Pergélisol

  Le pergélisol est un sol qui se maintient constamment à une température égale ou inférieure à 0ºC durant au moins deux ans. Il peut s'agir d'une terre sèche et froide, d'une terre froide gorgée d'eau salée, de lentilles et de masses de glace ou encore de terre ou de roc gelé. Même si les GLACIERS répondent à cette définition, ils forment un cas d'espèce traité dans un autre article de l'encyclopédie. La plupart des pergélisols contiennent des ciments, des lentilles ou des masses de glace qui se sont formés à la suite du gel de la masse des eaux souterraines. À la plupart des températures de surface, une partie des eaux de rétention capillaire ne gèle pas. L'eau salée gèle dans le sol lorsque la température descend sous 0ºC; alors le talik (zones non gelées à l'intérieur du pergélisol) se retrouve sous certaines zones des côtes de l'océan Arctique et dans quelques poches de saumure souterraine froide. Si le sol est sec, on ne trouvera nulle trace de glace, peu importe la température.

 Dans les zones de pergélisol, on appelle « couche active » la couche supérieure du sol qui, au gré des saisons, gèle et dégèle. Sous cette dernière s'étend le pergélisol dont la limite supérieure porte le nom de « plafond du pergélisol ». Le pergélisol est dit « continu » lorsqu'il forme plus de 80 p. 100 de la masse terrestre, « discontinu » lorsque cette proportion se situe entre 30 et 80 p. 100, le reste étant du talik, et « sporadique » lorsqu'il occupe moins de 30 p. 100 de la masse; ces seuils peuvent toutefois varier selon les auteurs. Les taliks se retrouvent sous les nappes d'eau et aux endroits du sol où circulent des eaux souterraines, qui conservent au sol une certaine tiédeur.

 Le pergélisol se forme lorsque le flux thermique hivernal sous le point de congélation, observé à la surface du sol, est supérieur à la somme du flux thermique estival au-dessus du point de congélation, du degré de chaleur apporté par l'eau qui se déplace latéralement dans la partie inférieure de la couche active et du flux géothermique annuel. Les hautes altitudes et latitudes, les hivers longs et froids et la minceur du tapis de neige en hiver en favorisent la formation. Dans les zones de pergélisol sporadique, le drainage d'air froid dans les vallées montagneuses ou dans les cavernes rocheuses peut entraîner la formation de poches de pergélisol.

Le pergélisol repose sous 20 à 25 p. 100 de la surface du globe, soit environ 99 p. 100 du Groenland, 80 p. 100 de l'Alaska, 50 p. 100 de la Russie, de 40 à 50 p. 100 du Canada et 20 p. 100 de la Chine. Au Canada, les épaisseurs les plus considérables, qui excèdent les 1000 m, se situent en haute altitude dans certaines parties de l'île d'Ellesmere et de la TERRE DE BAFFIN, elles atteignent entre 60 et 90 m à la limite méridionale de la zone de pergélisol continu. Pour ce qui est de l'épaisseur de la couche active, elle varie de moins de 10 cm dans les sédiments poreux de l'île d'Ellesmere à 15 m en haute altitude dans les roches imperméables fissurées des montagnes du sud-ouest de l'Alberta, sur la bordure externe de la zone de pergélisol continu. À l'échelle de la planète, c'est dans l'ÎLE D'ELLESMERE que les températures de surface du pergélisol sont les plus froides (environ -15ºC).

Au Canada, le pergélisol s'est formé en grande partie après la dernière GLACIATION, et sa répartition géographique se modifie en fonction de faibles changements climatiques. Ainsi, au milieu du XIXe siècle, la zone de pergélisol continu s'étendait jusqu'au sud de Fort Norman (aujourd'hui TULITA). À la suite d'un réchauffement de 4ºC de la température de l'air hivernale, la bordure sud s'est déplacée vers le nord, presque à la limite d'INUVIK. Depuis 1940, le refroidissement de 2ºC qu'a connu la température hivernale moyenne a repoussé cette limite vers le sud, jusqu'à TSIIGEHTCHIC. Actuellement, la limite sud du pergélisol se déplace vers le nord en raison du réchauffement climatique le long de la vallée du Mackenzie. Des changements similaires se sont opérés, entre autres, dans les régions des Alpes, en Alaska et dans le nord de la Russie.

Dans l'Ouest canadien, l'observation à long terme des températures de l'air et du sol révèle des modifications de température différentes selon les sites; c'est aussi le cas en Asie. Dans les Alpes et autour de l'océan Arctique, le climat se réchauffe et la glace souterraine a tendance à fondre. Dans les zones de pergélisol, ce phénomène a des effets désastreux sur la stabilité des pentes et des sols de fondation dans certaines zones du pergélisol.

