Le pergélisol, ou permafrost : un écosystème gelé aux implications mondiales

Qu’est-ce que le pergélisol ?

Le pergélisol, également connu sous le nom de « permafrost », est une forme de sol gelé en permanence qui se trouve dans les régions polaires et subpolaires de notre planète.
Ce sol est constitué d’une combinaison de glace, d’eau et de matière organique gelée. Bien que le pergélisol soit souvent associé aux zones climatiques froides, il peut également exister à des latitudes plus basses, dans des zones de haute montagne.
Bien que relativement méconnu du grand public, la surface occupée par cet écosystème est colossale : le pergélisol occupe près d’un quart des terres émergées de l’hémisphère nord, soit environ 15 à 18 millions de kilomètres carrés. Cela représente plus de 30 fois la superficie de la France !
Le pergélisol joue un rôle crucial dans le maintien de l’équilibre écologique de ces régions, en abritant une riche biodiversité (micro-organismes, flore et faune adaptées à ces conditions extrêmes) et en stockant d’importantes quantités d’eau et de carbone sous forme organique.

Quelle est l’épaisseur du pergélisol ?

Une question que les voyageurs sont amenés à se poser lorsqu’ils foulent pour la première fois cet étrange écosystème gelé en profondeur, est celle de son épaisseur : marchons-nous sur quelques centimètres de sol gelé, quelques mètres, ou plus ?
L’épaisseur maximale du pergélisol varie en fonction de plusieurs facteurs, tels que la latitude, l’altitude, le climat local et la géologie du terrain. En général, les régions plus proches des côtes et influencées par la présence de la mer peuvent avoir une épaisseur de pergélisol plus faible en raison de l’effet modérateur de l’océan. Tout près des côtes, son épaisseur peut être limitée à quelques mètres. Mais, dans certaines régions, l’épaisseur du pergélisol peut atteindre plusieurs centaines de mètres, notamment dans l’Arctique canadien, ou encore dans les régions intérieures de l’archipel du Svalbard où certains chercheurs ont estimé son épaisseur à plus de 400 m.
Toutefois, il existe des régions dans lesquelles l’épaisseur du pergélisol bat tous les records. Ainsi, dans certaines parties de la Sibérie, en Yakoutie notamment, on estime que l’épaisseur maximale du pergélisol peut dépasser 1 500 mètres ! Cela est dû à des conditions climatiques extrêmement froides et à une accumulation de matériel organique gelé sur de longues périodes de temps, notamment sur plusieurs cycles glaciaires.
Le pergélisol a donc une histoire plurimillénaire, ce qui en fait un lieu de recherche privilégié pour les paléontologues.

Le pergélisol, caverne d’Ali Baba des paléontologues

En raison de sa nature gelée et de sa capacité à préserver les matériaux organiques pendant de longues périodes, le pergélisol a permis aux paléontologues de faire de précieuses découvertes.
Le pergélisol a délivré des restes fossilisés d’animaux préhistoriques qui vivaient il y a des milliers ou dizaines de milliers d’années, tels que des mammouths, des bisons, des steppes et des rhinocéros laineux. Ces cadavres sont si bien préservés que le séquençage intégral du génome du mammouth laineux a pu être réalisé. Svante Pääbo, généticien suédois, a d’ailleurs reçu le prix Nobel pour ses recherches sur l’ADN ancien, recherches qui l’avaient amené à découvrir et extraire des gènes de mammouth de Sibérie dès 1994.
Les cadavres presque intacts de la faune passée fournissent des informations précieuses sur les écosystèmes qui peuplaient ces régions dans le passé et permettent aux paléontologues de mieux comprendre l’évolution et l’extinction de ces espèces au gré des fluctuations climatiques.

L’une des découvertes récentes les plus spectaculaires a été réalisée il y a peu dans le pergélisol du nord du Groenland. En décembre 2022, l’équipe d’Eske Willerslev, de l’université de Cambridge, a annoncé avoir découvert et séquencé des fragments d’ADN datant de plus de 2 millions d’années (!), un record absolu dans le domaine. Auparavant, nul ne pensait pouvoir séquencer de l’ADN aussi ancien. Ces fragments d’ADN ont permis de reconstituer l’environnement de l’époque au nord du Groenland, un écosystème à la flore variée peuplée par des lièvres, des rennes et des Mastodontes (des grands mammifères herbivores disparus, cousins des Mammouths).

Et ce n’est qu’un début : les chercheurs s’attendent à de nouvelles découvertes dans le domaine de la paléogénétique, le pergélisol constituant ainsi un merveilleux coffre aux trésors à l’échelle mondiale pour reconstituer l’histoire passée de notre planète.

