2.2 Processus liés au gel-dégel – aspects physiques ou mécaniques

La transformation de l’eau en glace se traduit par une augmentation de volume de 9%. Ce mécanisme entraîne une désolidarisation des matériaux lithologiques en fonction de la capacité du terrain à geler (gélivité). En haute montagne, le gel peut aussi augmenter la stabilité de terrains meubles.
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Le gel s’accompagne de modifications des propriétés physiques ou mécaniques qui influencent la stabilité d’un terrain. Le gel implique une transformation de l’eau liquide en glace, entraînant une augmentation du volume de l’eau (+ 9%) et parfois du matériel gelé. Ce processus entraîne des effets parfois contradictoires sur la stabilité du sol :

D’une part, on peut assister à une augmentation de la cohésion (cimentation) de l’ensemble du matériel gelé. De la glace remplit l’ensemble des interstices (sans glace, le matériel est meuble) formant le béton ou ciment de glace (fig. 1).

En parallèle, une désolidarisation (altération mécanique) des matériaux lithologiques ou pédologiques peut avoir lieu par le biais de différents processus d’érosion : par gélifraction (cf. fiche pergélisol 2.3), par ségrégation de lentilles de glace (cf. fiche pergélisol 2.4), par formation d’aiguilles de glace, etc.

On appelle gélivité la capacité que possède un sédiment meuble à gonfler lors du gel, ou une roche dure de se désagréger lorsqu’elle gèle et dégèle (fig. 2). Les effets du gel sont très différents en fonction du type de terrain (meuble ou roche dure) et de la porosité :

Les terrains meubles à grains fins comme les argiles, les silts ou les limons sont très sensibles au gel. La formation de lentilles de glace par cryosuccion y est fréquente, ce qui provoque un gonflement du terrain lors du gel, et un affaissement lors du dégel (cf. fiche pergélisol 2.4).
Les terrains meubles plus grossiers comme les sables et les graviers sont au contraire moins gélifs car ils sont bien drainés et le gel de l’eau interstitielle ne provoque pas de gonflement du terrain. Ces terrains sont propices à la formation de béton de glace (fig. 1).
Dans les roches dures, les effets mécaniques du gel se produisent à l’intérieur des fissures ou le long des joints de stratification. La pression exercée sur la roche par le gel de l’eau produit des gélifracts (cf. fiche pergélisol 2.3).

La phase de dégel se caractérise par des processus inverses à la phase de gel, notamment une perte de volume de la glace et parfois du matériel dégelé (affaissement ou tassement du sol lors du dégel), et une diminution de la cohésion des grains du sol ou des roches (décimentation).