Questions to the experts

Pour que l'eau gèle, il faut qu'elle perde de la chaleur, ce qui est possible au contact de l'air froid. C'est donc en surface que cela est possible. Quant à l'eau qui est " au fond ", elle est isolée de l'air extérieur par la couche de glace (qui, progressivement, va s'épaissir). Il est exact que l'eau gelée, autrement dit la glace, est moins dense que l'eau liquide, mais c'est un phénomène sans relation avec un échange de chaleur.

Vous répondez exactement à la question que vous posez : c'est bien parce que la surface du lac est en contact direct avec l'air que celui-ci, très froid,  pompe l'énergie thermique contenue dans l'eau, ce qui, dans un premier temps, la refroidit jusqu'à O°C, puis la transforme en glace. Comme la glace flotte sur l'eau, elle isole l'eau de l'air et ralentit d'autant le processus de congélation. Il est clair qui si la glace tombait au fond de l'eau, l'échange thermique serait facilité et tout le lac gèlerait rapidement.