E11 Sols gelés et pergélisol de surface

Topique

Le pergélisol est un sol ou une roche dont la température reste égale ou inférieure à zéro degré Celsius pendant au moins deux années consécutives, qu'il contienne ou non de la glace ; il recouvre environ 25 % de la surface terrestre de l'hémisphère Nord.

La couche active est la couche supérieure de ce pergélisol, celle qui dégèle chaque été et regèle chaque hiver ; son épaisseur varie énormément, de quelques centimètres seulement dans les hautes montagnes arctiques à plusieurs mètres dans le pergélisol discontinu des régions boréales.

Le gel et le dégel de ce sol modifient profondément ses propriétés hydrologiques : le sol gelé se comporte comme s'il était imperméable, car la glace empêche pratiquement l'eau de le traverser, et c'est précisément cette imperméabilité qui provoque une augmentation spectaculaire du ruissellement de surface lors du dégel printanier.

La formation du front de gel suit l'équation de Stefan, selon laquelle la profondeur de ce front est proportionnelle à la racine carrée du cumul des degrés-jours de froid. La chaleur latente de fusion de l'eau contenue dans le sol, de 334 000 joules par kilogramme, est le terme principal du bilan thermique de l'ensemble de ce sol gelé.

Le réchauffement climatique accélère la fonte de ce pergélisol, entraînant des conséquences critiques : la décomposition de la matière organique auparavant gelée libère du dioxyde de carbone et du méthane, un gaz à effet de serre particulièrement puissant ; l'affaissement du sol, du même type que celui décrit dans un autre document, détruit les infrastructures construites sur ce pergélisol ; et les modifications hydrologiques induites par la fonte altèrent les régimes d'écoulement des rivières et des lacs arctiques.

Selon le scénario de réchauffement actuel, l'évolution prévue de l'ensemble du système se traduit par une progression du front de fonte comprise entre 0,5 et 2 mètres par décennie. Ainsi, de la définition thermique par laquelle ce document débute à l'avancée du front de dégel qui le conclut, en passant par la couche active, l'imperméabilité du sol gelé et l'équation de Stefan, le pergélisol provoque la libération, par un sol resté gelé et stable pendant des millénaires, du carbone, de l'eau et de la stabilité structurelle qu'il avait accumulés tout ce temps.

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