Pergélisol, permafrost : de quoi s’agit-il ?

À certains endroits de la Terre, le sol se maintient en permanence à une température inférieure ou égale à 0°C. Les termes pergélisol et permafrost sont indiqués si la période de gel de ces territoires s’étend sur une durée d’au moins deux ans.

Ces sols gelés sont présents dans les zones situées à une altitude élevée, à l’instar des régions de haute montagne comme les Alpes. La grande majorité du pergélisol est néanmoins localisée dans les zones de hautes latitudes, donc près de l’arctique. C’est principalement dans les régions les plus au nord de la Sibérie, du Groenland, du Canada et de l’Alaska que la majeure partie du pergélisol se forme.

Environ 20% de la surface continentale de la planète est formé de pergélisol. Ces sols gelés représentent d'ailleurs une superficie équivalente à près du quart des territoires de l’hémisphère nord. Placés côte à côte, ils occuperaient donc une zone d'environ 25 millions de km². À titre de comparaison, cet immense territoire gelé équivaudrait à un peu moins de la superficie réunie des 2 plus grandes nations de la planète, la Russie, 17 millions de km², et le Canada, 10 millions de km².

La structure du pergélisol est subdivisée en plusieurs couches, dont deux principales :

- la couche active composée de glace, ou parfois de neige. La particularité de cette couche située en surface est de geler lors des périodes hivernales puis de dégeler lorsque les températures excèdent 0°C en été. Son épaisseur est variable, allant de quelques centimètres à plus de 5 mètres.

- la couche de permafrost, située quant à elle en dessous de la couche active, se maintient en permanence à une température en dessous de 0°C, et son épaisseur varie de quelques dizaines de centimètres à plus de 500 mètres.

Des réservoirs de glace gorgés de gaz à effet de serre depuis plusieurs milliers d’années

Les conclusions d’une étude scientifique parue dans la revue Nature il y a quelques mois permettent d’avoir une idée de l’âge du pergélisol. En 2020, des chercheurs ont découvert les ossements très bien conservés d’un oiseau dans le permafrost sibérien. Les études effectuées sur les restes de cet oiseau permettent de conclure que sa présence dans ce sol gelé remonterait au Pléistocène autrement dit à environ 44 000 ans.

La présence du permafrost remonte ainsi à plusieurs milliers d’années, voire plusieurs millions dans certaines régions. Dans les entrailles de ces sols gelés s’est accumulée une quantité considérable de matières organiques riches en carbone, à l’instar des restes de végétaux qui ont gelé sans se désagréger. 

Si ces matières arrivent au contact de l’oxygène de l’atmosphère, elles se décomposeraient et la réaction dégagerait du dioxyde de carbone et du méthane. Les scientifiques estiment que le pergélisol contiendrait plus de 1 500 milliards de tonnes de GES, soit 2 fois plus que la quantité présente dans l’atmosphère.

Le dégel du permafrost

Le réchauffement du climat sur la Terre dérègle de nombreux écosystèmes naturels, dont celui du pergélisol. Au fur et à mesure que les températures augmentent, ces sols gelés ont tendance à fondre. Alors que dans ses précédents rapports, le Groupe Intergouvernemental d’Experts sur le Climat estimait ce dégel du permafrost aux alentours de 2090, les scientifiques affirment que le phénomène est déjà en cours.

Outre-Atlantique, les périodes estivales sont par exemple déréglées depuis quelques années dans les îles arctiques du Canada. Le pergélisol localisé sur ces territoires se met alors à dégeler plus tôt que prévu concluent des scientifiques de l’université de Fairbanks, en Alaska. 

L’une des publications du journal du CNRS fait également écho du même constat, relatant la situation du pergélisol toujours dans l’arctique Canadien. Lors d’une exploration dans le territoire du Nunavik, les chercheurs ont observé de larges zones où la couche active qui ne gèle plus en hiver a laissé place à un paysage de tourbes et de mares créées par le dégel de la glace. 

La fonte du pergélisol s’accélère dans cette région car les températures trop hautes comprises entre -1°C et 0°C ne permettent plus à la couche active de geler suffisamment en hiver.

La fonte du permafrost, une catastrophe à enrayer

Cette accélération du dégel du pergélisol est une menace qui mettrait la planète en grand danger. En effet, au fur et à mesure du dégel du pergélisol, des quantités très importantes de gaz à effet de serre se trouveront libérées dans l’atmosphère, décuplant le dérèglement du climat. 

