Le danger qui se cache dans un lac africain

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Décembre 6th, 2021

Le Kivu n'est pas un lac ordinaire, avec des profondeurs denses remplies de méthane et de dioxyde de carbone. Ses caractéristiques contiennent des énigmes aquatiques, des risques d'explosion et la capacité de fournir une énergie précieuse.

 

Par John Wenz

producteur numérique à Magazine Knowable


 

Lac Kivu
La composition unique du lac Kivu en Afrique empêche le mélange généralement observé dans d'autres lacs profonds, conduisant à une stratification inhabituelle des eaux. Il existe des différences de densité distinctes entre chaque couche. La transition nette entre deux de ces couches est illustrée ici, avec l'eau inférieure, plus chaude et plus salée en dessous (rouge) et l'eau plus fraîche et plus fraîche en haut (bleu). La limite entre les deux couches n'a que quelques centimètres d'épaisseur.

 

Le lac Kivu est l'un des plans d'eau les plus étranges d'Afrique. Un ensemble inhabituel de propriétés en font un sujet intrigant pour les scientifiques, ainsi qu'une source potentielle de péril et de prospérité pour les millions de personnes vivant à proximité.

 

Le Kivu ne se comporte pas comme la plupart des lacs profonds. En règle générale, lorsque l'eau à la surface d'un lac est refroidie - par les températures hivernales de l'air ou les rivières transportant la fonte des neiges au printemps, par exemple - cette eau froide et dense coule et une eau plus chaude et moins dense monte des profondeurs du lac. Ce processus, connu sous le nom de convection, maintient généralement les surfaces des lacs profonds plus chaudes que leurs profondeurs.

 

Mais au lac Kivu, les circonstances ont conspiré pour bloquer ce mélange, donnant au lac des qualités inattendues - et des conséquences surprenantes.

 

À cheval sur la frontière entre le Rwanda et la République démocratique du Congo, le Kivu fait partie d'une chaîne de lacs bordant la vallée du Rift est-africain, où le continent africain est lentement déchiré par les forces tectoniques. Les contraintes qui en résultent amincissent la croûte terrestre et déclenchent une activité volcanique, créant des sources chaudes sous le Kivu qui alimentent en eau chaude, en dioxyde de carbone et en méthane les couches inférieures du lac. Les micro-organismes utilisent une partie du dioxyde de carbone, ainsi que de la matière organique qui coule d'en haut, pour créer de l'énergie, produisant du méthane supplémentaire comme sous-produit. La grande profondeur du Kivu - plus de 1,500 XNUMX pieds à son point le plus profond - crée une pression telle que ces gaz restent dissous.

 

 

Ce mélange d'eau et de gaz dissous est plus dense que l'eau seule, ce qui l'empêche de monter. L'eau plus profonde est également plus salée en raison de la pluie de sédiments des couches supérieures du lac et des minéraux dans les sources chaudes, ce qui augmente encore la densité. Le résultat, selon le limnologue Sergei Katsev de l'Université du Minnesota Duluth, est un lac avec plusieurs couches d'eau distinctes de densités très différentes, avec seulement de fines couches de transition entre les deux.

 

Les couches peuvent être séparées grossièrement en deux régions : l'une d'eau de surface moins dense au-dessus d'une profondeur d'environ 200 pieds et, en dessous, une région d'eau saline dense qui est elle-même encore stratifiée, explique Alfred Wüest, physicien aquatique au Ecole polytechnique fédérale de Lausanne. Il y a un mélange au sein de chaque couche, mais ils n'interagissent pas les uns avec les autres. « Il suffit de penser à toute la masse d'eau qui est restée là pendant des milliers d'années et qui ne fait rien », explique Wüest, auteur d'un article de 2019 dans le Revue annuelle de la mécanique des fluides surveiller la convection dans divers lacs du monde, y compris des valeurs aberrantes étranges comme le lac Kivu.

 

Mais le lac Kivu est plus qu'une simple curiosité scientifique. Sa stratification inhabituelle et le dioxyde de carbone et le méthane piégés dans ses couches plus profondes font craindre aux chercheurs qu'il ne s'agisse d'une catastrophe imminente.

