Sauter l'index du livret et aller au contenu de la page

Rapport technique thématique no 9.- Tendances relatives aux conditions du pergélisol et à l’écologie dans le nord du Canada

Conséquences de l’évolution des conditons de pergélisol

Caractéristique importante du paysage du Nord canadien, le pergélisol a des effets sur l’environnement biophysique. Les conditions du pergélisol, les processus hydrologiques, les conditions du sol et la végétation sont fortement interdépendants (Jorgenson et al., 2001; Hinzman et al., 2005). Le pergélisol et son sol chargé de glace forment essentiellement le fondement physique de plusieurs communautés végétales et écosystèmes. Voilà pourquoi l’évolution des conditions du pergélisol, qu’elle soit le résultat de processus naturels, de changements climatiques ou d’activités anthropiques, risque d’avoir des répercussions sur les écosystèmes aquatiques et terrestres.

Plusieurs publications récentes (par exemple Woo et al., 1992; Brown et al., 2004; Smith et Burgess, 2004; Conseil du bassin du fleuve Mackenzie, 2004; ACIA, 2005) examinent les relations entre les conditions du pergélisol, l’hydrologie et la végétation, y compris les répercussions du réchauffement et du dégel du pergélisol sur les écosystèmes aquatiques et terrestres. De grandes quantités d’humidité restent emprisonnées dans le pergélisol sous forme de glace souterraine, à peine recouverte d’une mince couche (souvent inférieure à 1 mètre [m]) de sol superficiel, la couche active, soumise au gel et au dégel annuels. Là où l’on trouve du pergélisol, les échanges d’humidité et de gaz ainsi que les processus biologiques se limitent en grande partie à la couche active en période de dégel. Par l’influence qu’il exerce sur l’infiltration, le ruissellement, les réserves d’eau souterraine et l’écoulement de ces dernières, le sol gelé joue un rôle de premier plan dans l’hydrologie des régions nordiques (Woo et al., 1992).

L’épaisseur de la couche gelée et de la couche active a des effets sur la profondeur de la zone d’enracinement et sur les conditions d’humidité du sol, deux facteurs importants pour assurer la succession et la croissance des végétaux, mais aussi indirectement liés au cycle hydrologique par le biais de l’évapotranspiration (Woo et al., 1992; Hinzman et al., 2005).

La modification du bilan énergétique de surface qui résulte, par exemple, des variations de la couverture végétale dues à des processus naturels (par exemple les incendies), à des activités anthropiques (par exemple le défrichage à des fins de construction d’infrastructure) ou à des changements climatiques (température atmosphérique et précipitations) peut provoquer une hausse de température à la surface du sol, ainsi que le réchauffement et le dégel du pergélisol (par exemple Mackay, 1995; Burgess et Smith, 2003; Smith et al., 2008). Le dégel du pergélisol et des grandes quantités de glace qu’il renferme s’accompagne parfois de formation de thermokarsts par suite de l’affaissement du sol (Jorgenson et al., 2008). Comme les conditions de glace souterraine varient d’un endroit à l’autre, on observe parfois un affaissement différentiel qui crée de nouvelles irrégularités topographiques. Les conséquences de la formation de ces thermokarsts dépendent de l’état de la glace souterraine et des conditions de drainage. Des étangs thermokarstiques peuvent se former lorsqu’un sol chargé de glace et mal drainé s’affaisse.