Les sédiments du pergélisol peuvent également délivrer des grains de pollen et des spores végétales datant de plusieurs milliers d’années, permettant de reconstituer les paysages disparus et surtout de reconstruire les changements climatiques passés. Cette science consistant en l’étude des pollens anciens, la « palynologie », nous aide à comprendre comment les écosystèmes ont évolués au fil du temps et comment ils pourraient réagir aux changements environnementaux actuels.

Les sites archéologiques situés dans des régions où le pergélisol abonde ont également délivré des outils fabriqués par nos ancêtres. Des pointes de projectiles, des outils en os et en pierre, des vêtements et des habitats anciens ont été découverts dans le pergélisol en Alaska et au Canada notamment. Ces découvertes aident à retracer l’histoire de l’occupation humaine de ces régions et à comprendre les modes de vie et les adaptations des cultures anciennes aux climats froids.

Mais où peut-on observer le pergélisol ?

Le pergélisol est très présent au Canada, où il occupe principalement les régions nordiques du pays, notamment les Territoires du Nord-Ouest, le Yukon, le Nunavut et certaines parties du Québec et de Terre-Neuve-et-Labrador. Les communautés autochtones du Nord canadien dépendent souvent du pergélisol dans le cadre de leur mode de vie traditionnel, puisqu’il fournit de nombreuses ressources au travers de la faune et de la flore associée au pergélisol. Les caribous, par exemple, paissent sur les prairies qui se développent au printemps et en été sur la partie superficielle du pergélisol, laquelle fond temporairement à la belle saison, avant de congeler à nouveau en hiver.

On le trouve également en Russie, le pays avec la plus grande étendue de pergélisol au monde. Il y couvre une grande partie de la Sibérie et de l’Extrême-Orient russe, notamment dans des régions telles que la péninsule de Yamal, la Yakoutie et la Tchoukotka. C’est dans cette partie du monde que l’on trouve certaines des zones de pergélisol les plus épaisses et les plus profondes.

Le Groenland est principalement recouvert de glace et de pergélisol. Le pergélisol est un enjeu de société majeur au Groenland, car sa fonte peut provoquer l’affaissement des côtes et l’érosion des sols gelés le long des zones côtières. Cela a un impact sur les communautés locales, en particulier les villages autochtones, en perturbant les infrastructures et les habitats côtiers.

On trouve également du pergélisol en Alaska, en Norvège continentale, et dans les parties les plus nordiques de la Suède et de la Finlande, où les paysages de la Laponie sont indissociables du pergélisol. L’Islande possède également des zones de pergélisol dans les hautes terres intérieures. D’autres pays tels que le Kazakhstan et la Chine ont également des régions où le pergélisol se trouve dans les zones froides et montagneuses. On parlera alors de « pergélisol alpin » par opposition au « pergélisol arctique » des hautes latitudes.
Mais s’il est un lieu de prédilection pour observer facilement les splendeurs inattendues du pergélisol, c’est sans nul doute l’archipel du Svalbard.

5 bonnes raisons de venir observer le pergélisol au Svalbard

1. Un écosystème à portée de main.

Le pergélisol est facilement observable au Svalbard, porte d’entrée de l’Arctique, où il recouvre la majeure partie du territoire non occupé par les glaces. Il est abondant et varié, et peut être observé lors des nombreuses excursions à terre effectuées lors des voyages de découverte de l’archipel.

2. Un repaire pour la faune polaire.

C’est sur le pergélisol que de nombreux oiseaux migrateurs viennent déposer leurs œufs durant l’été, comme les Eiders à duvet, les Sternes arctiques ou les Labbes. Cet écosystème abrite également l’Ours blanc et le Renard Polaire, espèces emblématiques du grand nord s’il en est, lesquelles raffolent de la consommation des œufs et poussins d’oiseaux. Enfin, les Rennes du Svalbard, une sous-espèce endémique de l’archipel, paissent dans les « prairies » éphémères qui se forment lorsque la partie superficielle du pergélisol fond, au printemps et en été.

3. Découvrir les trésors de la flore arctique.

Si le sol gelé en profondeur ne permet pas aux grands arbres de se développer, des espèces intrigantes d’arbrisseaux rampants s’y sont développées, tel le saule polaire ou le boulot nain. Ces « forêts miniatures », dont la canopée ne dépasse guère quelques centimètres de hauteur, sont constellés des tâches colorées d’autres raretés botaniques, tels que les saxifrages, les dryades à 8 pétales ou le Pavot Arctique, ce « coquelicot polaire » aux fleurs jaune pâle étant par ailleurs l’emblème du Svalbard. Une excursion au Svalbard est l’occasion d’en apprendre plus sur les adaptations de ses végétaux à conditions extrêmes : duvet, disposition en coussinet, molécules antigel et systèmes de reproduction insolites.

