Mieux comprendre le rôle du pergélisol dans les glissements de terrain en Arctique

Depuis le début des années 2000, l’érosion des littoraux de pergélisol en Arctique a fortement augmenté, mettant en péril les populations et les activités s’y développant.

Selon le rapport de l’Agence atmosphérique et océanique américaine (NOAA), 13 des 14 sites pour lesquels les données d’observation remontent à environ 1960 et 1980 ont vu l’érosion du pergélisol s’amplifier. Cette période coïncide notamment avec le réchauffement des températures, la réduction de la glace de mer et le dégel du pergélisol.

Les littoraux de pergélisol le long de la mer de Beaufort américaine et canadienne ont connu la plus forte augmentation des taux d’érosion dans l’Arctique, allant de +80 à +160 %, si l’on compare les taux moyens des deux dernières décennies du XXe siècle à ceux des deux premières décennies du XXIe siècle.

Le pergélisol (ou permafrost en anglais) désigne les sols qui restent gelés pendant plus de deux années consécutives. On le retrouve principalement en Arctique et son érosion provoque des affaissements de terrain majeurs, aux impacts catastrophiques pour ces territoires sensibles aux changements climatiques.

Les mécanismes derrière ces évènements restent toutefois mal connus des scientifiques.

Des chercheurs du laboratoire Géosciences Paris-Saclay (CNRS/Université Paris-Saclay), en collaboration avec le Melnikov Permafrost Institute de Yakoutsk situé à l’est de la Sibérie, ont ainsi décidé de créer une simulation afin d’en apprendre plus sur l’évolution du pergélisol. 

Simulation en chambre froide

Afin de mener à bien leur expérience, les chercheurs ont utilisé une chambre froide dans laquelle ils ont reconstitué un pergélisol, riche en glace de plus d’une tonne, en gelant du sable et en formant des hétérogénéités de glace tel qu’en Arctique. 

Ils ont ainsi pu simuler la formation de glissements de terrain dus à la dégradation accélérée du pergélisol.

Les résultats observés ont démontré que « la concentration en glace du pergélisol est un facteur important dans la genèse de ces effondrements », indique l’étude. 

Les sols gelés particulièrement hétérogènes subissent une forte déformation lors de la phase de dégel par exemple. Les coins de glaces verticaux — des fentes dans le sol gelé qui se forment chaque hiver et se remplissent chaque été d’eau formant des fentes de glace — participent grandement à cette déformation. 

L’air chaud circule à travers ces fentes et autres hétérogénéités des sols lors du dégel et accentue par la suite les effondrements de terrain.

Les chercheurs ont également remarqué que cette érosion, cumulée à un apport d’eau excédentaire, accélérait la fonte du pergélisol et engendrait un affaissement à la base de la couche de glace. 

Vidéo : Expérimentation en chambre froide du dégel d’un pergélisol de 2,5 m de large. La partie gauche montre un sol gelé homogène pauvre en glace et la partie droite un pergélisol riche en glace (avec coins de glace verticaux). L’expérience démontre que le pergélisol riche en glace subit une forte érosion pendant la phase de dégel. (Source : F. Costard, GRL/AGU 2020, Article ID : GRL_61641)

En se dégradant, les sols qui sont restés gelés pendant de nombreuses années libèrent des gaz et des bactéries qui y étaient restés emprisonnés.

Le pergélisol peut par exemple relâcher du carbone qui « ensuite fournit essentiellement de la nourriture aux microbes [présents dans les eaux de surface] qui le consomment et le transforment en méthane à mesure que le pergélisol continue de dégeler », expliquait Clayton Elder, une scientifique de la NASA spécialisée dans les émissions de méthane provenant des sols gelés.

Rappelons que le pergélisol arctique renfermerait 1500 milliards de tonnes de gaz à effet de serre, ce qui correspond à deux fois ce que contient l’atmosphère de notre planète.

Plusieurs études du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) indiquent qu’il pourrait perdre jusqu’à 70 % de sa surface d’ici à 2100, une véritable catastrophe écologique pour le système climatique dont les répercussions sont encore trop mal connues.

Une forte proportion des habitants de l’Arctique vit dans la zone côtière, et beaucoup tirent leur subsistance des ressources terrestres et marines proches du rivage, rappelle le rapport de NOAA.

La présence industrielle, commerciale, touristique et militaire dans l’Arctique est également en expansion dans la région et chacun doit s’adapter pour faire face à l’érosion du pergélisol côtier et aux impacts qui en découlent, concluent les auteurs du rapport.