1.9 Évolution du profil thermique d’un pergélisol (1/2)

L’état thermique d’un pergélisol évolue dans différentes échelles de temps. A court terme, les modifications de la profondeur de la couche active mesurée après la période estivale traduit essentiellement les conditions climatiques de l’année écoulée. L’intensité des modifications dépend en grande partie du contenu en glace du pergélisol.
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La température du sous-sol est fonction de la température de surface (MAGST). Plus celle-ci est basse, plus l’épaisseur du pergélisol est potentiellement grande. La température d’un pergélisol (comme celle de tout autre terrain) augmente avec la profondeur en raison du flux géothermique (de l’ordre de +1 à +3°C par 100 m). Dans les Alpes, les épaisseurs des terrains gelés sont le plus souvent comprises entre 15 mètres et plus de 100 mètres.

Un changement des températures de surface va entraîner différentes modifications de l’état thermique du pergélisol à différentes échelles de temps. Pour évaluer « l’état de santé » d’un pergélisol dont la température est mesurée dans un forage, les scientifiques utilisent quatre indicateurs : a) variation de l’épaisseur de la couche active, b) évolution des températures entre 10 et 20 mètres de profondeur, c) modification de la forme du profil thermique et d) modification de la profondeur de la base du pergélisol (b, c, et d, cf. fiche pergélisol 1.10). La variation de ces indicateurs dépend du type de terrain et en particulier de la teneur en glace. Lors d’un changement de phase de l’eau, des quantités considérables de chaleur sont mises en jeu. Plus un permafrost est riche en glace, plus la quantité de chaleur nécessaire pour la faire fondre (glace → eau liquide) ou sublimer (glace → vapeur d’eau) doit être importante.

Variation d’épaisseur de la couche active (temps de réponse : année(s))

Le dégel normal de la couche active dans les Alpes atteint quelques mètres chaque année. Son épaisseur réagit étroitement aux conditions climatiques de l’année écoulée (enneigement durant l’hiver et conditions météorologiques estivales) (cf. fiche pergélisol 1.4).

La figure 1 représente les variations de l’épaisseur de la couche active en fin de saison estivale pour les glaciers rocheux riches en glace de Mùrtel-Corvatsch (fig. 2) et du Schafberg (Engadine) et pour la crête rocheuse du Schilthorn (Oberland bernois, (fig. 3) dont le contenu en glace est a contrario très faible.

En l’absence d’une forte teneur en glace, les flux de chaleur depuis la surface peuvent pénétrer profondément dans le terrain. Le permafrost du Schilthorn est pauvre en glace et la profondeur de sa couche active réagit fortement aux conditions climatiques de l’année écoulée. On relèvera par exemple que :

  • Suite à un hiver 2001/2002 peu enneigé qui a permis au sol de se refroidir et à un été « normal », la couche active au Schilthorn atteignait en octobre 2002 environ 4.6 m d’épaisseur, correspondant aux valeurs annuelles mesurées depuis 1998.
  • Une année plus tard en novembre 2003, l’épaisseur de la couche active atteignait environ 9 mètres ! Les conditions météorologiques de l’année hydrologique 2002/2003 ont en effet été très défavorables au pergélisol du Schilthorn : enneigement précoce et important empêchant le refroidissement du terrain au début de l’hiver, fonte rapide de la neige au printemps ne protégeant pas le terrain du rayonnement solaire et été caniculaire (5°C plus chaud que la moyenne) avec un isotherme 0°C très élevé (au-dessus de 4000 m durant de longues périodes).
  • Depuis 2009, la couche active est d’environ 7 mètres de profondeur, avec des variations notables en 2014 (4.9 mètres) et en 2015 (9.9 mètres).

Dans un pergélisol riche en glace comme celui des glaciers rocheux de Murtèl-Corvatsch ou du Schafberg en Engadine (Grisons) (fig. 1), l’épaisseur de la couche de dégel est beaucoup plus stable d’une année à l’autre. La chaleur emmagasinée à la surface sert surtout à faire fondre la glace, qui joue un rôle de « tampon » thermique (cf. fiches pergélisol section 2). La disparition de la glace peut être progressive comme cela semble être le cas dans le glacier rocheux de Mùrtel-Corvatsch depuis 2011 (épaississement de la couche active de 3.5 à 4.4 mètres entre 2010 et 2015), ou plus brutale comme observée dans le glacier rocheux du Schafberg (épaississement de la couche active de 3.2 à 5 mètres en 2000). Malgré cette stabilité relative, un épaississement de la couche active a été constaté ces dernières années dans de nombreux sites du réseau PERMOS (cf. fiche pergélisol 1.11).