Etude isotopique de la pluie et de la neige sur le Mont Liban ...

INTRODUCTION
Hydrological Sciences–Journal–des Sciences Hydrologiques, 49(3) juin 2004
Etude isotopique de la pluie et de la neige sur le
Mont Liban: premiers résultats *
ANGELE AOUAD 1 , YVES TRAVI 2 , BERNARD BLAVOUX 2 ,
JEAN-OLIVIER JOB 1 & WAJDI NAJEM 1
1 Centre Régional de l’Eau et de l’Environnement (CREEN) / ESIB, Université Saint Joseph,
Campus des Sciences et Technologies, BP 11-0514, Beyrouth, Liban
angele.aouad@fi.usj.edu.lb
2 Université d’Avignon, Laboratoire d’Hydrogéologie, 33 rue Pasteur, F 84000, Avignon, France
Résumé Quelques analyses isotopiques préliminaires ont été réalisées sur les
précipitations pluvio-neigeuses, sur un profil de neige et sur deux sources karstiques
sur le Mont Liban. Elles confirment la variabilité saisonnière du signal atmosphérique
et en particulier que l’excès en deutérium est en relation avec l’origine des masses
d’air et avec les recharges de vapeur sur la Méditerranée. Elles montrent également
une relative stabilité du signal isotopique du couvert neigeux, peu ou pas influencé par
les phénomènes de sublimation, d’évaporation ou de fonte/regel. La participation
progressive de la fonte du manteau neigeux à l’alimentation des sources karstiques est
qualitativement observée.
Mots clefs isotopes; neige; pluie; Liban
Isotope study of snow and rain on Mount Lebanon: preliminary
results
Abstract Preliminary stable isotope analyses were carried out on snow and rainfall
samples, on a snow profile and on two karstic springs on Mount Lebanon. They
confirm the seasonal variability of the isotopic rain signal, and particularly that the
deuterium excess is related to air mass trajectories and to evaporation over the
Mediterranean Sea. They also show that the isotopic content of the snow cover does
not strongly respond to sublimation, evaporation or melting-freezing phenomena. The
snowmelt influence on karstic springs is qualitatively observed.
Key words isotopes; snow; rainfall; Lebanon
Le traçage isotopique naturel peut être utilisé dans les études hydrogéologiques pour
caractériser la recharge saisonnière des aquifères et préciser leur fonctionnement
hydrodynamique (Fontes, 1976). Ce type de traçage est particulièrement efficace en
zone de montagne où il est possible d’utiliser l’effet isotopique d’altitude dans un
contexte où les écoulements, associés à des systèmes structuraux complexes, sont
difficiles à caractériser et à modéliser. Cependant, cette démarche est rendue plus
délicate lorsque les précipitations sont sous forme neigeuse car elles sont stockées
avant d’alimenter les eaux souterraines; en effet, la restitution n’est pas directe et le
signal peut être altéré par différents processus associés à l’évolution du manteau
neigeux.
C’est le cas du Mont Liban où, à partir de 1800 m, une bonne partie des
précipitations tombe sous forme de neige et ne donne pas lieu à un ruissellement
* Article présenté à la Conférence: Snow Hydrology of Mediterranean Regions à Beyrouth, Liban,
15–17 décembre 2002.
La discussion concernant cet article est ouverte jusqu’au 1 décembre 2004
429

430
Angele Aouad et al.
direct; elle reste plus ou moins longtemps à la surface avant de rejoindre les réservoirs
fissurés, d’âge cénomanien, qui alimentent les nombreuses sources observées (Abd-El-
Al, 1967). A partir des campagnes de mesures faites entre octobre 2001 et avril 2002,
une première série de données analytiques permet de dégager des résultats
préliminaires sur la caractérisation du signal atmosphérique (pluvio-neigeux), sur
l’évolution d’un profil de neige et sur la restitution du signal au niveau des sources.
PRESENTATION DU SITE ET TRAVAUX REALISES
Depuis octobre 2001, les événements pluvieux, pas forcément synchronisés aux
différentes altitudes, sont collectés au niveau de 4 stations étagées, sur le versant ouest
du Mont Liban, suivant un transect de direction E–NE (Fig. 1(a)): la station de
l’aéroport (AIB, 28m, pluies fractionnées); la station de l’Ecole Supérieure des
Ingénieurs de Beyrouth (CREEN, 227 m, événements et pluies fractionnées), Shaileh
(660 m, pluie fractionnée) et Ouyoun Es Simane (1860 m, averses neigeuses). Ces
deux dernières stations sont situées dans le bassin du Nahr El Kelb où sont également
suivies les sources karstiques. Ce bassin, situé au centre du Liban, culmine à 2462 m; il
draine une superficie de 260 km 2 dont 25% se trouvent au dessus de 1800 m, altitude
où la neige persiste plus de deux mois par an (Fig. 1(a) et (b)). Les premiers résultats
analytiques concernent les événements pluvio-neigeux de la station du CREEN, soit 21
échantillons, et les prélèvements de précipitations neigeuses au dessus de la station de
Ouyoun Es Simane (12 échantillons).
