Letteratura scientifica selezionata sul tema "Dégradation du permafrost"

Dans la région du Golfe de Richmond, Nouveau- Québec (56°15'N - 76°30'W), l'auteur a dressé un inventaire des manifestations périglaciaires et étudié les principales formes liées à la présence et à la dégradation du permafrost. Ceci lui a permis de jeter les bases d'une classification des formes cryogènes et thermokarstiques rencontrées dans cette région.

Avec le réchauffement du climat, la dégradation du permafrost est à l'origine d'une intensification des processus géomorphologiques sur les versants de haute montagne. Dans les parois rocheuses, les écroulements se multiplient et leur volume augmente, posant des problèmes de sécurité non seulement à haute altitude (infrastructures, alpinistes), mais également pour les fonds de vallée. Cet article présente les travaux récemment menés dans le massif du Mont-Blanc sur la relation entre climat et écroulements à différentes échelles de temps, les effets des épisodes caniculaires et la répartition et l'évolution du permafrost de paroi. Under global warming, permafrost degradation tends to intensify geomorphological processes on high mountain slopes. In the perennially frozen rock walls, the number and volume of rockfalls is increasing, causing safety problems not only at high altitude (infrastructure, mountaineers) but also for the valleys. This article summarizes recent work carried out in the Mont-Blanc massif on the climate-rockfall relationship at different time scales, the effects of heat waves, and the distribution/evolution of rock wall permafrost.

Dans les Alpes françaises, la dégradation de la cryosphère se traduit en partie par le recul généralisé des glaciers et la dégradation du permafrost. Le retrait glaciaire peut conduire à la formation de nouveaux lacs, tandis que la dégradation du permafrost peut déstabiliser les parois rocheuses qui les surplombent. Dans ce contexte, des écroulements ou avalanches rocheuses peuvent générer des aléas en cascade, se propageant jusqu'au fond des vallées. L'anticipation de ces évènements aux effets parfois dévastateurs, constitue un véritable enjeu pour les acteurs et les populations des milieux montagnards. Face à ces défis sociétaux, les objectifs de ce travail doctoral sont (i) d'identifier les secteurs à risque en termes d'écroulements et d'avalanches rocheuses et des aléas en cascade qu'ils peuvent entrainer, et (ii) d'approfondir la connaissance fondamentale sur les processus physiques qui prédisposent, déclenchent, et propagent les écroulements ou avalanches rocheuses en contexte de permafrost.Nous proposons une approche intégrée qui fait le lien entre des observations de terrain, des mesures in-situ, de la modélisation numérique et de la cartographie des écroulements et avalanches rocheuses en contexte de permafrost dans les Alpes françaises. Nous suivons une logique multi-scalaire spatio-temporelle, allant de l'échelle régionale (Alpes françaises), à l'échelle locale (versant) ; en considérant les conditions environnementales passées, actuelles, et futures (horizon de la fin du 21ème siècle).A l'échelle régionale, la cartographie des zones de départ montre que les secteurs instables pourraient s'étendre entre 34 km² (scénario considérant uniquement les parois les plus instables) et 284 km² (scénario le plus conservateur) dans les conditions actuelles de permafrost, tandis que les zones de propagation pourraient atteindre entre 472 km² à 586 km² selon le scénario de propagation choisi. Selon le scénario de propagation, entre 53 et 90 lacs pourraient être atteints par des potentiels écroulements rocheux. En considérant un réchauffement +4°C des parois d'ici la fin du 21ème siècle, les zones de départ s'étendraient sur 43,2 km², tandis que les zones de propagation pourraient atteindre entre 196 km² et 245 km² selon le scénario de propagation. Ainsi, dans les conditions futures de la cryosphère, 27 à 51 lacs pourraient se trouver dans la trajectoire d'un écroulement rocheux.A l'échelle du site, notre approche combine des méthodes à différentes échelles spatio-temporelles afin de mieux comprendre les processus thermiques et hydrologiques impliqués dans les mécanismes de déclenchement et de propagation d'écroulements rocheux et d'avalanches rocheuses. La rétro-analyses de deux cas d'étude situés dans le vallon d'Etache (Savoie) et à la crête des Grangettes (Hautes Alpes) a révélé un réchauffement du permafrost depuis les années 1990 qui s'est accentué depuis