 

Danger qui vous guette

 

À environ 1,400 21 milles au nord-ouest du Kivu, un lac de cratère au Cameroun connu sous le nom de lac Nyos accumule et piège de la même manière de grandes quantités de gaz dissous - dans ce cas, du dioxyde de carbone - d'un évent volcanique au fond du lac. Le 1986 août 1,800, le potentiel mortel de ce réservoir de gaz a été démontré de façon spectaculaire. Peut-être en raison d'un glissement de terrain, une grande quantité d'eau a été soudainement déplacée, provoquant le mélange rapide du dioxyde de carbone dissous avec les couches supérieures du lac et sa libération dans l'air. Un gros nuage de gaz mortel a asphyxié environ XNUMX XNUMX personnes dans les villages voisins.

 

Des événements comme celui-ci sont appelés éruptions limniques, et les scientifiques craignent que le Kivu ne soit mûr pour un événement similaire, voire plus meurtrier. Nyos est un lac relativement petit, mesurant un peu plus d'un mile de long, un peu moins d'un mile de large et moins de 700 pieds de profondeur. Kivu mesure 55 miles de long, 30 miles de large à son point le plus large et plus de deux fois plus profond que Nyos. En raison de sa taille, dit Katsev, le Kivu "a le potentiel d'une éruption limnique majeure et catastrophique où plusieurs kilomètres cubes de gaz seraient libérés".

 

Environ 14,000 2 personnes vivaient près de Nyos au moment de l'éruption ; plus de 1 millions vivent aujourd'hui dans les environs du lac Kivu, dont environ XNUMX million d'habitants de la ville de Bukavu, en République démocratique du Congo. Si le Kivu devait connaître une éruption limnique, dit la limnologue Sally MacIntyre de l'Université de Californie à Santa Barbara, "ce serait complètement catastrophique".

 

Ce n'est pas seulement une préoccupation théorique. Les scientifiques ont trouvé ce qui pourrait être la preuve d'au moins une éruption limnique précédente au Kivu qui s'est probablement produite il y a entre 3,500 5,000 et XNUMX XNUMX ans, et peut-être plusieurs plus récents. Des carottes de sédiments prélevées au fond du lac ont a révélé des caractéristiques connues sous le nom de couches brunes qui sont différents des sédiments environnants. Ces bandes de sédiments sont "des couches très inhabituelles et riches en matières organiques", dit Katsev, qui peuvent être le résultat d'éruptions.

 

Les éruptions limniques peuvent survenir pour deux raisons. Si l'eau devient complètement saturée de gaz dissous, tout dioxyde de carbone ou méthane supplémentaire injecté dans le lac sera forcé de sortir de la solution, de monter et d'être libéré dans l'air. Des éruptions peuvent également être provoquées lorsque quelque chose force l'eau profonde avec ses gaz dissous à se mélanger aux couches supérieures, réduisant la pression sur les gaz et leur permettant de sortir rapidement de la solution et de s'échapper, semblable à l'effet de secouer une canette de soda. puis l'ouvrir.

 

Projet Kivuwatt
Le projet KivuWatt, lancé fin 2015, vise à pomper les gaz piégés au fond du lac pour récupérer du méthane pour la production d'énergie. Une fois entièrement en ligne, la centrale produira plus de 100 mégawatts d'électricité pour le Rwanda, aidant le pays à atteindre son objectif ambitieux de fournir de l'électricité à l'ensemble de la population d'ici 2024.

 

Alors qu'un glissement de terrain de l'ampleur suspecté lors de l'éruption du Nyos pourrait ne pas provoquer un mélange suffisant au Kivu, en raison de la taille et de la profondeur du lac, il existe plusieurs autres déclencheurs possibles. Le Kivu se trouve dans une zone sismiquement active, donc un tremblement de terre pourrait générer des vagues dans le lac qui mélangeraient suffisamment les couches pour libérer les gaz piégés. Le climat est également un coupable potentiel. Au moins une éruption passée découverte dans les archives sédimentaires semble avoir été causée par une sécheresse qui a évaporé suffisamment d'eau du haut du lac pour réduire la pression aux niveaux inférieurs et libérer les gaz dissous. La baisse des niveaux d'eau pendant les périodes sèches pourrait également rendre le Kivu plus vulnérable aux perturbations, en particulier aux fortes pluies. Ils pourraient éliminer suffisamment de sédiments accumulés dans les dizaines de cours d'eau qui se jettent dans le lac pour provoquer le mélange des couches, explique MacIntyre.