Les prélèvements couvrent l’ensemble de la saison pluvieuse. Au Liban, bien qu’il
soit difficile, comme dans le reste de la Méditerranée, de déterminer statistiquement le
début et la fin de la saison des pluies, cette dernière se produit entre octobre et avril,
c’est-à-dire en saison froide (Service Météorologique, 1977). L’évapotranspiration de
référence, calculée par la formule de Penman-Monteith, est faible les cinq mois
d’hiver, de novembre à mars, et relativement forte les trois mois d’été (Tableau 1). Le
Tableau 1 (a) Pluie (mm) et températures moyennes mensuelles (°C) relevées au CREEN durant la
campagne de mesures 2001–2002. (b) Moyenne mensuelle des températures moyennes journalières et
pluviométrie mensuelle moyenne à Ouyoun Es Simane (données et calculs pour 2001–2002).
Mois
(a)
sep. oct. nov. déc. jan. fév. mars avr. mai juin juil. août
Pluie 12 40 50 131 125 202 93 53 1.7 0 0 0.1
ET0 4.4 3.2 2.1 1.8 1.8 2.1 2.8 3.6 4.7 5.7 6.0 5.6
Hr 67 64 53 63 60 62 62 68 62 70 72 70
Tm 25.0 22.4 19.3 14.5 13.3 13.2 15.8 17.3 22.0 23.7 26.3 26.8
Pa
(b)
983 985 991 988 988 987 985 986 986 983 981 982
ET0 4.6 3.2 2.1 1.3 1,0 1.1 1.7 2.7 3.3 5.3 5.4 5.8
Hr 46 61 63 76 68 75 67 65 57 43 43 47
Tm 15.4 10.6 5.3 3.5 0.8 0.4 -0.7 5.2 5.5 10.2 15.1 17.9
Pa 811 810 807 804 805 802 805 805 809 811 811 805
ET0: évapotranspiration de référence (mm jour -1 ) calculée avec les données 1931–1970 à Beyrouth
(Service Météorologique, 1977); Hr: humidité relative; Tm: température moyenne; Pa : pression
atmosphérique.

(a)
(b)
Etude isotopique de la pluie et de la neige sur le Mont Liban 431
Fig. 1 (a) Carte topographique du Liban et localisation du bassin du Nahr El Kelb.
(Versant ouest, B: AIB—Aéroport International de Beyrouth; C: CREEN (227m);
S: Shaileh (660m); Na: source Nabaa El Assal (1528 m); Nl: source Nabaa El Laban
(1635 m); O: Ouyoun Es Simane (1860m). Versant est, Z: ville de Zahlé.) (b) Détail
du Bassin du Nahr El Kelb avec le réseau hydrographique et l’emplacement des
sources.
gradient en altitude des hauteurs de pluie et celui des températures sont importants, car
la distance entre la mer et le point culminant du Liban à 3083 m n’est que de 25 km.
Chaque pluie a été collectée entièrement et une partie aliquote a été recueillie pour
les analyses chimiques et isotopiques. La neige a été prélevée entre 2000 et 2300 m,
car en dessous elle tombe avec une forte proportion de pluie, et au dessus les champs
de neige ne sont pas toujours accessibles. En l’absence d’appareillage adapté
(pluviomètre chauffant) les échantillons journaliers ont été récoltés à 07:00 h du matin
sur une tranche de neige fraîche et ne représentent donc pas forcément l’ensemble de

432
Angele Aouad et al.
l’événement en particulier lorsque la couche déposée est épaisse. La densité a été
mesurée sur la neige fraîche; la métamorphose a ensuite été caractérisée par l’évolution
du diamètre des grains et de la densité apparente des couches au cours de la fonte
(avril–juin, à 2000 m) sur trois profils. Un seul a fait l’objet d’analyses isotopiques. Il
est situé sur la route Ouyoun Es Simane–Zahlé, à une altitude d’environ 2000 m. Dix
strates individualisées de neige ainsi que les 4 niveaux intermédiaires gelés les plus
épais y ont été prélevées en avril 2002.
