Facteurs naturels influant sur le niveau des lacs

Des phénomènes comme les précipitations, l'évaporation, le ruissellement, les eaux souterraines, les embâcles, la croissance de la végétation aquatique, les perturbations météorologiques, les marées et les mouvements de la croûte terrestre ont un effet sur les niveaux d'eau.

Les précipitations, sous la forme de pluie, de neige et de condensation, sont la source de toutes les eaux captées par les Grands Lacs. Celles qu'ils reçoivent directement leur fournissent un énorme apport immédiat puisque les lacs couvrent près d'un tiers de la superficie du bassin. Les terres sont les eaux de ruissellement se déversent dans les Grands Lacs forment, autour des rives, une bande de 10 à 150 kilomètres de large qui est drainée par un système de rivières et de cours d'eau intermittents. Les précipitations sont relativement constantes durant l'année mais le manteau nival qu'elles constituent en hiver est la principale source du ruissellement printanier.

L'évaporation qui se produit au-dessus des étendues terrestres et des masses d'eau dépend du rayonnement solaire, de la différence de température entre l'air et l'eau, du taux d'humidité et de la force du vent. Au-dessus des Grands Lacs, c'est en automne et au début de l'hiver qu'elle est la plus marquée, lorsque l'air est froid et sec au-dessus des eaux relativement chaudes des lacs. Inversement, c'est au printemps et au début de l'été, quand l'air au-dessus des lacs est chaud et humide et que les eaux sont froides, que l'évaporation est la plus faible. Elle peut alors être remplacée par de la condensation. La quantité moyenne d'eau que les Grands Lacs perdent chaque année par évaporation est presque égale aux précipitations moyennes qu'ils reçoivent directement chaque année.

Les eaux souterraines sont considérées comme une composante mineure des fluctuations du niveau des lacs.

Les embâcles créés par la glace en hiver, qui entravent fréquemment l'écoulement des émissaires des Grands Lacs, ainsi que la croissance de la végétation aquatique, durant l'été, ont également un effet sur le débit des émissaires et donc sur le niveau des lacs.

Les marées, le soulèvement et l'enfoncement périodiques de l'eau qu'entraîne l'interaction de l'attraction gravitationnelle du soleil, de la lune et de la terre, ne sont que de quelques centimètres dans les Grands Lacs et elles sont masquées par les fluctuations plus prononcées qu'engendrent les perturbations météorologiques.

Les mouvements de la croûte terrestre (relèvement isostatique) qui se poursuivent depuis la dernière glaciation peuvent modifier l'inclinaison du bassin ou relever les émissaires par lesquels les eaux s'écoulent, et donc avoir un effet à long terme sur le niveau des lacs. Des perturbations météorologiques qui se superposent au cycle annuel des niveaux d'eau et à la fluctuation pluriannuelle des apports engendrent des variations à court terme sur des périodes qui vont de quelques heures à plusieurs jours. S'il existe une différence de pression atmosphérique au-dessus d'un plan d'eau, c'est sous les hautes pressions que le niveau d'eau sera le plus bas et sous les basses pressions qu'il sera le plus haut. En l'absence d'autres forces, la surface de l'eau formera une pente en fonction des différences de pression atmosphérique à la surface. L'expression dénivellation due au vent désigne la pente que la surface de l'eau prend dans la direction de la tension exercée par le vent et qui fait que le niveau d'eau s'élève sous le vent du lac. La différence de niveau d'eau entre les deux extrémités du lac dépend de la longueur, de la forme et de la profondeur de celui-ci ainsi que de la direction, de la vitesse et de la durée du vent; le changement de niveau sera particulièrement prononcé lorsqu'un vent fort souffle longtemps sur un lac long et peu profond. Les ondes de tempête sont des augmentations marquées du niveau d'eau provoquées par le passage d'une tempête. Même si le changement de niveau d'eau tient pour l'essentiel directement à la pression atmosphérique et à la dénivellation due au vent, le passage de la tempête au-dessus de l'eau peut être accompagné d'une longue onde de surface. La différence de niveau attribuable à de telles perturbations peut être plus nette dans certaines parties du lac où l'eau est peu profonde, dans les endroits où la configuration de la rive crée un effet d'entonnoir ou sur un fond qui remonte graduellement vers la rive, puisque l'écoulement de retour de la subsurface sera alors réduit.