les années 2010 (e.g. jusqu'à + 0.06 °C/an à 30 m de profondeur au vallon d'Étache). Dans le cas du vallon d'Étache, la déstabilisation du versant peut être attribuée à une transition entre un permafrost froid vers un permafrost tempéré, et à des infiltrations d'eau qui ont pu entraîner une augmentation de la pression hydrostatique et/ou participer à l'érosion de la glace dans les fractures. Les investigations menées à la Crête des Grangettes ont quant à elles montré un réchauffement du permafrost vers le point de fusion qui a pu entrainer une rupture des joints de glace. Ces études soulignent enfin la difficulté d'évaluer le rôle de la neige et de l'eau dans les mécanismes qui prédisposent, déclenchent et propagent mouvements de versants.Les résultats obtenus ont pour but de fournir, à terme, des informations précieuses pour la communauté scientifique et les acteurs du territoire, afin d'approfondir la compréhension des aléas liés à la dégradation de la cryosphère et de contribuer à mettre en œuvre des solutions concrètes pour aider les populations à y faire face
In the French Alps, the degradation of the cryosphere partly results in glacier retreat and permafrost degradation. Glacier retreat can lead to the formation of new lakes, while permafrost degradation can cause rockwalls destabilisations. In this context, rockfalls and rock avalanches can generate cascading hazards, spreading down to the valley floors. Anticipating these events and their devastating effects, is a challenge for stakeholders and populations living in mountainous regions. In this context, the objectives of this work are (i) to identify the areas at risk to be impacted by rockfalls, rock avalanches and their potential cascading hazards, and (ii) to deepen fundamental knowledge on the processes predisposing, triggering, and propagating rockfalls or rock avalanches from permafrost rockwalls.We propose an integrated approach that links field observations, in-situ measurements, numerical modelling, and regional mapping of rockfalls and rock avalanches in permafrost contexts in the French Alps. To do so, we follow a multi-scale spatio-temporal approach, ranging from the regional scale (French Alps) to the local scale (slope), and considering past, current, and future cryospheric conditions (by the end of 21st century).At the regional scale, release areas maps show that unstable slopes could extend between 34 km² (scenario considering only the most unstable slopes) and 284 km² (most conservative scenario) under current permafrost conditions. Propagation maps shows that rockfalls (>100 m3) could reach between 472 km² to 586 km² depending on the chosen propagation scenario. Thus, between 53 and 90 lakes could potentially be impacted by rockfalls. Considering a +4°C warming of the rockwalls by the end of the 21st century, release areas would extend to 43.2 km², while propagation zones could reach between 196 km² and 245 km² depending on the propagation scenario. Thus, under future cryospheric conditions, 27 to 51 lakes could be in a rockfall path.At the site scale, we used an approach combining methods at different spatio-temporal scales to understand the thermal and hydrological processes involved in the triggering and propagation mechanisms of rock slope failures. The retro-analyses of two study cases located in the Étache valley (Savoie) and at the Grangettes ridge (Hautes Alpes) shows a warming of the permafrost since the 1990s, which has significantly intensified since the 2010s (e.g. up to +0.06°C/year at 30 m depth in the Étache valley). In the case of the Étache valley, the rock avalanche occurs in a context of transition from cold to temperate permafrost, and with water infiltration that may have led to high hydrostatic pressure and ice erosion in fractures. Investigations conducted at the Grangettes ridge show a warming of permafrost towards the melting point, which may have caused ice joint ruptures. These studies also highlight the difficulty of assessing the role of snow and water in the predisposing, triggering, and propagating mechanisms of slope instabilities.The results offer valuable insights for both the scientific community and stakeholders, facilitating a deeper understanding of the hazards associated with cryosphere degradation and contributing to the development of concrete solutions to support populations in addressing these challenges