4. Observer les effets du ballet des températures extrêmes sur le paysage.

Outre l’observation de la faune et la flore, le pergélisol du Svalbard est l’occasion d’apprendre de nouveaux mots tels que « cryoclastie », « gélifraction » ou « solifluxion », phénomènes typiques des latitudes élevées.

La gélifraction, synonyme de cryoclastie ou de gélivation, est l’effet spectaculaire de l’alternance gel-dégel sur les roches, lesquelles seront fragmentées en tranches sous l’effet des variations de température. Le produit de cette forme extrême d’érosion est appelé « gélifract » : imaginez une roche saucissonnée en fines lamelles, quelle que soit sa dureté. Ainsi, au cours d’une excursion à terre Svalbard, il n’est pas rare de trouver des granites fendus comme des ardoises !

La solifluxion est un autre processus géomorphologique étrange mais répandu en Arctique et dans les régions subarctiques, et bien connu de ses habitants. La solifluxion se produit principalement pendant la période estivale, lorsque la partie supérieure du sol dégèle temporairement en surface tandis que les couches inférieures restent gelées. L’eau de fonte ou les précipitations s’infiltrent dans le sol dégelé, créant une zone de saturation. En raison de l’incapacité du sol gelé en profondeur à absorber l’eau, celle-ci se déplace horizontalement le long de la surface de congélation du sol, créant une couche de boue fluide.
Autrement dit, la solifluxion c’est la « liquéfaction » d’un sol qui s’écoule tel un improbable fleuve de boue, terre et roches, contribuant à modelé le paysage. La boue fluide formée par la solifluxion s’écoule lentement vers les parties inférieures des pentes, généralement dans des vallées ou des dépressions topographiques. Ce mouvement du sol est souvent accompagné de la déformation des couches supérieures, formant des lobes de débris déformés ou des talus inclinés.
La solifluxion peut causer des problèmes importants dans les régions de pergélisol, notamment des mouvements de terrain, des glissements de terrain et des déformations du paysage. Elle peut également endommager les infrastructures, tels que les routes, les pipelines et les habitations. Si vous avez l’occasion de discuter avec les habitants de Longyearbyen, vous verrez que ce sujet est au cœur de leurs préoccupations, la ville ayant été frappée par des glissements de terrain dramatiques en lien avec la fonte du pergélisol.

5. Observer des « cercles de fées » et tenter de résoudre une énigme scientifique.

Les cercles de pierres dans le pergélisol en Arctique, également connus sous le nom de « cercles de fées », sont des formations géomorphologiques intrigantes et mystérieuses. Lors d’une promenade au Svalbard, il n’est pas rare d’observer, parfois sur de vastes surfaces, des milliers de pierres harmonieusement disposées en une multitude de cercles quasi-parfaits, comme si la main d’un artiste était passée par là.
La formation exacte de ces cercles de pierre n’est pas encore entièrement comprise. L’hypothèse la plus couramment avancée suggère que les cercles de pierre se forment par un processus appelé « cryoturbation » (un nouveau mot compliqué à ajouter à votre lexique de voyageur polaire !). Le pergélisol se contracte et se dilate en raison des variations saisonnières de la température, créant des mouvements verticaux et horizontaux du sol. Ces mouvements de sol, combinés à l’action du gel et du dégel, peuvent entraîner la formation de cercles concentriques de pierres en déplaçant les sols. D’autres explications font appel à des processus d’érosion différentielle amenant les pierres à migrer vers la surface et à s’y disposer de manière géométrique, ou encore à des processus biologiques. Mais, très honnêtement, l’explication la plus probable réside certainement dans l’existence des fées polaires qui s’amusent à déplacer secrètement les cailloux. Il ne reste plus qu’à les photographier…

Le pergélisol à l’heure du changement global

Le pergélisol est actuellement confronté à des défis sans précédent à l’échelle mondiale en raison du réchauffement climatique. Les températures atmosphériques plus élevées (tout particulièrement en Arctique) entraînent la fonte du pergélisol, ce qui a des conséquences majeures sur l’environnement et les communautés qui en dépendent.

Le pergélisol emmagasine naturellement d’énormes quantités de carbone organique gelé depuis des milliers d’années. Lorsque le pergélisol fond, une partie de ce carbone est libérée sous forme de gaz à effet de serre, tels que le dioxyde de carbone (CO2) et le méthane (CH4), contribuant ainsi au réchauffement climatique.
Ce phénomène est un cercle vicieux, car ce réchauffement entraîne une aggravation de la fonte du pergélisol, qui à son tour libère davantage de gaz à effet de serre. C’est ce que les climatologues appellent « une boucle de rétroaction positive ». Ces phénomènes d’amplification du réchauffement climatique pourraient en partie expliquer le réchauffement drastique de l’Arctique, lequel est 2 à 3 fois plus rapide que dans le reste du monde (voire plus de 10 à 12 fois plus rapide dans certaines zones comme au niveau de la mer de Barents).