 

Les chances d'une telle séquence d'événements peuvent augmenter à mesure que la planète se réchauffe, dit MacIntyre. Le changement climatique apportera plus de pluie en Afrique de l'Est, et « cela se présentera sous la forme d'événements pluvieux plus extrêmes avec des intervalles de sécheresse plus longs entre les deux ».

 

Un autre déclencheur possible est l'activité volcanique sous le lac ou des volcans environnants, mais les scientifiques pensent que le risque est faible. UNE 2002 éruption du mont Nyiragongo à proximité n'a pas apporté suffisamment de matière pour perturber les couches inférieures du Kivu. Et des études de modélisation ont montré que le volcanisme sous le lac ne causerait pas une perturbation assez importante soit, dit MacIntyre.

 

Quel que soit le coupable, l'effet serait le même : les gaz accumulés sont libérés de leur état dissous, créant des nuages ​​denses de dioxyde de carbone et de méthane qui, comme cela s'est produit avec le dioxyde de carbone à Nyos, pourraient déplacer l'oxygène et asphyxier les humains et les animaux. Et si suffisamment de méthane est rejeté dans l'air au Kivu, il y a le risque supplémentaire qu'il puisse s'enflammer.

 

Katsev dit que le lac est surveillé régulièrement pour détecter des signes d'augmentation de la concentration de gaz, donc une remontée soudaine « ne nous surprendra pas ». Plus d'une dizaine de stations sismiques mesurer l'activité près du lac en temps réel aussi. Et en 2001, un effort a commencé pour réduire le risque d'une autre catastrophe à Nyos en siphonnant l'eau du fond du lac à travers un tuyau jusqu'à la surface, où le dioxyde de carbone est libéré dans les airs à une vitesse sûre. Des efforts similaires sont en cours au Kivu.

 

Miner les profondeurs

 

À mesure que les concentrations de gaz augmentent dans les profondeurs du Kivu, le risque augmente également. Wüest et ses collègues ont trouvé que de 1974 à 2004, la concentration de dioxyde de carbone a augmenté de 10 pour cent, mais la plus grande préoccupation au Kivu est la concentration de méthane, qui a augmenté de 15 à 20 pour cent au cours de la même période.

 

Il existe peut-être un moyen de transformer le risque du Kivu en récompense. Le même gaz qui pourrait alimenter une catastrophe naturelle mortelle a le potentiel en tant que source d'énergie renouvelable pour la région. En 2008, le Rwanda lancé un programme pilote méthane du lac pour le brûler sous forme de gaz naturel et a signé l'année dernière un contrat avec exporter du méthane en bouteille. Un programme beaucoup plus vaste, appelé KivuWatt, a été mis en ligne en 2015.

 

Les projets pomper l'eau des couches profondes du lac, et comme la pression est réduite sur cette eau, les gaz sont libérés. Le méthane est extrait pour être utilisé comme carburant et le dioxyde de carbone est pompé vers le fond du lac. "Ils prennent ce gaz, l'expédient par pipeline à terre et le brûlent comme vous brûleriez des combustibles fossiles pour produire de l'électricité", explique Katsev.

 

Cette récolte pourrait aider à réduire le risque de gaz accumulé dans le lac, bien qu'elle ne l'éliminera pas. Pourtant, pour un lac avec autant de danger qui se cache en dessous, tout est utile. Et pour la région autour du lac, cela pourrait être une source d'énergie importante. Une fois KivuWatt entièrement en ligne, les 100 mégawatts d'électricité produits par ce seul projet feront une différence significative pour le Rwanda, un pays en développement qui vise l'accès universel à l'électricité.

 

Cet article a été initialement publié par le magazine knowable, le 13 janvier 2021, et a été republié conformément à la Licence publique internationale Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0. Vous pouvez lire l'article original ici. Les opinions exprimées dans cet article sont celles de l'auteur seul et non de WorldRef.


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