Les méthodes de design et de construction des routes développés dans le sud canadien ont maintenant besoin d’être adaptés aux environnements nordiques du pays afin de prévenir le dégel dramatique du pergélisol lors de la construction d’une nouvelle route. De plus, le réchauffement climatique occasionne présentement d’importants problèmes de stabilité des sols dans le nord canadien. Ces facteurs causent des pertes importantes au niveau des capacités fonctionnelles et structurales de l’Alaska Highway au Yukon sur un segment de plus de 200 km situé entre le village de Destruction Bay et la frontière de l’Alaska. Afin de trouver des solutions rentables à long terme, le ministère du transport du Yukon (en collaboration avec le Federal Highway Administration du gouvernement américain, Transports Canada, l’Université Laval, l’Université de Montréal et l’Alaska University transportation Center) a mis en place 12 sections d’essais de 50 mètres de longueur sur l’autoroute de l’Alaska près de Beaver Creek en 2008. Ces différentes sections d’essais ont été conçues pour évaluer une ou plusieurs méthodes combinées de stabilisation thermique telles que le drain thermique, le remblai à convection d’air, le pare-neige / pare-soleil, le remblai couvert de matières organiques, les drains longitudinaux, le déblaiement de la neige sur les pentes et la surface réfléchissante. Les objectifs spécifiques de la recherche sont 1) d’établir les régimes thermiques et les flux de chaleur dans chacune des sections pour les 3 premières années de fonctionnement ; 2) de documenter les facteurs pouvant favoriser ou nuire à l’efficacité des systèmes de protection et ; 3) de déterminer le rapport coûts/bénéfices à long terme pour chacune des techniques utilisées. Pour ce faire, une nouvelle méthode d’analyse, basée sur la mesure de flux d’extraction de chaleur Hx et d’induction Hi à l’interface entre le remblai et le sol naturel, a été utilisée dans cette étude. Certaines techniques de protection du pergélisol démontrent un bon potentiel durant leurs 3 premières années de fonctionnement. C’est le cas pour le remblai à convection d’air non-couvert, le remblai à convection d’air pleine largeur, les drains longitudinaux, le pare-soleil / pare-neige et la surface réfléchissante. Malheureusement, des problèmes dans l'installation des drains thermiques ont empêché une évaluation complète de leur efficacité.
Road design and construction techniques developed in southern Canada definitely need to be adapted to northern environment to prevent dramatic permafrost thawing after new road construction. Furthermore, climate warming causes now important soil stability problems in the Canadian far north. All these factors lead to a loss of the functional and structural capacities of the Alaska Highway over a 200-km section mainly from Destruction Bay to the Alaska border. To find long term and cost-effective solutions, Yukon Highways and Public Works (in collaboration with the Alaska University Transportation Center, Transport Canada, le U.S. Federal Highways Administration, l’Université de Montréal and l’Université Laval) constructed 12 instrumented sections on the Alaska Highway near Beaver Creek (Yukon) in 2008. These sections experiment one or several combined methods of thermal stabilization such as convection air embankment, heat drains, snow/sun shed, grass-covered embankment, longitudinal culverts, reflecting surfaces and snow clearing on embankment slopes. The main objectives of this project are 1) to analyze the ground thermal regime and the heat fluxes for each of the 12 sections during their first three years in service; 2) to document all factors which can facilitate or disrupt the efficiency of the protection systems and; 3) to determine the long term costs / benefits ratio for every technique tested. In order to do this, a new method based on the calculation of heat extraction Hx and heat induction Hi index at the interface between the embankment and the natural ground has been used in this study. The permafrost mitigation techniques that showed good potential for cooling by reducing active layer thicknesses were the ACE uncovered, the longitudinal culverts, the snow/sun shed and the light-coloured aggregate BST (although this was only effective along the central part of the highway). Unfortunately, problems in the installation of the heat drain techniques prevented a full assessment of their effectiveness. The durability of the sections as well as their long-term cooling potential must also be assessed to complete the economic analysis provided in this study.

