1.8 Formation et type de glace d’un pergélisol

La présence de glace n’est pas un critère déterminant de l’existence d’un pergélisol. En effet la teneur en glace peut varier de 0% (pegélisol sec) à près de 100%. La glace de pergélisol est le plus souvent de la glace de congélation, formée par le regel des eaux d’infiltration dans un terrain dont la température est négative.
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gfiche Le pergélisol est un phénomène thermique, dont la teneur en glace plus ou moins hétérogène peut varier quasiment de 0 à 100 %. Cette quantité dépend fortement de la composition et de la porosité du terrain. Les parois rocheuses ont généralement un contenu en glace très faible (seulement dans les fissures), alors que les terrains à granulométrie grossière peuvent avoir une teneur en glace importante (fig. 1).

On dira qu’un pergélisol est saturé lorsque la glace remplit exactement les vides, qu’il est sous-saturé (respectivement sur-saturé) lorsque le volume de glace est inférieur (respectivement supérieur) au volume des interstices (fig. 2). En cas de sur-saturation en glace, le pergélisol peut se mettre en mouvement (creeping) et donner naissance à un glacier rocheux (cf. fiche pergélisol 3.4).

Deux processus principaux permettent la formation de glace dans un sédiment meuble gelé (éboulis, glacier rocheux, moraines) :

  • Sédimentation : ce processus correspond à la compaction lente de la couche de neige qui se transforme, en passant par l’état de névé, en glace. Ce type correspond à la glace « classique » de glacier (cf. rubrique géomorphologie glaciaire) et ne se rencontre dans un pergélisol que dans des situations bien spécifiques, par exemple lorsque de la glace s’étant formée en surface (névé permanent, par ex.) a été enterrée et préservée (fig. 3). 
  • Congélation : ce processus correspond le plus souvent au regel des eaux de fonte s’écoulant au printemps du manteau neigeux dans un sol fortement refroidi (fig. 4 & 5). La congélation a lieu principalement dans la couche active, mais dans certains cas peut aussi se dérouler directement à la base du manteau neigeux (formation d’une « semelle » basale de glace) ou même à la base du pergélisol. La glace que l’on trouve dans un pergélisol est principalement de la glace de congélation.

L’origine de la glace de congélation est essentiellement de deux types:

  • Glace interstitielle : formation de cristaux de glace dans les vides du terrain. Elle est caractéristique des milieux non consolidés à granulométrie grossière (sables, graviers, éboulis, glaciers rocheux…). Si la glace occupe tous les vides du sol, ce dernier devient alors une « roche » compacte et dure analogue à du béton : le béton ou ciment de glace (fig. 1). Cette glace interstitielle joue le rôle de ciment et favorise la stabilité des pentes.
  • Glace de ségrégation : glace se formant en lentilles le long du front de gel suite à la migration de l’eau interstitielle vers des cristaux de glace en voie de croissance (cryo-osmose, cf. fiches pergélisol 3.2). Ce processus concerne surtout les matériaux fins (fig. 6). 

    Les sols contenant de la glace interstitielle (dans les pores) sont relativement stables au dégel, alors que ceux riches en glace de ségrégation se tassent d’avantage et peuvent éventuellement se liquéfier au dégel.