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Communications / Pergélisol 101

Pergélisol 101

Qu'est-ce que le pergélisol?

Le pergélisol est un phénomène directement lié au climat. Il s’agit de sol (ou de roc) dont la température demeure sous le point normal de congélation de l’eau (< 0 °C) pendant deux années consécutives ou plus (Harris, 1988; Davis, 2001; French, 2007). Sa présence dépend principalement de la température annuelle moyenne à la surface du sol, laquelle doit être égale ou inférieure à 0 °C (sauf de rares exceptions). Le pergélisol couvre de 23 % à 25 % de l’hémisphère nord (Zhang et al., 2008) et la majeure partie date de milliers d’années (Davis, 2001).

La distribution géographique du pergélisol est associée à des facteurs de base qui définissent les conditions climatiques locales et régionales en surface: la température de l’air, les précipitations, la topographie, les types de couvert végétal, les couches de sol organique et tout particulièrement l’épaisseur et la durée de la couverture de neige. La zone de pergélisol sporadique correspond au territoire où le pergélisol est principalement confiné dans des tourbières à cause des propriétés thermiques particulières à la tourbe (c.-à-d. que la tourbe se refroidit facilement lorsqu’elle est gelée en hiver et elle constitue un bon isolant qui prévient le réchauffement en été) (Brown, 1970; Burn, 1988). Les sommets des collines libres de neige à cause des vents sont aussi des sites dont le sous-sol est susceptible d’être du pergélisol, dans la zone de pergélisol discontinu. Pour ce qui est de la zone de pergélisol continu, elle correspond au territoire où les températures annuelles qui prévalent depuis la déglaciation ont permis la formation de pergélisol à des profondeurs de plus de 150 mètres (par exemple : jusqu’à 590 m de profondeur à la mine Raglan, Allard et Seguin, 1987; Chouinard et al., 2007).

Dans les régions de pergélisol, le sol est constitué de deux couches principales : la couche active, en surface, qui fond et regèle chaque année et le pergélisol sous-jacent qui demeure sous 0 °C pendant toute l’année (French, 2007 ; Williams et Smith, 1989). La couche active et le pergélisol sont tous deux affectés par les variations saisonnières de température (voir la figure ici-bas), mais seule la couche active subit un dégel saisonnier (Washburn, 1979; Williams et Smith, 1989). On sait aussi que la discordance stratigraphique entre la couche active et le pergélisol (appelée le plafond du pergélisol) se déplace vers le haut ou vers le bas au cours de périodes de plusieurs années selon les variations climatiques. Un été exceptionnellement chaud peut donner une couche active plus épaisse. Conséquemment, la quantité de glace près du plafond du pergélisol peut varier pendant une courte période de quelques années seulement (Shur et Jorgenson, 2007). Plus profondément dans le pergélisol, la profondeur maximale affectée par les variations annuelles de température est appelée « la profondeur d’amplitude annuelle nulle » (figure 2); elle varie en fonction de la température de l’air et du type de sol (Pissart, 1987; French, 2007). Au Nunavik par exemple, cette profondeur est d’environ 22 m dans le substrat rocheux, un peu moins dans les sables, et d’environ 5 à 6 m dans les sols argileux (Lévesque et al., 1990).

Pourquoi la stabilité du pergélisol est-telle un élément central dans la dynamique des environnements nordiques

Le pergélisol constitue le facteur clé qui rend le territoire arctique particulièrement vulnérable aux changements climatiques (ACIA, 2005). C’est principalement dû au fait que le pergélisol contient de la glace alors qu’il est le support physique des écosystèmes terrestres. Sous l’influence d’un transfert accru de chaleur dans le sol provenant de l’atmosphère qui se réchauffe, le pergélisol dégèle et peut devenir instable : il y a souvent un tassement du terrain, les conditions de drainage sont modifiées (le terrain devenant soit plus sec lorsque l’eau percole plus profondément dans des sols grossiers, soit plus imbibé d’eau lorsque le substrat à grains fins riche en glace demeure imperméable) et cela déclenche divers mouvements de terrain (comme des décollements de la couche active) qui créent des dépressions et des étangs et ainsi de suite. Inévitablement, la structure de l’écosystème change et son fonctionnement change aussi, puisque les températures du sol et en surface du sol augmentent, ce qui a pour effet d’accroître l’intensité des processus biogéochimiques dans le milieu, comme la décomposition de la matière organique et l’émanation de gaz carbonique.

Puisque le sol gelé servait de base solide pour soutenir les infrastructures humaines, le dégel du pergélisol menace maintenant l’intégrité des infrastructures industrielles, municipales et de transports. Les méthodes d’ingénierie conçues pour préserver le pergélisol ou pour adapter les infrastructures à la perte de soutien doivent être mises en place avec un soin accru et une planification méticuleuse. Il est nécessaire de mieux évaluer les conditions du pergélisol dans tout le territoire si l’on veut comprendre les impacts des changements climatiques sur le milieu naturel et gérer adéquatement l’entretien et le développement des infrastructures.

Des recherches appliquées récentes ont déjà fourni d’importants renseignements concernant les impacts directs de la dégradation du pergélisol associée au réchauffement rapide survenu au cours des dernières décennies (Allard et al., 2007, 2009; ACIA 2005; Calmels et al., 2008; Smith et al., 2010; Allard et al. 2012). Les projections des modèles climatiques indiquent que cette tendance se poursuivra ou même s’accélérera au cours des prochaines décennies (Sushama et al., 2007; GIEC, 2007; voir le chapitre 2). Les changements climatiques surviennent au moment où le développement industriel intense – surtout lié à l’exploitation minière – et les populations inuites en croissance rapide nécessitent de nouvelles infrastructures, comme des routes, des pistes d’atterrissage, des voies ferrées, des centaines de nouvelles unités d’habitation dans les villages, des édifices publics et toute l’expansion urbaine afférente. Les gouvernements et le secteur privé investissent massivement pour des infrastructures à long terme. Le rythme rapide d’expansion des villages met tout particulièrement en lumière la nécessité de mettre en place des plans de développement durable pour assurer le bien-être des communautés. La planification urbaine dans les villages nordiques doit tenir compte de l’importance et de l’influence du climat extrême et du caractère très vulnérable du paysage (Forbes et al., 2007; Irvine et al., 2009; Ford et al., 2010). Sur le plan du développement durable, il est essentiel que les communautés nordiques adoptent des techniques et des stratégies d’adaptation précises ayant trait au réchauffement du pergélisol afin de préserver ou d’étendre les infrastructures actuelles résidentielles, commerciales, municipales et de transports.