Les changements climatiques mesurés dans le Nord-ouest canadien au cours du XXIe siècle entraînent une dégradation du pergélisol. Certaines des principales conséquences physiques sont la fonte de la glace interstitielle lors du dégel du pergélisol, l’affaissement du sol et la réorganisation des réseaux de drainage. L’effet est particulièrement marqué pour les routes bâties sur le pergélisol, où des dépressions et des fentes se créent de façon récurrente, rendant la conduite dangereuse. Des observations et mesures de terrain effectuées à Beaver Creek (Yukon) entre 2008 et 2011 ont démontré qu’un autre processus très peu étudié et quantifié dégradait le pergélisol de façon rapide, soit la chaleur transmise au pergélisol par l’écoulement souterrain. Suite aux mesures de terrain effectuées (relevé topographique, étude géotechnique du sol, détermination de la hauteur de la nappe phréatique et des chenaux d’écoulement préférentiels, température de l’eau et du sol, profondeur du pergélisol et de la couche active), des modèles de transfert de chaleur par conduction et par advection ont été produits. Les résultats démontrent que l’écoulement souterrain dans la couche active et les zones de talik contribue à la détérioration du pergélisol via différents processus de transfert de chaleur conducto-convectifs. L’écoulement souterrain devrait être pris en considération dans tous les modèles et scénarios de dégradation du pergélisol. Avec une bonne caractérisation de l’environnement, le modèle de transfert de chaleur élaboré au cours de la présente recherche est applicable dans d’autres zones de pergélisol discontinu.
Climate changes affecting the North West portion of Canada alter the thermal state of the permafrost and promote permafrost degradation. The results are permafrost thawing, ground ice melting, surface drainage changes and soil subsidence. Road infrastructures built on permafrost are particularly sensitive to permafrost stability and integrity. Depressions in the road pavement and development of cracks and potholes are recurrent problems for northern infrastructure. Field measurements done along a road transect in the discontinuous permafrost zone near Beaver Creek (Yukon) between 2008 and 2010 demonstrated that another process, advective heat transfer induced by groundwater flow, is promoting permafrost degradation. This process remains poorly known and has not been quantified sufficiently in permafrost environments. Field data on topography, soil geotechnical properties, water table and preferential flowpath characterization, ground and water temperature and active layer and permafrost depth were collected to build coupled models of seepage (mass transfer) and heat transfers. Results indicate that convective heat transfer processes associated with groundwater flow can have a substantial impact on permafrost degradation. Groundwater flow processes should therefore be taken into account in permafrost evolution models and climate warming scenarios. With a good characterization of the environment, the model that has been developed in this present research is relevant in other discontinuous permafrost environments.

Les tourbières ont contribué à refroidir le climat terrestre pendant l’Holocène en accumulant un réservoir de carbone important. Dans la forêt boréale canadienne, les sols gelés en permanence (pergélisols) sont répandus et ceux-ci sont principalement localisés dans les tourbières où ils forment des plateaux surélevés. Le dégel du pergélisol, causé entre autres par le réchauffement atmosphérique ou d’autres perturbations, provoque l’effondrement des plateaux et la saturation en eau du sol ce qui modifie entre autres le couvert végétal et le cycle du carbone. Les modélisations suggèrent que les latitudes nordiques seront les plus affectées par le réchauffement climatique alors qu’on y observe déjà un recul du couvert du pergélisol. Il est primordial de comprendre comment le dégel du pergélisol affecte la fonction de puits de carbone des tourbières puisque des rétroactions sur le climat sont possibles si une grande quantité de gaz à effet de serre est émise ou séquestrée. J’utilise une chronoséquence représentant le temps depuis le dégel d’un plateau de pergélisol des Territoires du Nord-Ouest pour comprendre les facteurs influençant l’aggradation et la dégradation du pergélisol dans les tourbières et évaluer l’effet du dégel sur l’accumulation de carbone et la préservation du carbone déjà accumulé. Les taux d’accumulation de carbone associés à la présence de pergélisol dans le passé et au présent sont lents, et la tourbe est moins décomposée dans les secteurs ayant été affectés plus longtemps par le pergélisol. En somme, le pergélisol réduit l’accumulation de carbone en surface mais permet une meilleure préservation du carbone déjà accumulé.