Parallèlement, à l’aval de ce secteur, deux sources karstiques ont été suivies
(mesures in situ des débits et prélèvements pour analyses chimiques et isotopiques).
Entre le 13 décembre 2001 et le 17 avril 2002, 11 échantillons ont été analysés sur la
source Nabaa El Laban (1647 m) et cinq sur la source Nabaa El Assal (1528 m). Dans
le haut bassin du Nahr El Kelb, ces deux sources, à une altitude voisine de 1600 m,
drainent l’aquifère karstique cénomanien qui alimente les principales résurgences du
Crétacé du Mont Liban (Bahzad, 1985). Aucune donnée historique n’étant disponible
sur ces sources, quelques mesures de débit ont été réalisées au cours de la période
d’étude.
RESULTATS
Le signal isotopique
La composition isotopique des précipitations à une station donnée va dépendre des
conditions de formation de la pluie, de la température en particulier, mais aussi de
l’histoire des masses d’air: origine, état de vidange du nuage (Rozanski et al., 1993).
Sur le pourtour est-méditerranéen, la variété des origines et trajectoires des masses
d’air humide a pour conséquence une forte variabilité du signal isotopique à l’échelle
mensuelle et événementielle. Un excès en deutérium élevé caractérise les précipitations
issues d’une masse d’air qui s’est rechargée en vapeur au dessus de la mer
Méditerranée (Gat & Carmi, 1970; Rindsberger et al., 1983). L’origine et le trajet suivi
par les différentes masses nuageuses avant d’arriver sur le Liban ont été caractérisés
sur la base des cartes géopotentielles, de température et de vitesse du vent à 500 hPa,
ainsi que sur des cartes des vitesses verticales du vent et des humidités relatives à
700 hPa sur l’ensemble de la Méditerranée établies à partir du modèle français Arpège.
En complément, les canaux IR et WV des images Météosat 7 ont été utilisés, chaque
six heures pour trois jours précédents les pluies et chaque trois heures pendant la pluie.
Quatre trajectoires principales ont pu être distinguées et sont représentées sur la Fig. 2.
Pour la saison des pluies 2001–2002, entre le 3 novembre et le 4 avril, les
précipitations à la station CREEN de Beyrouth s’élèvent à 608 mm sur lesquels 496
mm ont été échantillonnés, soit plus de 80%. Les précipitations manquantes ne
présentent pas de caractère exceptionnel, ni par leur intensité, ni par leur situation
saisonnière, et ne devraient que très peu influencer les teneurs isotopiques pondérées
(Tableau 2).
Les valeurs moyennes pondérées du signal analysé s’élèvent respectivement à
–6.37‰ pour le δ 18 O, –30.5‰ pour le δ 2 H avec un excès en deutérium moyen de 20.4;
la teneur moyenne en chlorure est de 6.42 mg l -1 . La teneur isotopique à l’échelle de
l’événement varie fortement –11.1 < δ 18 O < –1.4 et –72.8 < δ 2 H < –6.1 même si l’on
exclut l’échantillon du 18 mars 2002 manifestement évaporé. L’excès en deutérium, d,

Etude isotopique de la pluie et de la neige sur le Mont Liban 433
4
3
2
Fig. 2 Trajectoires des masses nuageuses qui produisent des pluies au dessus du Mont
Liban, entre octobre 2001 et avril 2002. Les masses d’air qui suivent la trajectoire
no. 4 peuvent être occasionnellement soumises à des dépressions en A et B.
Tableau 2 Caractéristiques des pluies de la saison 2001–2002 au CREEN.
Date H (mm)
Trajectoire pH Cond.
(µS cm -1 )
Temp.
