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Le Lac Saint-François fait partie de la formation physiographique des basses terres du Saint-Laurent. C’est le premier élargissement naturel du fleuve. Il a une superficie de 233 km², s’étend sur 50 km, a une largeur maximale de 7,5 km et un volume de 2,8 km³ d’eau. De cette superficie, 160 km² sont en territoire québécois, le reste étant réparti entre l’Ontario (74 km²) et les États-Unis (7 km²).

Il s’étend du barrage Moses Saunders de Cornwall/Massena à l’ouest jusqu’au canal de Beauharnois et au barrage des Coteaux à l’est. Il comprend deux parties : en amont, un petit delta où plusieurs chenaux bordent de nombreuses îles et, en aval, une partie plus fluviale formée par l’étalement du fleuve (carte ci-bas).

Son débit annuel moyen est de 7 720 m³/sec à l’entrée du lac et de 7 864 m³/sec à sa sortie, ce qui correspond à un apport de 144 m³/sec par les tributaires. Seulement 3 de ces tributaires sont en territoire québécois, soit les rivières Beaudette, sur la rive nord, Aux Saumons (à la frontière entre Dundee et la réserve d’Akwasasne) et La Guerre sur la rive sud. La vitesse du courant est de 2 à 3 mètres/sec dans le chenal principal, mais varie entre 0,05 m/sec et 1 m/sec dans les masses d’eau latérales. Des études de l’Université d’Ottawa (Boudreau et al.) démontrent que l’eau du chenal de la Voie maritime du St-Laurent traverse directement le lac pour se rendre en très grande partie dans le canal de Beauharnois. La nappe d’eau de part et d’autre du chenal de la voie maritime est soumise à des courants plus lents qui favorisent la sédimentation. Ces zones de sédimentation de matériaux fins constituent des habitats propices au développement d’herbiers aquatiques et de marais.

Le Lac Saint-François est régularisé par des barrages à chaque extrémité.

Les principaux changements sont survenus avec la construction de la Voie maritime du St-Laurent et des barrages hydroélectriques de Moses Saunders, à Cornwall/Massena, et de Beauharnois, à Melocheville.

La construction de ce dernier barrage a causé un haussement de près de 40 cm du plan d’eau à la fin des années 1920, favorisant ainsi la formation de marais en empiétant principalement sur les terres agricoles. Au cours des années, le niveau a été stabilisé; le niveau annuel moyen ne varie plus que d’une quinzaine de centimètres.

Malgré cette stabilisation, le niveau des eaux varie au cours des mois. C’est durant les mois d’hiver que le niveau est le plus élevé. De mai à novembre, le niveau demeure assez stable malgré une hausse au mois d’août. Ainsi les fluctuations du niveau de l’eau du lac diffèrent nettement de celles d’un plan d’eau naturel où l’on retrouve une crue printanière et un étiage marqué à la fin de l’été.

Le contrôle du niveau des eaux a éliminé les fluctuations saisonnières du niveau du lac et a ainsi considérablement réduit la superficie de sa plaine inondable. Cette plaine sert habituellement au printemps d’aires de reproduction, d’alevinage et d’alimentation à de nombreuses espèces de poissons.

Des études indiquent que le lac a été touché principalement par deux types de modifications : l’assèchement des milieux humides et le dragage. L’assèchement est associé au développement résidentiel et industriel qui a entraîné le remplissage, le drainage et la perte d’une grande partie des herbiers aquatiques et des marécages, milieux dont dépendent la sauvagine et les poissons pour leur alimentation, leur reproduction et l’élevage des jeunes. Le dragage et les dépôts de résidus de dragage, principalement en eau profonde, ont été effectués lors de la construction et de l’entretien de la voie maritime. Aucun dragage n’a été effectué depuis plusieurs années dans la partie québécoise du lac.

Le long de la rive sud, à Saint-Anicet et Sainte-Barbe, et de la rive nord, à Saint-Zotique, des canaux perpendiculaires à la rive ont été creusés dans les herbiers aquatiques pour faciliter l’accès à la rive et, dans certains cas, pour assurer le drainage des terres avoisinantes. Les matériaux ainsi dragués ont été déposés en rive dans la prairie humide, de manière à surélever le sol et à permettre la construction de chalets.