Peatlands have contributed to cool the Earth's climate during the Holocene by accumulating a large carbon pool. In the Canadian boreal forest, perennially frozen soils (permafrost soils) are abundant and they are located mainly in peatlands where they form elevated plateaus. Thawing permafrost caused by atmospheric warming or other disturbances lead to the collapse of plateaus and soil saturation, impacting vegetation cover and carbon cycling. Models suggest that northern latitudes will be the most severely affected by global warming as we are already observing a decline in permafrost cover. It is important to understand how permafrost thaw affects the peatland carbon sink function as feedbacks on the climate are possible if a large amount of greenhouse gas is emitted or sequestered. I use a chronosequence representing the time since permafrost in a Northwest Territories peatland to understand the factors influencing aggradation and degradation of permafrost in peatlands and to evaluate the effect of thawing on the carbon accumulation and preservation. The carbon accumulation rates associated with the presence of permafrost in the past and present are slow, and the peat is less decomposed in areas that have been affected by permafrost longer. In sum, permafrost reduces surface carbon accumulation but allows for better preservation of the carbon already accumulated.

Les ravins de thermo-érosion constituent l’une des formes de dégradation du pergélisol les plus fréquemment observées dans l’Arctique canadien. Bien que leurs processus de formation aient fait l’objet de plusieurs études, aucune ne s’est attardée spécifiquement à dresser un portrait continu des flux de matières qu’ils génèrent au cours d’une saison d’écoulement. Ce mémoire représente une analyse à fine échelle des transferts de masse induits par ce type de perturbation. Il vise à déterminer les impacts d’une dégradation abrupte du pergélisol par thermo-érosion sur les processus hydrologiques en place et les flux de matières. Après 20 ans de développement, le ravin R-08, situé sur une terrasse de polygones à coins de glace sur l’île Bylot, au Nunavut, forme un réseau d’écoulement de 33 458 m2, auparavant inexistant. Présentant un taux de recul rapide de 390 m par année lors de son initiation, ce ravin subit aujourd’hui un recul de 5 m par année sur son axe principal, générant le transport en aval d’une quantité considérable de matière. Les analyses de l’eau qui y circule révèlent quatre signatures biogéochimiques distinctes au cours d’une saison d’écoulement, associées respectivement à la fonte printanière de la neige, à la période de récession hydrologique subséquente, aux évènements de pluie, ainsi qu’aux périodes de récession hydrologique entre ces évènements. Même si la fonte printanière nivale représente un moment crucial pour les exportations de matière, les flux de carbone organique dissous (DOC), d’azote total (TN), de calcium (Ca2+), de sodium (Na+) et de magnésium (Mg2+) les plus élevés ont été enregistrés lors des évènements de pluie. La température, et le dégel du sol qu’elle induit, représente également un vecteur d’érosion et mobilisation des sédiments vers l’aval. Les travaux démontrent que la présence d’un ravin de thermo-érosion a des impacts marqués sur la biogéochimie de l’eau qui y circule et que ces impacts sont particulièrement significatifs après la fonte printanière, alors qu’il y a propagation du front de dégel en profondeur dans le sol.