Selon les scénarios du GIEC les plus optimistes, d’ici 2100, 30% de la surface du pergélisol pourrait disparaître.
Outre les gaz à effet de serre, la fonte du pergélisol peut également provoquer des changements géologiques et géomorphologiques. Les sols autrefois gelés deviennent instables et peuvent s’affaisser, créant des dépressions appelées « thermokarsts » (encore un mot utile pour votre partie de Scrabble polaire). Ces dépressions peuvent entraîner des inondations, altérer les cours d’eau et détruire les habitats naturels.
Ainsi a-t-on vu, ces dernières années, des routes, des bâtiments et des pipelines se déformer et se disloquer, leurs fondations ayant été posées sur un sous-sol gelé qui ne l’est plus. A Iqaluit, au Nunavut (Canada), la piste de l’aéroport a dû être refaite. A Salluit, à l’extrême nord du Québec, c’est la caserne de pompier s’est effondrée.

Plus inquiétant encore, la fonte du pergélisol est susceptible de libérer de nombreux virus, oubliés ou inconnus. En 2016, un enfant a ainsi été tué par un virus d’anthrax (maladie du charbon) qui avait été libéré suite au dégel d’un cadavre de renne vieux de 70 ans. Plus récemment, des scientifiques ont réussi à isoler dans le pergélisol des souches de virus vieille de plusieurs dizaines de milliers d’années.
Les populations autochtones qui dépendent du pergélisol pour leur subsistance font face à de nombreux autres défis. La fonte du pergélisol affecte les migrations animales, les zones de pêche et les plantes comestibles traditionnelles. Cela perturbe les modes de vie et les pratiques culturelles, mettant en péril la sécurité alimentaire et la préservation des modes de vie traditionnels.
Les efforts pour atténuer les effets de la fonte du pergélisol impliquent la réduction des émissions de gaz à effet de serre à l’échelle mondiale. Cela nécessite une transition vers des sources d’énergie renouvelables, la protection des écosystèmes naturels et la promotion de pratiques durables.

En résumé : agir pour la planète c’est préserver le pergélisol

En conclusion, le pergélisol est un écosystème gelé d’une importance vitale pour la planète. Sa fonte accélérée due au réchauffement climatique a des conséquences profondes sur le climat mondial, les écosystèmes et les communautés locales. La compréhension de ces impacts et la mise en place de mesures pour atténuer le changement climatique sont essentielles pour préserver cet écosystème fragile et maintenir l’équilibre de notre planète. Le pergélisol est un réservoir de biodiversité à préserver, tout particulièrement au Svalbard où chacune et chacun d’entre nous aimerait continuer à voir les ours déambuler nonchalamment sur de vastes étendues de toundra, et cela pour l’éternité !

Petit lexique pour mieux comprendre le pergélisol (et pour briller lors de votre Scrabble polaire)

Pergélisol : sol gelé au moins deux années consécutives, au moins dans sa partie profonde. Par extension : sol gelé en permanence, parfois depuis plusieurs milliers d’années.
Permafrost : synonyme de pergélisol
Cryosol : littéralement, « sol gelé ». Terme plus scientifique pour désigner ce que le grand public connaît plutôt sous le nom de pergélisol (= permafrost). Pour certains, le pergélisol ne désigne que la couche profonde du sol, celle qui est perpétuellement gelée, tandis que le cryosol désigne l’ensemble (la couche gelée + la couche superficielle du sol qui dégèle une partie de l’année)
Cryoturbation (= géliturbation) : mécanisme de brassage des sols dû à l’alternance du gel et du dégel, pouvant provoquer par exemple les déplacements des éléments rocheux et l’apparition de formes géométriques.
Gélifraction (= cryoclastie) : érosion mécanique (fragmentation) des roches due à l’alternance du gel et du dégel, conduisant à briser la roche par exemple par infiltration d’eau lors du dégel puis augmentation du volume de l’eau interstitielle lorsqu’elle gèle.
Solifluxion : écoulement lent du sol dans son ensemble, en lien avec la fonte d’une partie de l’eau gelée constituant le cryosol. Peut engendrer des déformations du sol voire des glissements de terrain.
Paléo-environnement : reconstitution d’un environnement disparu, par exemple à partir des fragments d’ADN, des pollens et des spores contenues dans une strate donnée du pergélisol

Vincent Lecomte, Docteur en écologie polaire et professeur agrégé de Sciences Naturelles à l’Université de Bourgogne, guide chez Grands Espaces.

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