(°C)
δ 18 O
(‰)
A
δ 2 Η
(‰)
1
d
(‰)
B
Cl –
(mg l -1 )
NO3 –
(mg l -1 )
3 nov. 2001 3.9 1 - 100 19.1 –3.64 –8.8 20.3 - -
7 nov. 2001 27.0 2 - 28 19.3 –5.91 –25.7 21.6 2.6 0.3
11 nov. 2001 1.0 1 - - 18.8 –2.95 –3.8 19.8 5.6 11.9
17 nov. 2001 1.3 1 - 180 16.6 –2.30 –1.1 17.3 26.6 18.1
21 nov. 2001 11.2 1 - 108 15.7 –3.29 –8.9 17.4 18.5 4.7
27 nov. 2001 27.6 1 - 51 14.7 –3.29 +0.6 26.9 7.9 1.5
3 déc. 2001 25.1 3 6.6 34 14.5 –4.65 –26.7 10.5 3.8 1.1
7 déc. 2001 57.0 4 6.1 19 12.2 –11.1 –72.8 15.9 1.6 0.1
13 déc. 2001 20.4 2 6.7 52 12.3 –5.59 –26.6 18.1 6.1 2.3
24 déc. 2001 1.6 6.0 54 12.3 –1.37 +6.1 17.1 3.7 8.5
29 déc. 2001 6.1 1 6.7 68 13.9 –3.56 –9.9 18.6 9.8 4.3
4 jan. 2002 32.7 4 6.3 37 9.1 –7.02 –30.4 25.8 8.4 0.4
7 jan. 2002 59.4 4 6.0 20 6.5 –9.00 –45.6 26.4 3.8 0.0
9 jan. 2002 8.5 4 6.0 33 7.1 –7.96 –38.5 25.2 8.7 1.9
22 jan. 2002 48.6 4 6.4 43 9.5 –6.50 –30.4 21.6 4.4 1.7
29 jan. 2002 22.9 3 6.2 33 11.5 –5.14 –20.3 20.8 1.6 2.9
26 fév. 2002 23.6 1 6.6 98 14.1 –2.23 –6.6 11.2 19.8 3.3
18 mar. 2002 2.2 7.5 297 15.7 +1.19 +11.6 2.1 25.7 43.2
22 mar. 2002 18.3 3 6.8 18 12.9 –4.88 –24.5 14.5 9.7 3.1
30 mar. 2002 75.5 2 7.1 50 9.1 –5.94 –25.5 22.0 6.5 1.1
4 avr. 2002 21.0 3 7.3 60 12.2 –4.56 –20.7 15.8 5.3 1.6
H: hauteur de la pluie précipitée durant l’événement; d: excès en deutérium.
se situe entre 10.5 et 27 (Tableau 2). Le diagramme 18 O vs 2 H (Fig. 3) permet de situer
les différents événements par rapport à la Droite Météorique Mondiale (DMM; Craig,

434
Angele Aouad et al.
1961) L’équation de la droite 18 O vs 2 H est de la forme:
δ 2 H = 6.8 18 O + 12.87 (n = 21; r = 0.966)
et en excluant le point manifestement évaporé:
δ 2 H = 7.3 18 O + 15.95 (n = 20; r = 0.971)
illustrant l’influence des petites pluies évaporées de début et de fin de saison. Une
tendance entre teneurs appauvries en 18 O et hauteur (mm) de précipitation est
perceptible, traduisant une influence non négligeable de l’effet de masse (Fig. 4).
Pluie au CREEN (mm) 2001–2002
δ 2 H 0 δ /00
2 H ‰
20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-100
-14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4
δ 18 O ‰
Fig. 3 Teneurs isotopiques des pluies au CREEN () et des chutes de neige Ouyoun
Simane (), positionnés par rapport à la Droite Météorique Mondiale.
90
70
50
30
10
-10
-12 -10 -8 -6 -4 -2 0
δ 18 O ‰
Fig. 4 Relation entre teneur isotopique et quantité de pluie précipitée au CREEN, entre
octobre 2001 et avril 2002.

Etude isotopique de la pluie et de la neige sur le Mont Liban 435
Globalement il n’apparaît pas de lien direct évident entre excès en deutérium et
18 O, mais l’association teneurs en isotopes stables appauvries et excès en deutérium
élevés est remarquable pour les masses d’air suivant la trajectoire 4 (Fig. 2; Tableau 2),
en particulier en hiver. Les valeurs les plus enrichies se rattachent aux masses d’air
associées à la trajectoire 1 avec des excès en deutérium élevés en automne (température
élevée sur le Liban). Les trajectoires 2 et 3 conduisent à des teneurs intermédiaires
avec des excès en deutérium très variables, leur petit nombre ne permettant pas
d’associer ces dernières à une époque particulière de l’année (Tableau 3).
Tableau 3 Caractéristiques des événements neigeux à la station d’Ouyoun Es Simane.
Date Trajectoire pH Cond.
(µS cm -1 )
Temp.