Les ravins de thermo-érosion constituent l’une des formes de dégradation du pergélisol les plus fréquemment observées dans l’Arctique canadien. Bien que leurs processus de formation aient fait l’objet de plusieurs études, aucune ne s’est attardée spécifiquement à dresser un portrait continu des flux de matières qu’ils génèrent au cours d’une saison d’écoulement. Ce mémoire représente une analyse à fine échelle des transferts de masse induits par ce type de perturbation. Il vise à déterminer les impacts d’une dégradation abrupte du pergélisol par thermo-érosion sur les processus hydrologiques en place et les flux de matières. Après 20 ans de développement, le ravin R-08, situé sur une terrasse de polygones à coins de glace sur l’île Bylot, au Nunavut, forme un réseau d’écoulement de 33 458 m2, auparavant inexistant. Présentant un taux de recul rapide de 390 m par année lors de son initiation, ce ravin subit aujourd’hui un recul de 5 m par année sur son axe principal, générant le transport en aval d’une quantité considérable de matière. Les analyses de l’eau qui y circule révèlent quatre signatures biogéochimiques distinctes au cours d’une saison d’écoulement, associées respectivement à la fonte printanière de la neige, à la période de récession hydrologique subséquente, aux évènements de pluie, ainsi qu’aux périodes de récession hydrologique entre ces évènements. Même si la fonte printanière nivale représente un moment crucial pour les exportations de matière, les flux de carbone organique dissous (DOC), d’azote total (TN), de calcium (Ca2+), de sodium (Na+) et de magnésium (Mg2+) les plus élevés ont été enregistrés lors des évènements de pluie. La température, et le dégel du sol qu’elle induit, représente également un vecteur d’érosion et mobilisation des sédiments vers l’aval. Les travaux démontrent que la présence d’un ravin de thermo-érosion a des impacts marqués sur la biogéochimie de l’eau qui y circule et que ces impacts sont particulièrement significatifs après la fonte printanière, alors qu’il y a propagation du front de dégel en profondeur dans le sol.

Les régions nordiques à pergélisol seront largement affectées par l'augmentation prévue des températures. Un nombre croissant d’infrastructures qui étaient autrefois construites avec confiance sur des sols gelés en permanence commencent déjà à montrer des signes de détérioration. Les processus engendrés par la dégradation du pergélisol peuvent causer des dommages importants aux infrastructures et entrainer des coûts élevés de réparation. En conséquence, le contexte climatique actuel commande que la planification des projets dans les régions nordiques s’effectue en tenant compte des impacts potentiels de la dégradation du pergélisol. Ce mémoire porte sur l’utilisation de systèmes d’information géographique (SIG) appliqués à l’évaluation du potentiel d’aménagement des territoires situés en milieu de pergélisol. En utilisant une approche SIG, l’objectif est d’élaborer une méthodologie permettant de produire des cartes d'évaluation des risques afin d’aider les collectivités nordiques à mieux planifier leur environnement bâti. Une analyse multi-échelle du paysage est nécessaire et doit inclure l'étude des dépôts de surface, la topographie, ainsi que les conditions du pergélisol, la végétation et les conditions de drainage. La complexité de l'ensemble des interactions qui façonnent le paysage est telle qu'il est pratiquement impossible de rendre compte de chacun d'eux ou de prévoir avec certitude la réponse du système suite à des perturbations. Ce mémoire présente aussi certaines limites liées à l’utilisation des SIG dans ce contexte spécifique et explore une méthode innovatrice permettant de quantifier l'incertitude dans les cartes d'évaluation des risques.
Northern regions underlain by permafrost will largely be affected by the projected increase in air temperature. A growing number of structures that were once built with great confidence on perennially frozen soils are already starting to show signs of deterioration. Processes caused by permafrost degradation can cause significant damages to infrastructure and require high costs of repair. The current climatic context therefore commands that the implementation of projects in permafrost regions follows a well-thought planning in order to account for the potential impacts of permafrost degradation. This thesis focuses on the use of geographic information systems (GIS) applied to the identification of the development potential of communities located in permafrost regions. Using a GIS approach, the goal is to develop a methodology to produce risk-assessment maps to help northern communities better plan their built environment. A multi-scale analysis of the landscape is necessary and should include the investigation of surficial deposits, topography, as well as permafrost, vegetation and drainage conditions. The complexity of all the interactions that shape the landscape is such that it is virtually impossible to account for all of them or to predict with certainty the response of the system following disturbances. This research also presents some of the limitations to the use of GIS in this specific context and explores an innovative method for quantifying uncertainty in risk-assessment maps.