Pour enrayer la fonte du pergélisol, le principal levier à actionner est donc de ralentir le réchauffement des températures sur la planète.

Le Pergélisol, une bombe climatique

Le pergérisol est généralement recouvert d'une couche active constituée de terre qui dégèle l'été pour permettre le développement des végétaux, puis regèle en hiver. Cette couche a pour rôle de préserver le pergélisol de la fonte lorsque les températures sont en hausse.

D'après les recherches menées au printemps 2018 par une équipe russe d'une station de recherche à Tcherski, la couche active, si elle ne regèle pas durant la nuit polaire contribue à l'accélération des émissions de GES. 

La température de cette couche aurait augmenté, pour atteindre + 2°C par rapport aux -3°C relevés durant les recherches menées 3 ans plus tôt. La cause vient de la couche de neige épaisse ayant emprisonné la chaleur estivale dans le sol qui accélère le dégel du pergélisol. En conséquence, le pergélisol pourrait disparaître progressivement et libérer les GES qu'il emprisonnait jusque-là.

La quantité de dioxyde de carbone renfermé dans le pergélisol est estimée à 1 600 milliards de tonnes, soit près du double de la quantité de CO₂ présente dans l'atmosphère. 

Si les chercheurs ont tout d'abord supposé que 10 % du carbone piégé seraient libérés en quatre-vingts ans, les études récentes montrent malheureusement que les quantités seront sûrement bien supérieures.

Quelles conséquences sur le climat ?

Depuis le 19^e siècle, la Terre a subi une augmentation des températures de 1°C. Cette hausse contribue à la disparition progressive du pergélisol, rejetant par conséquent une partie des GES piégés dans ce sol gelé. 

Les gaz à effet de serre libérés par la fonte du pergélisol pourraient être responsables de la hausse des températures globales, accélérant par conséquent le dégel du pergélisol, un cercle vicieux de hausse des températures pourrait ainsi s’installer et menacer la planète.

Avec le réchauffement climatique et l'accélération de sa disparition, le pergélisol pourrait en quelques décennies devenir le plus gros émetteur de gaz à effet de serre devant la Chine. 

La présence de protoxyde d'azote dans le pergélisol inquiète particulièrement les scientifiques. Ce gaz d’une durée de vie de plus de 120 ans, soit plus longue que le méthane, possède un pouvoir réchauffant 300 fois plus élevé que le CO₂. 

D'après les études menées par la revue Atmospheric Chemistry and Physics, la concentration de ce gaz dans le sol gelé pourrait être douze fois plus importante que les suppositions initiales. 

Face à l'augmentation des GES dans l'atmosphère, la hausse des températures pourrait dépasser les 2°C et mener à une situation catastrophique où le réchauffement climatique atteindrait 4 à 5°C.

Quelles solutions pour le pergélisol ?

D'après le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat mis en place par les Nations Unies, il faudrait réduire de 45 % les émissions de gaz à effet de serre d'ici 2030 pour atteindre l'objectif de l'accord de Paris visant à limiter à 1,5°C le réchauffement climatique. En prenant en compte le dégel du pergélisol, cette réduction des GAZ à effet de serre devra être plus rapide que ce que prévoit le GIEC.

Les changements climatiques causés par la forte concentration de GES dans l'atmosphère sont la première cause de la disparition du pergélisol dans le monde. 

Cependant, l'extinction des troupeaux d'animaux herbivores qui entretenait la couche active il y a plus de 10 000 ans a contribué à la disparition du pergélisol autant que le réchauffement climatique d'après le scientifique Sergueï Zimov. 

La végétation et les mousses se sont davantage développées et ont humidifié le sol, entraînant ainsi la perte d'une partie du sol gelé.

Parmi les solutions pour préserver le pergélisol dans les régions arctiques, le scientifique a mis au point un projet destiné à réintroduire les herbivores dans ces zones il y a près de 25 ans. 

Aussi nommé parc du Pléistocène, ce projet avait pour objectif de rétablir les prairies pour préserver le pergélisol. Les prairies permettent en effet de ralentir la fonte du sol gelé puisqu'elles reflètent davantage les rayons du soleil par rapport aux forêts lorsqu'elles sont recouvertes de neige.