradient des températures tel qu'en dessous de 100 m, la température croit avec la profondeur (Degens et al., 1973). Ce lac volcanique est stratifié et sans oxygène dans ses eaux profondes (Damas, 1937). Une concentration en P et un rapport Ca:Na élevés ont été signalés par Schmid et al. (2005) dans les eaux profondes du lac Kivu, ce qui indique une production accrue en sédiments. La récente augmentation de la quantité de CH₄ dans le lac Kivu (Schmid et al., 2005) est considérée comme fonction de la disponibilité des nutriments.

Une quantité de matières organiques est certainement déposée par sédimentation depuis la zone oxique dans les eaux profondes (Boltz et al., 1988) où elles sont dégradées en méthane par les bactéries méthanogéniques (Schoell et al., 1988). Selon Hecky et al. (1996), les sédiments des lacs africains constituent une importante source qui renseigne sur leur production primaire et sur leur biomasse algale.

Comme tous les autres lacs africains, le lac Kivu peut probablement être vulnérable des activités humaines ; tel est le cas du lac Victoria où l'agriculture et la déforestation ont causé une augmentation des concentrations en nutriments et l'eutrophisation (Hecky, 1993).

Les vastes plans d'eau superficiels comme les lacs surtout les moins profonds sont très sensibles et réagissent immédiatement aux changements environnementaux (climat, hydrologie, pollution, activités anthropiques) (Perga, 1901 ; Matzinger et al., 2006 ; Descy et Sarmento 2008).

Les lacs étant relativement fermés, ils sont vulnérables à certaines espèces invasives quand elles y ont été introduites (volontairement ou non). Ils sont également pour cette raison plus sensibles à certains micro-polluants (médicaments, antibiotiques, biocides, pesticides, perturbateurs endocriniens, ...) qui peuvent s'y accumuler ou se dégrader à une vitesse différente que dans les cours d'eau (Papon, 2007).

Dans le but d'exploiter le milieu pélagique du lac Kivu, Collart y a introduit en 1959, un poison pélagique et planctonophage du lac Tanganyika, le Limnothrissa miodon (Collart, 1960 ; cité par NZAYISENGA, 2007). Après analyse des échantillons de 1984, Dumont (1986) a rapporté d'importantes perturbations écologiques et parle d'un « désastre écologique » car la plus grande espèce brouteuse de Zooplancton à savoir la daphnie avait été considérée comme ayant disparu (Isumbisho et al., 2006 ; Nzayisenga, 2007).

L'introduction des nouvelles espèces perturbant l'écosystème, les facteurs environnementaux conditionnent la limnologie physique et chimique d'un écosystème lacustre  et certainement la qualité des sédiments aussi. Cependant, la différence entre la limnologie de différents bassins d'un même lac doit également avoir des répercussions sur la qualité des sédiments qui constituent des importantes archives pour les études paléolimnologiques.

Dans cette étude nous nous intéressons a comparer les profils en nutriments (TN et TP) ainsi que les concentrations en pigments totaux (Chl.a et phéo.a) dans les carottes à sédiments du bassin d'Ishungu (assez profond, interface eau-sédiment anoxique) et du bassin de Bukavu (peu profond, interface eau-sédiment oxique) afin de contribuer à l'évaluation de la différence entre ces deux bassins par rapport au recyclage des nutriments et de la matière organique.