Pourquoi le dégel du pergélisol fait-il s’affaisser certains sols ?

Le pergélisol ne désigne pas un bloc de glace

Le pergélisol est défini par une température maintenue à 0 °C ou moins pendant au moins deux années consécutives. Il peut contenir de la roche, du sable, des sédiments et des quantités très variables de glace. Deux terrains classés dans la même catégorie thermique peuvent donc avoir des comportements mécaniques différents lorsqu’ils dégèlent. [2]

Dans un matériau riche en glace, une partie du volume et de la cohésion dépend de l’eau gelée. Sa fonte modifie l’organisation des grains et les conditions de support. Le tassement ne se résume pas à la petite différence de volume entre l’eau liquide et la glace : la redistribution de l’eau et la réorganisation des matériaux comptent également. Les terrains contenant de grandes concentrations de glace sont particulièrement concernés. [1], [3]

Au-dessus du pergélisol, une couche superficielle dégèle chaque été et regèle ensuite. Ce cycle habituel ne signifie pas que tout le sous-sol se dégrade. En revanche, un approfondissement du dégel peut atteindre des matériaux dont la stabilité reposait jusque-là sur le maintien de la glace. L’emplacement de cette glace devient alors décisif.

Le thermokarst transforme le relief

Le terme « thermokarst » désigne les formes créées par le dégel de glace souterraine et les déformations associées du terrain. Il peut s’agir de dépressions, de mares, de lacs ou de surfaces irrégulières. Sur des pentes, le dégel peut aussi accompagner des mouvements de matériaux et une érosion rapide. Le paysage ne descend pas nécessairement de façon régulière. [1], [4]

Imaginons deux points voisins : l’un repose sur un sédiment très riche en glace, l’autre sur un matériau qui en contient peu. Sous un réchauffement comparable, leurs déformations peuvent diverger. Cet exemple schématique explique pourquoi le tassement différentiel, c’est-à-dire inégal d’un point à l’autre, importe tant pour les ouvrages.

La formation d’une dépression modifie ensuite l’eau qui la traverse. Celle-ci peut s’y accumuler, mais un nouveau passage peut aussi permettre le drainage. Ces changements influencent les échanges de chaleur et la suite du dégel. Le relief agit sur l’eau, qui agit à son tour sur le terrain. C’est l’une des raisons pour lesquelles une évolution locale peut s’accélérer ou se stabiliser selon les circonstances. [3]

Pourquoi certains modèles doivent représenter ces mouvements

Une étude publiée en 2020 par Jan Nitzbon et ses collègues a examiné des terrains riches en glace du nord-est de la Sibérie. Les chercheurs ont intégré dans un modèle les processus susceptibles de produire du thermokarst. Leurs projections montraient que prendre en compte les changements du paysage modifiait fortement l’estimation du dégel par rapport à une représentation qui les ignorait. [3]

Le résultat dépendait du scénario de réchauffement. Sous un réchauffement modéré, certains mécanismes pouvaient limiter l’évolution ; sous un réchauffement fort, les transformations projetées étaient plus importantes. Il s’agit de simulations pour une région et des conditions définies, pas d’une photographie du futur de toute la Sibérie.

Cette recherche apporte surtout une leçon de méthode : un sol riche en glace ne peut pas toujours être représenté comme une simple colonne immobile qui se réchauffe. Si sa surface s’abaisse et que l’eau se réorganise, les conditions de départ changent pendant le phénomène. Les modèles gagnent à intégrer cette évolution physique.

Des routes exposées sans destruction automatique

Une chaussée, une canalisation ou un bâtiment peut subir des contraintes quand ses différents points d’appui ne se déplacent pas ensemble. Le danger dépend donc à la fois de l’évolution du terrain et de la conception de l’ouvrage. Identifier du pergélisol sous une route signale un contexte à étudier ; cela ne suffit pas à annoncer une rupture. [1], [5]

En 2018, Jan Hjort et ses collègues ont croisé des données d’infrastructures arctiques et des projections de dégel. Ils estimaient qu’environ 69 % des infrastructures considérées se trouvaient dans des zones où un dégel du pergélisol proche de la surface était projeté vers le milieu du siècle. Cette valeur décrit une exposition potentielle dans leur analyse, avec une incertitude importante. Elle ne constitue pas un taux annoncé de bâtiments détruits. [5]

Pour passer d’une carte régionale à une décision locale, il faut des informations supplémentaires : quantité de glace, propriétés des sédiments, profondeur des fondations, drainage et déformations observées. Une même zone cartographique peut contenir des situations très différentes. Les études géotechniques servent justement à examiner le comportement du terrain à l’échelle de l’ouvrage.

Un changement physique qui touche aussi le carbone

L’affaissement peut exposer de la matière organique ancienne et modifier les conditions d’activité des microorganismes. La présence d’eau et d’oxygène influence alors les gaz produits. Une synthèse publiée en 2020 par Merritt Turetsky et ses collègues souligne que les processus de dégel abrupt peuvent peser sur le bilan du carbone, même s’ils ne concernent qu’une partie des régions de pergélisol. [4]

Mais une photographie d’effondrement ne permet pas de calculer les émissions correspondantes. L’eau peut déplacer du carbone, la végétation peut repousser et certains secteurs peuvent se drainer. Il faut mesurer les échanges dans le temps et distinguer le carbone exposé de celui effectivement transféré à l’atmosphère.

La stabilité du sol et le bilan climatique sont ainsi liés sans être équivalents. Un dommage local peut être considérable pour les habitants alors que sa contribution aux émissions régionales reste à déterminer. Inversement, une transformation peu spectaculaire en surface peut participer à des échanges de carbone difficiles à observer.

Le dégel fait donc s’affaisser certains sols parce qu’il transforme des matériaux dont la structure dépend de la glace. Pour anticiper les conséquences, la bonne question n’est pas seulement « fera-t-il plus chaud ? », mais « sur quoi repose ce terrain et que deviendra l’eau ? ». C’est là que commence l’évaluation concrète du risque.