(°C)
δ 18 O
(‰)
δ 2 Η
(‰)
d
(‰)
Cl -
(mg l -1 )
12 déc. 2001 2 7.1 10 1.1 –4.80 –19.80 18.60 1.4 0.6
18 déc. 2001 4 7.1 - 3.3 –5.73 –23.60 22.24 1.0 0.0
19 déc. 2001 4 6.1 - 2.1 –4.88 –20.00 19.04 2.3 0.7
9 jan. 2002 4 - - –5.5 –12.64 –86.00 15.12 - -
21 jan. 2002 4 - 60 –2.6 –7.54 –42.50 17.82 1.8 1.4
22 jan. 2002 4 - 80 –2.6 –3.76 –21.50 8.58 - 0.3
28 jan. 2002 3 - - 3.8 –6.54 –35.40 16.92 9.8 0.0
11 fév. 2002 1 - - 6.5 –4.79 –20.50 17.82 3.4 0.0
12 fév. 2002 1 6.7 - –0.6 –7.12 –47.20 9.76 1.1 0.6
25 fév. 2002 1 7.6 49 1.0 –3.61 –20.30 8.58 9.7 1.1
26 fév. 2002 1 - 133 0.6 –2.08 –0.90 15.74 - -
23 mar. 2002 3 6.6 48 1.0 –5.48 –34.30 9.54 0.7 6.6
NO3 -
(mg l -1 )
Les valeurs obtenues sur les échantillons de neige à la station de Ouyoun Es
Simane s’inscrivent entre –7‰, et –2.08‰ (une valeur à –12‰) et les excès en
deutérium apparaissent globalement plus faibles que pour les précipitations (Fig. 5).
L’équation de la droite 18 O vs 2 H, de la forme δ 2 H = 7.8δ 18 O + 13.8 pour les
échantillons de neige, semble exclure un effet de l’évaporation, et suggère plutôt une
influence mixte des masses d’air.
Le stockage sous forme de neige
La station de sports d’hiver d’Ouyoun Es Simane est équipée d’une camera numérique
qui prend une photo des champs de ski toutes les trois heures durant la journée. Les
températures, humidité de l’air et radiation solaire globale moyennes sont calculées
toutes les trente minutes au même endroit à notre station. On dispose donc des
éléments nécessaires pour attribuer à chaque strate, que l’on peut discerner dans le
manteau neigeux, une période de chute de neige bien définie.
Nous avons donc creusé un profil après la dernière chute de neige, quand les
températures sont constamment positives, et étudié un profil sur la route Ouyoun Es
Simane–Zahlé, à 1 km de la station à 2000 m d’altitude. Il comporte 10 strates
individualisées. Chaque strate est séparée des autres par une couche de glace dont
l’épaisseur est proportionnelle au temps séparant deux chutes de neige successives. En
effet, à cette altitude, même pendant la saison froide, les températures journalières sont

436
δ 2 H ‰
-10
-20
-30
-40
-50
-60
Angele Aouad et al.
DMM
-70
-13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4
δ 18 O ‰
Fig. 5 Diagramme isotopique des échantillons de neige et de glace prélevés sur le
profil de la route Ouyoun Es Simane à Zahlé le 17 avril 2001 et des échantillons de
chutes de neige à Ouyoun Es Simane. (∗ = neige du profil, M = glace du profil,
= chutes.)
presque toujours positives entre 11:00 et 16:00 h, ce qui provoque une fonte et un regel
journalier. Les teneurs isotopiques de la neige prélevée sur les 10 strates du profil sont
reportées dans le Tableau 4.
Tableau 4 Teneurs en isotopes stables d’un profil de neige sur la route Ouyoun Es Simane–Zahlé
(altitude 2000 ± 20 m), en tête du bassin du Nahr El Kelb.
Horizon Distance à la
surface (cm)
Cl -
(mg l -1 )
18 O
(‰)
2 H
(‰)
N0 0–2 - –4.74 –21.8 16.12
N1 2–10 0.67 –5.07 –25.6 14.96
N2 10–17 0.34 –5.03 –24.5 15.74
N3 17–26 0.58 –7.42 –41.0 18.36
N4 26–35 0.35 –5.06 –22.6 17.88
GL4 35–38 - –5.72 –26.6 19.16
N5 38–56 1.85 –5.67 –30.8 14.56
N6 56–68 0.74 –6.87 –35.1 19.86
GL6 68–72 - –7.96 –42.8 20.88
N7 72–85 0.68 –7.91 –41.1 22.18
N8 85–127 0.90 –7.71 –39.3 22.38
N9 127–168 1.45 –11.89 –66.6 28.52
GL9 168–177 8.08 –10.50 –60.3 23.7
GL10 177–180 - –9.27 –51.1 23.6
Moyenne - 1.55 –8.22 –44.1 21.7
d

Profondeur (cm)
Etude isotopique de la pluie et de la neige sur le Mont Liban 437
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Deuterium
Oxygène
Excès de Deuterium
180
-70 -50 -30 -10 10 30
Teneurs isotopiques et excès en deutérium (‰)
Fig. 6 Concentrations isotopiques du profil de neige prélevé le 17 avril 2002 sur la
route d’Ouyoun Es Simane à Zahlé (2000 m).
