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 de l’air hivernales ou les rivières transportant la fonte des neiges printanière, par exemple —, l’eau froide et dense s’enfonce et l’eau plus chaude et moins dense s’élève 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 comploté pour bloquer ce mélange, conférant 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 série de lacs qui bordent la vallée du Rift Est-africain où le continent africain est lentement séparé par les forces tectoniques. Les contraintes qui en résultent diluent la croûte terrestre et déclenchent une activité volcanique, créant des sources chaudes sous le Kivu qui alimentent l’eau chaude, le dioxyde de carbone et le méthane dans les couches inférieures du lac. Les microorganismes 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 pieds à son point le plus profond – crée tellement de pression que ces gaz restent dissous.

Ce mélange d’eau et de gaz dissous est plus dense que l’eau seule, ce qui la décourage 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 des sources chaudes, ce qui augmente encore la densité. Le résultat, explique le limnologue Sergei Katsev de l’Université du Minnesota à 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: une d’eau de surface moins dense au-dessus d’une profondeur d’environ 200 pieds et, en dessous, une région d’eau salée dense qui est elle-même plus stratifiée, explique Alfred Wüest, physicien aquatique à l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne. Il y a un mélange dans chaque couche, mais ils n’interagissent pas les uns avec les autres. « Pensez simplement à toute la masse d’eau assise là pendant des milliers d’années et ne faisant rien », explique Wüest, auteur d’un article paru en 2019 dans la Revue annuelle de la mécanique des fluides qui étudie 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 inquiètent les chercheurs qui craignent qu’il ne s’agisse d’une catastrophe qui attend de se produire.

Danger caché

À environ 1 400 miles au nord-ouest du Kivu, un lac de cratère au Cameroun connu sous le nom de lac Nyos accumule et emprisonne de manière similaire de grandes quantités de gaz dissous — en l’occurrence du dioxyde de carbone — provenant d’un évent volcanique au fond du lac. Le 21 août 1986, le potentiel létal de ce réservoir de gaz a été démontré de manière 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 son rejet dans l’air. Un grand nuage mortel de gaz a asphyxié environ 1 800 personnes dans les villages voisins.

Des événements comme celui-ci sont appelés éruptions limniques, et les scientifiques craignent que le Kivu soit mûr pour un événement similaire, même mortel. 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. Le 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, explique Katsev, le Kivu « a le potentiel d’une éruption limnique majeure et catastrophique où de nombreux kilomètres cubes de gaz seraient libérés. »

Environ 14 000 personnes vivaient près de Nyos au moment de l’éruption; plus de 2 millions vivent aujourd’hui dans les environs du lac Kivu, dont environ 1 million d’habitants de la ville de Bukavu, en République démocratique du Congo. Si le Kivu devait connaître une éruption limnique, explique 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 antérieure au Kivu qui s’est probablement produite il y a entre 3 500 et 5 000 ans, et peut-être plusieurs éruptions plus récentes. Les carottes de sédiments prélevées au fond du lac ont révélé des caractéristiques connues sous le nom de couches brunes qui sont différentes des sédiments environnants. Ces bandes de sédiments sont « des couches très inhabituelles et riches en matières organiques », explique Katsev, qui peuvent être le résultat d’éruptions.

Les éruptions limniques peuvent se produire 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 ci-dessus, 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 de l’ouvrir.

Alors qu’un glissement de terrain de l’ampleur suspectée lors de l’éruption du Nyos pourrait ne pas provoquer suffisamment de mélange 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 sismique active, de sorte qu’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 antérieure découverte dans le dossier des sédiments 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 causées par des pluies particulièrement abondantes. Ils pourraient débusquer suffisamment de sédiments accumulés des 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 va prendre la forme d’événements de pluie plus extrêmes avec de plus grands intervalles de sécheresse 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 de cela est faible. Une éruption du mont Nyiragongo en 2002 n’a pas apporté assez de matériel pour perturber les couches inférieures du Kivu. Et des études de modélisation ont montré que le volcanisme sous le lac ne causerait pas non plus une perturbation assez importante, 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 personnes et les animaux. Et si suffisamment de méthane est libéré dans l’air au Kivu, il y a un risque supplémentaire qu’il s’enflamme.

Katsev dit que le lac est surveillé régulièrement pour détecter des signes de hausse de la concentration de gaz, donc une remontée soudaine « ne nous surprendra pas. » Plus d’une douzaine de stations sismiques mesurent également l’activité près du lac en temps réel. 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 l’air à un taux sûr. Des efforts similaires sont en cours au Kivu.

Extraction des profondeurs

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

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

Les projets pompent l’eau des couches profondes du lac, et lorsque la pression est réduite sur cette eau, les gaz sont libérés. Le méthane est extrait pour être utilisé comme combustible et le dioxyde de carbone est pompé au 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 aide. Et pour la région autour du lac, cela pourrait être une source d’énergie importante. Une fois que KivuWatt sera 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 un accès universel à l’électricité.