Dans les régions subarctiques et boréales, l’inondation des racines des arbres peut se produire lorsque le drainage est mauvais et entraîner un changement dans la structure de l’écosystème, lorsque les forêts sont remplacées par des prairies humides de carex, des tourbières ainsi que des étangs et des lacs thermokarstiques (Jorgenson et al., 2001; Hinzman et al., 2005; Jorgenson et Osterkamp, 2005). La modification des conditions souterraines et le passage d’un type d’écosystème à un autre s’accompagnent inévitablement de changements dans la productivité biologique, la biomasse, les échanges gazeux, le cycle nutritif, la végétation et la biodiversité (Racine et al., 1998; Lloyd et al., 2003; Lantz et al., 2009). Dans les zones de tourbières, les plateaux de tourbe gelés qui sont normalement boisés peuvent être remplacés par des étangs ou des milieux humides de carex lorsque la tourbière riche en glace et le sol minéral sous-jacent dégèle et s’affaisse (Burgess et Tarnocai, 1997; Smith et al., 2008). C’est ainsi que des tourbières boisées se transforment en tourbières minérotrophes (Aylsworth et Kettles, 2000; Christensen et al., 2004; Hinzman et al., 2005). Globalement, la formation de thermokarsts peut donner naissance à un nouvel écosystème favorable aux oiseaux et autres espèces aquatiques, remplaçant ainsi l’écosystème boisé où vivaient des oiseaux et des mammifères terrestres (Hinzman et al., 2005). Il a également été observé que des processus thermokarstiques, y compris l’expansion des lacs résultant de l’effondrement dû au dégel (Kokelj et al., 2009a), modifient la composition chimique des lacs de la toundra, ce qui pourrait avoir des répercussions sur les écosystèmes aquatiques (Kokelj et al., 2009b).

Par ailleurs, les tourbières gelées renferment une grande quantité de carbone. Le réchauffement climatique dans les régions de pergélisol peut donc avoir une incidence sur le cycle du carbone en raison de leurs effets sur les sources et les puits de gaz à effet de serre associés au dégel ou à l’incendie des tourbières affectées par le pergélisol (par exemple Robinson et Moore, 2000).

Haut de la page

Plus le pergélisol dégèle en profondeur, plus les barrières qui empêchent l’eau de s’infiltrer dans le sol se désagrègent. Suivant les précipitations et les conditions du sol (c’est-à-dire les caractéristiques de drainage), les couches superficielles du sol risquent de se dessécher, une éventualité susceptible d’avoir des répercussions sur la dynamique des écosystèmes (Yoshikawa et Hinzman, 2003). Cette sécheresse pourrait bien augmenter la vulnérabilité de la végétation aux incendies de forêt (Hinzman et al., 2004; Hinzman et al., 2005).

Si la couche active s’épaissit et des brèches se forment dans le pergélisol, le drainage vers la subsurface risque d’augmenter et de toucher éventuellement les milieux humides, les étangs et les lacs (Smith et al., 2005a). Plusieurs études signalent une tendance à l’assèchement de lacs thermokarstiques et d’autres plans d’eau de diverses régions, par exemple dans la plaine Old Crow du Yukon (Labrecque et al., 2001), en Alaska (Yoshikawa et Hinzman, 2003) et en Sibérie (Smith et al., 2005a). Dans les endroits où le pergélisol renferme une grande quantité de glace souterraine, le dégel et l’érosion des chenaux d’écoulement risquent d’entraîner le drainage catastrophique de lacs, comme cela s’est déjà produit dans le nord-ouest du Canada (Marsh et Neumann, 2001; Marsh, 2008; Marsh et al., 2009).

Toute modification du pergélisol qui entraîne une transition vers des milieux plus secs, comme la toundra arbustive ou forestière, peut causer la perte d’écosystèmes aquatiques. Certaines communautés végétales incapables de coloniser les sols froids et mal drainés qui reposent sur le pergélisol pourraient prospérer sous des conditions plus chaudes et plus sèches. Sur la rive des étangs thermokarstiques, par exemple, l’assèchement qui découlerait d’une amélioration du drainage pourrait favoriser la croissance d’arbres et de grands arbustes (Lloyd et al., 2003; Hinzman et al., 2004; Hinzman et al., 2005). Signalons en outre que la croissance de ces arbres et arbustes pourrait aussi avoir des effets sur le régime thermique du sol et les conditions du pergélisol en favorisant l’accumulation de neige, ce qui créerait des conditions propices au réchauffement de la subsurface en hiver et à une nouvelle dégradation du pergélisol (Smith, 1975).