Les teneurs –11.89 < δ 18 O < –4.74 semblent, si on considère la latitude, peu
appauvries comparées aux neiges des zones montagneuses des pays tempérés (Fig. 6).
Elles semblent aussi, à altitude égale, nettement plus appauvries que celles observées
en zone tropicale, sur le Mont Kilimandjaro par exemple (Moser & Stichler, 1970).
L’interprétation que l’on peut donner des différentes couches est la suivante: la
couche de base GL10 et GL9 est très appauvrie. Elle provient de la première grande
chute de neige de l’année qui s’est produite le 7 décembre 2001. La teneur de la pluie
correspondante au CREEN est δ 18 O = –11.1. Cette couche contient sa propre eau de
fonte sous forme de glace, mais aussi l’eau de ruissellement à la surface du sol qui se
trouve fixée par capillarité dans les pores sur une épaisseur de 12 cm (Tableau 4). Elle
est contaminée par l’eau venant de l’amont qui circule librement à la surface du sol
dans les galeries de fonte (R11).
Les couches N9, N8 et N7 se sont accumulées en trois épisodes du 13–20
décembre, entrecoupés de courtes périodes de fonte-regel qui ont produit des couches
de gel interstrates de moins de 3 cm d’épaisseur, non représentées dans le Tableau 4.
Elles se sont consolidées en augmentant de densité apparente jusqu’au 28 décembre,
date à laquelle une nouvelle chute de neige les a recouvertes. La couche superficielle a
fondu et regelé sur place, formant la couche de glace GL6. Le 3 et le 7 janvier il a
neigé (couches N6 et N5). Le temps de fonte-regel a été trop court pour permettre la
constitution d’une croûte de glace entre ces deux couches. Du 16 au 24 janvier, il a de
nouveau neigé par épisodes courts et la couche GL4 s’est formée à la suite de quatre
jours de fonte-regel. A partir du 28 janvier, il a neigé jusqu’au 28 avril formant les
couches N4 à N0.
Les densités apparentes sont relativement homogènes le long du profil (Tableau 5).
La métamorphose est importante et rapide à partir de la neige fraîche qui, à cette
altitude, a une densité apparente de 0.32, soit trois fois la valeur de la neige alpine à la
même altitude. C’est un grésil suivant la classification de Lliboutry (1964). Le
diamètre des grains est gros, donc la circulation de l’eau de fonte de surface est rapide.

438
Angele Aouad et al.
Tableau 5 Caractéristiques physiques de la neige sur le profil de la route Ouyoun Es Simane–Zahlé.
Strate Epaisseur da di
(mm)
Date chute
de neige
Propriétés
N0 0–2 0.53 3 26–28 mar. Couche molle (dr = 0) cristallisée
N1 2–10 0.55 2–3 19–21 mar. Couche poreuse cristallisée (dr = 1)
N2 10–17 0.55 2–3 13 fév. idem
N3 17–26 0.60 2–3 28–29 jan. idem
N4 26–35 0.58 2–3 18–24 jan. idem
GL4 35–38 × 3–4 16 jan. Couche gelée très dure (dr = 3),
porosité nulle
N5 38–56 0.61 2–3 7 jan. idem
N6 56–68 0.53 2–3 3 jan. idem
GL6 68–72 × 3–4 28 déc. Couche gelée de porosité nulle
N7 72–85 0.60 3 20 déc. Couche dure (dr = 2)
N8 85–127 0.60 3 13 déc. idem
N9 127–168 0.60 3 8 déc. idem
GL9 168–177 0.72 4–5 7 déc. Frange capillaire supérieure (dr = 1)
GL10 177–180 – – 6 déc. Frange capillaire inférieure (dr = 0)
R11 180–183 – – – Ruissellement libre
da: densité apparente ; di: diamètre des grains (mm); dr: dureté mesurée in situ: dr = 0 on peut enfoncer
le doigt sans peine, dr =1 on peut enfoncer un crayon, dr =2 on peut enfoncer une lame de couteau,
dr = 3 la couche casse si on enfonce une lame de couteau.
Sur ce profil, on observe un net enrichissement de la surface à l’air libre, qui est
restée le plus longtemps au soleil et un appauvrissement presque continu en profondeur.
Si la fonte provoque un appauvrissement et la sublimation un enrichissement de la
couche de neige qui se trouve à l’air libre, alors on peut en déduire qu’après chaque
chute de neige il y a eu sublimation et que la fonte n’est pas le seul phénomène qui
explique la disparition du manteau neigeux. Cette sublimation semble d’autant plus
importante que l’on avance dans la saison chaude, ce qui paraît normal.
