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Philippe Fortier

 

Étudiant 2è cycle

Département de géologie et génie géologique, Université Laval

Pavillon Adrien-Pouliot
1065 avenue de la Médecine
Université Laval
Québec
Québec, Canada
G1V 0A6

418.656.2131 poste 412278
philippe.fortier.3@ulaval.ca

 

 


 
 
 

Projet de recherche

Simulation de la dynamique du pergélisol en considérant l'advection de la chaleur par l'écoulement de l'eau souterraine

Introduction

Dans les régions nordiques, le pergélisol est en voie de dégradation à cause des changements climatiques, ce qui génère plusieurs impacts sur les infrastructures civiles et les environnements naturels. Notamment, ce dégel peut modifier le cycle de l’eau en passant d’un régime d’écoulement de surface principalement estival vers un régime d’écoulement pérenne soutenu par l’écoulement souterrain suite à la dégradation du pergélisol. Afin d’anticiper ces impacts, il est important de bien prédire la dynamique du pergélisol. Dans les prédictions usuelles de dégradation du pergélisol, seule la transmission de la chaleur par conduction est considérée. Or, il a été récemment suggéré que l’écoulement de l’eau souterraine dans les zones de pergélisol peut augmenter le taux de dégel du pergélisol par l’advection de la chaleur. L’impact d’un flux d’eau souterraine supplémentaire dans les environnements froids pourrait avoir de profondes répercussions sur le taux de dégradation du pergélisol.

Pour bien appréhender l’impact de l’écoulement de l’eau souterraine sur la dynamique du pergélisol, il est impératif de valider les études théoriques suggérant que l’advection de chaleur par l’écoulement de l’eau souterraine augmente le taux de dégel du pergélisol. Pour ce faire, il faut considérer des conditions réalistes et représentatives des environnements nordiques et disposer d’observations à long terme de température et d’écoulement souterrain. L’objectif du projet de recherche est de valider l’hypothèse selon laquelle l’écoulement de l’eau souterraine peut jouer un rôle important dans la dynamique du pergélisol en utilisant les observations du site d’étude à Umiujaq. En utilisant un modèle de simulation numérique de l’écoulement de l’eau souterraine et de la transmission de chaleur, des prédictions plus précises de dégel du pergélisol dans le contexte des changements climatiques en tenant compte de la transmission de chaleur par conduction et advection pourront être effectuées.

Sites d'études

Le site d’étude est une butte de pergélisol située près de la communauté d’Umiujaq au Nunavik. Ce site a été choisi car il a fait l’objet de plusieurs campagnes d’investigation pour documenter l’étendue spatiale du pergélisol et déployer une instrumentation de suivi. Cette instrumentation exceptionnelle comprend des câbles à thermistances, des puits d’observation de l’eau souterraine, des capteurs de température et de teneur en eau dans le mollisol, des plaques de flux de chaleur et un système de suivi du couvert nival.

Matériel et méthodes

Dans le cadre de ce projet, de nouveaux puits d’observation de l’eau souterraine seront installés en périphérie de la butte de pergélisol afin de documenter les variations spatiales d’écoulement de l’eau souterraine et de bonifier l’instrumentation déjà en place ainsi que de réaliser une caractérisation cryohydrogéologique 3D. Des levés géophysiques seront également réalisés pour obtenir une image 3D de la butte de pergélisol et cartographier la profondeur de la nappe phréatique. Les données disponibles seront ensuite intégrées dans le modèle numérique Heatflow Smoker qui permet de simuler la transmission de chaleur diffusive et adjective en incluant l’écoulement de l’eau souterraine et le changement de phase.

Résultats attendus

Des simulations de transmission de chaleur seront réalisées dans le modèle afin de quantifier le rôle de l’écoulement de l’eau souterraine sur la dynamique du pergélisol. Des prédictions du dégel de pergélisol dans la butte seront alors réalisées en considérant les changements climatiques. Au terme de ces simulations, les résultats attendus sont une prédiction plus réaliste de la dégradation du pergélisol dans un contexte de changements climatiques qui sera représentative d’une vaste portion du territoire subarctique.

 
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