Dans le désert polaire de l’Extrême Arctique, les milieux humides épars, dont les conditions hydrologiques et écologiques sont essentielles à la survie des végétaux, des insectes, des oiseaux et des rongeurs, ont absolument besoin d’une nappe phréatique de niveau suffisamment élevé (Woo et Young, 1998). En limitant le drainage, une couche active mince aide à maintenir le niveau de la nappe phréatique. Par contre, tout épaississement de la couche active qui résulterait du réchauffement du sol risque d’améliorer le drainage et d’abaisser le niveau de la nappe phréatique. En outre, si le dégel du pergélisol sous-jacent, chargé de glace, provoque un effondrement et de l’érosion, la nappe phréatique risque fort de disparaître et des processus thermokarstiques viendront disséquer le paysage et vider les milieux humides de leur eau (Woo et al., 2006; Woo et Young, 2006). La perte de ces milieux humides aurait pour effet de modifier la composition végétale de l’écosystème et pourrait entraîner la perte d’habitat pour les espèces sauvages (Woo et al., 2006), en particulier le bœuf musqué, habitant estival des milieux humides.

En temps normal, l’écoulement fluvial réagit rapidement à la fonte des neiges et aux épisodes pluvieux en présence de pergélisol, puisque la couche active devient vite saturée et que la majeure partie de l’eau s’écoule en surface jusqu’au cours d’eau (Woo, 1976). C’est ce qui explique que, dans les régions de pergélisol, les bassins hydrographiques affichent un rapport ruissellement-pluie élevé et que l’écoulement fluvial diminue rapidement après un épisode de précipitations ou de dégel. En effet, le pergélisol limite l’écoulement de l’eau souterraine (le débit de base) vers le cours d’eau (Kane et al., 1998; Lilly et al., 1998). Plus le pergélisol se dégrade et la couche active s’épaissit, plus l’écoulement hypodermique prend de l’importance et uniformise la répartition annuelle du débit (Woo et al., 1992; Michel et Vaneverdingen, 1994; Hinzman et al., 2005). Dans de nombreux cours d’eau de la région de pergélisol, il n’existe souvent aucun ou très peu de débit hivernal, mais avec la dégradation du pergélisol (en particulier dans la zone où le pergélisol est sporadique), qui pourrait mener à la formation de talik (zones non gelées), le débit de base hivernal augmentera pour maintenir l’écoulement fluvial hivernal (Hinzman et Kane, 1992; Yoshikawa et Hinzman, 2003; Janowicz, 2008). Les débits de pointe en été devraient également diminuer au fur et à mesure que le pergélisol se dégrade en raison de l’augmentation de l’infiltration (et de la diminution du ruissellement) et de l’écoulement hypodermique (Yoshikawa et Hinzman, 2003; Hinzman et al., 2005).

Cette modification de l’écoulement fluvial et des niveaux d’eau pourrait entraîner des changements au sein des écosystèmes aquatiques et de l’habitat du poisson. Par ailleurs, à cause de l’apport accru de l’écoulement hypodermique et de l’écoulement souterrain aux plans d’eau de surface, la composition chimique de l’eau pourrait changer avec l’arrivée d’une charge accrue d’élément dissous, ce qui risque aussi de nuire aux poissons et à d’autres organismes aquatiques (Hinzman et Kane, 1992; Michel et Vaneverdingen, 1994; Hinzman et al., 2005; Frey et McClelland, 2009). L’affaissement et l’érosion qui risquent de se produire le long des cours d’eau par suite du dégel du pergélisol chargé de glace, ainsi que la perte de solidité qui s’ensuivrait, pourraient donner lieu à un envasement accru et à la formation de barrages, entraînant la dérivation de ces cours d’eau, voire des inondations en amont (Aylsworth et al., 2000; Lamoureux et Lafreniere, 2009). Toutes ces possibilités constituent des menaces pour les habitats aquatiques.

La perte de force portante, le tassement des sols et l’augmentation de leur perméabilité, trois conséquences possibles du dégel du pergélisol chargé de glace, auraient des répercussions majeures sur l’infrastructure des régions nordiques (par exemple Smith et al., 2001a; Couture et al., 2003). Il faut s’inquiéter particulièrement de la perte d’intégrité des structures de confinement, notamment les albraques, les bassins et amas de résidus et les autres lieux de stockage de déchets, qui ont souvent besoin du pergélisol pour isoler les contaminants du milieu environnant. L’incapacité à maintenir un sol gelé en permanence risque d’augmenter la perméabilité du sol, provoquant ainsi une perte d’intégrité des barrages de confinement et la mobilisation des contaminants, au détriment probable des écosystèmes terrestres et aquatiques (par exemple Dyke, 2001; Hayley et Horne, 2008; Furgal et al., 2008).

Haut de la page