Les niveaux gelés intermédiaires ont des valeurs presque identiques à celles de la
strate neigeuse sous-jacente. La fonte-regel ne modifie donc pas sensiblement les teneurs
isotopiques. Les teneurs moyennes en Cl - de la couverture neigeuse s’élèvent à
1.55 mg l -1 , en nette diminution par rapport à la pluie à Beyrouth (6.42 mg l -1 ) en
raison de la distance croissante à la mer et peut-être aussi à l’absence de pollution
atmosphérique.
La restitution aux sources
Les mesures isotopiques et chimiques disponibles sur les sources de Nabaa El Laban
sont reportées dans le Tableau 5(a). Du 6 décembre 2001 au 10 mars 2002 la
minéralisation reste remarquablement constante, traduisant un temps de transit
suffisamment grand dans la zone non saturée pour qu’un mélange des eaux soit
possible, et prouve aussi la présence de réserves régulatrices. Les eaux de source ont
en moyenne une conductivité de 270 µS cm -1 , des teneurs isotopiques de –7.0 en 18 O et
–36.0 pour 2 H, et un excès en deutérium proche de 20. Les teneurs assez élevées en Cl -
et en NO3 - viennent probablement d’une pollution à partir de la station d’Ouyoun Es
Simane. La pollution des nitrates semble provenir des excréments des troupeaux de
moutons durant l’estivage, puisque dès les toutes premières fontes, les troupeaux
viennent camper sur les dolines. Celle des ions chlorures n’est pas expliquée.

Etude isotopique de la pluie et de la neige sur le Mont Liban 439
Tableau 6 Données isotopiques et chimiques (a) de la source Nabah El Laban; et (b) sur la source
Nabah El Assal.
Date 18 O
(‰)
2 H
(‰)
Cond.
(µS cm -1 )
pH Cl -
(mg l -1 )
NO3 -
(mg l -1 )
(a) Nabah El Laban:
6 déc. 2001 –6.56 –33.9 272 8.1 5.3 11.0
13 déc. 2001 –7.07 –38.2 269 - 5.0 9.79
23 déc. 2001 –6.87 –36.4 273 8.2 5.4 10.5
13 jan. 2002 –6.99 –36.4 260 8.1 5.5 7.0
14 fév. 2002 –7.11 –36.5 267 - 5.6 7.5
24 fév. 2002 –7.05 –34.2 270 8.1 5.9 8.3
10 mar. 2002 –7.05 –34.7 270 8.2 5.2 8.1
23 mar. 2002 –7.28 –39.4 258 8.3 5.3 8.0
7 avr. 2002 –7.53 –42.4 222 8.2 3.9 6.2
13 avr. 2002 –7.86 –42.5 212 8.4 4.0 6.3
17 avril 2002 –8.57 –46.2 200 8.2 3.7 5.8
(b) Nabah El Assal:
6 déc. 2001 –6.59 –36.0 230 - - -
13 jan. 2002 –7.22 –38.8 219 8.1 3.8 6.4
23 mar. 2002 –7.16 –39.8 227 8.2 4.5 7.4
7 avr. 2002 –7.19 –41.8 244 8.1 4.5 11.0
17 avr. 2002 –8.45 –44.5 227 8.3 3.7 10.0
A partir du 21 mars 2002, date du début de fonte permanente des neiges, les
conductivités chutent ainsi que les teneurs isotopiques, trahissant la participation
progressive des strates inférieures aux débits des sources. Le 17 avril 2002, avec un
débit mesuré de 4.9 m 3 s -1 , les teneurs (–8.57‰ et –46.2‰) se rapprochent des valeurs
moyennes pondérées observées sur le névé. Bien que la période d’observation soit trop
courte pour appréhender correctement le fonctionnement de ce système karstique, ce
comportement suggère:
– que les réserves se situent surtout au niveau de la zone non saturée du karst où un
important volume d’eau en transit assure un mélange des eaux d’infiltration en
régime normal;
– qu’il s’agit d’un karst évolué dans lequel le drainage s’organise au voisinage du
niveau de l’exutoire, parce que son écoulement est affecté de façon significative
dans sa composition chimique (dilution) et dans sa composition isotopique par les
flux d’infiltration très élevés lors de la fonte généralisée du couvert neigeux.
L’appauvrissement progressif des teneurs isotopiques traduit la participation
progressive des strates inférieures à l’alimentation des sources (Tableau 6). Une
évolution plus complexe s’observe sur la source Nabaa El Assal située plus en aval qui
accuse l’impact isotopique de la fonte des neiges avec un retard de près d’un mois et
ne présente pas encore en avril de dilution chimique. A cette époque le couvert neigeux
s’est considérablement réduit.