Glace

Les deux types de glace que renferme le pergélisol, la glace interstitielle et la glace de ségrégation, sont concentrés dans les quelques mètres de sol immédiatement sous le plafond du pergélisol. L'eau a tendance à s'écouler à travers les pores, vers les zones du sol les plus froides, ce qui correspond au processus d'engel qui débute à l'automne. Le gel donne lieu à des teneurs en glace qui atteignent des proportions aussi élevées que 1600 p. 100 par rapport à la masse minérale de certains limons et TOURBES des zones de basses terres comme le delta du Mackenzie (voir FLEUVE MACKENZIE). On trouve des concentrations de glace de ségrégation en masses isolées, en lentilles distinctes disposées parallèlement à la surface du sol ou en coins pointant vers le bas. Tout particulièrement dans les sols tourbeux, on trouve habituellement une couche de glace pourrie à la base de la couche active, par où l'eau s'écoule latéralement durant l'été. L'épaisseur de cette couche peut être semblable à celle de la couche active sans glace durant l'été.

Reliefs

On associe certains reliefs particuliers au pergélisol (voir RELIEF PÉRIGLACIAIRE). Les coins de glace, qui adoptent une forme polygonale, résultent des fissures de contraction hivernales qui se remplissent de glace avec le gel de l'eau de percolation estivale. Dans les zones sèches, les infiltrations de sable dans les fissures peuvent former des coins de sable à l'intérieur du plafond du pergélisol. Sur les fortes pentes, une teneur en glace élevée peut provoquer le lent glissement de dépôts meubles, comme c'est le cas pour les glaciers rocheux. Dans les taliks, le gel de l'eau peut occasionner, çà et là, la formation de PINGOS, des tertres à noyau de glace pouvant atteindre une hauteur de 100 m. Dans les basses terres humides, une ségrégation de glace localisée peut favoriser la formation de monticules coiffés de petites lentilles de glace (lithalses en sols minéraux; palses en sols tourbeux). La partie inférieure de la couche active s'accumule à mesure que se forment les plateaux palsiques, ce qui entraîne la formation de grands plateaux dont le centre est constitué de glace poreuse de basse densité. Ces plateaux sont de deux types : flottants et ancrés, ces derniers sont finalement submergés à mesure que le niveau de l'eau augmente.

Dans la couche active, le gel saisonnier peut déterrer des rochers, gonfler le sol et entraîner la ségrégation granulométrique des matériaux rocheux, à grains fins ou grossiers. Ces variations saisonnières peuvent également faciliter la désintégration mécanique du substrat rocheux et transformer le schiste argileux en limon, comme c'est le cas le long de la ROUTE DE DEMPSTER dans la gorge du Rat (Territoires du Nord-Ouest). Ce processus de granuloclassement peut donner un aspect géométrique au sol en une courte période de cinq ans. Le dégel du pergélisol entraîne souvent, aux endroits où la glace était présente, un phénomène d'affaissement et contribue aussi à la formation de lacs thermokarstiques et d'un terrain bosselé. Ce type de terrain, que l'on nomme « thermokarst », peut être induit soit par suite de l'activité humaine, soit par des changements climatiques.

Développement problématique

La présence de la glace et les conséquences qui accompagnent les changements du régime de température rendent difficile le développement économique des zones de pergélisol. Au cours du processus de gel et de dégel saisonnier, tous les matériaux, à l'exception des graviers et du sable propre, sont sujets au gonflement ou à l'instabilité. Les activités agricoles normales sont impraticables sur les zones de pergélisol en raison du phénomène d'affaissement, le plancher des bâtiments chauffés doit être séparé du sol gelé par une isolation adéquate. En été, les routes pavées et les pistes d'atterrissage accroissent l'échauffement et elles nécessitent un terrain de fondation isolant convenable. La modification, aussi ténue soit-elle, du tapis végétal peut provoquer l'affaissement du thermokarst. La réfrigération artificielle du sol se révèle beaucoup trop onéreuse, sauf dans des circonstances exceptionnelles. On a cependant utilisé de la roche pour refroidir l'assiette des rails le long de la voie ferrée tibétaine, tirant parti des températures plus fraîches (jusqu'à 5ºC) que l'on trouve sous les pentes couvertes de pierre ou de roche.

L'approvisionnement en eau présente aussi des difficultés, sauf aux endroits où l'on trouve des sources naturelles ou des lacs profonds. Les réservoirs de retenue artificiels entraînent généralement une formation considérable de thermokarst et sont difficiles à entretenir. L'évacuation des déchets et des eaux usées impose d'énormes contraintes. La construction de barrages pour la production d'HYDROÉLECTRICITÉ et les opérations de minage et de forage pour les puits de pétrole et de gaz naturel exigent l'emploi de techniques particulières. L'élasticité de la glace diminue l'efficacité des charges d'explosifs. Le raffinage du minerai à forte teneur en glace est plus difficile, car il faut le décongeler. Au Canada, il est presque impossible d'entreprendre des opérations de forage sans porter atteinte à l'environnement. La mise à la terre des équipements électriques pose problème. Les câbles électriques sont d'ordinaire placés au-dessus du sol, et les conduites d'eau et d'égout doivent être isolées et sont habituellement placées dans des boîtes isolantes sur pilotis, un système appelé réseau de distribution aérien sous coffrage. Il en va de même pour les PIPELINES de pétrole et de gaz naturel qui sont habituellement transportés sur pilotis dans les zones de pergélisol.