DISCUSSION ET CONCLUSION
Les premières mesures ponctuelles sur la neige à Ouyoun Es Simane et les
précipitations de la saison des pluies 2001–2002 à la station CREEN confirment la
variabilité du signal isotopique et en particulier celui des excès en deutérium au cours

440
Angele Aouad et al.
de l’année. Cette variabilité a déjà été étudiée et mise en relation avec l’origine et les
trajectoires des masses d’air au dessus de la Méditerranée, qui paraissent être le facteur
prédominant. Lorsqu’elles traversent la Méditerranée d’ouest en est, les masses d’air
donnent paradoxalement, si on considère la durée du trajet sur la mer, des valeurs
moyennes pour l’oxygène-18 et l’excès en deutérium; ceci implique des échanges
mer–atmosphère relativement faibles et l’absence de fortes précipitations avant
d’atteindre les côtes de la Méditerranée Orientale. Les précipitations dont les
caractéristiques isotopiques sont les plus différenciées semblent associées aux zones de
passage mer continent (différences brusques de température et d’humidité), en
particulier pour les masses d’air venant du nord et celles qui longent au sud les rivages
de l’Afrique du Nord. Un récent travail sur la composition isotopique de la vapeur
atmosphérique au dessus de la Méditerranée confirme le rôle des échanges intensifs
mer–atmosphère au voisinage des côtes (Gat et al., 2003). Les données présentées dans
le Tableau 2 montrent globalement des résultats semblables, mais mettent surtout en
exergue la trajectoire sud (no. 4) longeant la côte africaine, avec des excès en
deutérium très élevés et des teneurs en oxygène-18 très appauvries.
Comparées aux mesures déjà effectuées dans la région, l’ordre de grandeur reste le
même, mais des différences existent en particulier sur la première trajectoire ( 18 O plus
enrichi et excès en deutérium pas systématiquement élevé, dans cette étude),
probablement du fait d’influences saisonnières, des forts reliefs du Liban et de leur
proximité du Continent Européen.
L’interprétation des teneurs en oxygène-18 est plus complexe car elle doit prendre
en compte l’histoire de la masse d’air qui commande localement les quantités
précipitées.
Les mesures à pas de temps réduit (averses fractionnées) et à différentes altitudes,
actuellement en cours sur le Liban, associées à des données récentes obtenues à
différents niveaux des trajectoires depuis la Méditerranée Occidentale (Celle et al.,
2001a,b), devraient permettre d’affiner ces interprétations et de préciser la spécificité
du contexte libanais.
L’altération du signal neige au cours de l’évolution du manteau, a été
abondamment étudiée dans d’autres régions du globe (Moser & Stichler, 1983; Gibson
& Prowse, 2002). Sur la majeure partie du Mont Liban la neige ne reste stockée que
quelques mois, et la restitution aux écoulements est quasi totale. Sur le profil observé,
l’évaporation et la sublimation sont visibles sur les strates qui n’ont pas subi de fonteregel.
Les modifications de teneurs isotopiques liées au cycle fonte-regel semblent
négligeables. Les valeurs de densité apparentes mettent en évidence un début
d’homogénéisation du profil.
Si l’homogénéisation des caractéristiques physiques du profil se poursuit durant la
saison de fonte, qui peut durer jusqu’à fin juillet à 2400 m et fin août vers 3000 m
d’altitude, correspond à une homogénéisation des caractéristiques isotopiques, alors le
traçage des écoulements souterrains pourra utiliser une valeur moyenne du signal.
Mais pendant la période où le signal reste stratifié, on devrait pouvoir localiser
verticalement et horizontalement les zones qui participent aux écoulements. Dans la
mesure où on vérifiera la régularité du gradient d’altitude, les isotopes peuvent
constituer ainsi un outil utile pour contraindre et valider les modèles de fonte des
neiges sur le Mont Liban.

Etude isotopique de la pluie et de la neige sur le Mont Liban 441
Remerciements Les auteurs tiennent à remercier chaleureusement: l’AIEA (Vienne),
pour la participation au Programme de Recherche Coordonné “Composition isotopique
des précipitations dans le Bassin Méditerranéen en relation avec la circulation des
masses d’air et avec le climat”, M. Christian Rizk, directeur de la station de ski Faraya-
Mzar (Liban) pour l’installation des sites de mesure et M. Elie Khacho (CREEN), pour
le traitement des données.
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Reçu le 20 juin 2003; accepté le 8 mars 2004