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

Tendances des conditions du pergélisol dans les différentes écozones+

Des résultats récents provenant des sites de surveillance thermique du pergélisol indiquent que le réchauffement du pergélisol se produit dans l’ensemble des zones de pergélisol (par exemple Smith et al., 2005b), bien que l’ampleur de ce réchauffement varie selon le secteur. Depuis les années 1980, le pergélisol peu profond se réchauffe de 0,3 à 0,6 °C par décennie dans le centre et le nord de la région du Mackenzie, découlant d’une augmentation généralisée de la température atmosphérique. Un réchauffement du pergélisol peu profond a aussi été observé dans l’est de l’Arctique et l’Extrême Arctique, essentiellement à la fin des années 1990. L’étude de la perte de tourbières gelées nous donne de nouvelles preuves du réchauffement et du dégel du pergélisol depuis quelques décennies, en particulier dans la partie sud de la région de pergélisol. Voici, en résumé, les changements récemment observés dans les conditions du pergélisol des différentes écozones+.

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Écozone+ de la taïga des plaines

Grâce au vaste réseau de surveillance du pergélisol mis en place dans la vallée du Mackenzie, dans l’ouest du Canada, il existe des registres des températures du pergélisol de cette région, jusqu’à des profondeurs de 20 à 30 m. Certains de ces registres remontent à plus de 20 ans. Dans le centre de la vallée du Mackenzie (près de Norman Wells), où le pergélisol atteint jusqu’à 50 md’épaisseur et se maintient à des températures d’environ −1 °C, un réchauffement de 0,3 °C par décennie a été observé depuis le milieu des années 1980, à une profondeur de 10 m, comme il est illustré dans la Figure 2 (Smith et al., 2005b; Romanovsky et al., 2007). Des augmentations semblables de température du pergélisol de 0,1 à 0,2 °C par décennie, à une profondeur de 15 m, se sont produites depuis les années 1960 dans un pergélisol plus froid (−2 à −3 °C) dans des forêts d’épinettes de la partie nord de l’écozone+ dans le delta du Mackenzie (Kanigan et al., 2008). Kokelj et al., (2007b) ont constaté que les coins de glace étaient inactifs dans les forêts d’épinettes de l’est du delta de Mackenzie, ce qui suggère un réchauffement des conditions hivernales.

Figure 2. Températures du sol de 1984 à 2007 à une profondeur de près de 10 m, dans la vallée du Mackenzie, au sud de Norman Wells.

graphique

Description longue pour la figure 2

Ce graphique linéaire montre les températures du sol de 1984 à 2007 à une profondeur de près de 10 m, dans la vallée du Mackenzie, au sud de Norman Wells. Les sites de Norman Wells et Wrigley (mesurés à 12 mètres) présentent des températures d'environ -1 °C avec une tendance au réchauffement de 0,3 °C et 0,1 °C par décennie, respectivement. Les sites de Fort Simpson et du nord de l'Alberta (mesurés à 10 mètres) présentent des températures ambiantes d'environ 0 °C.

Signalons que la fréquence de la prise de mesures a été réduite au milieu des années 1990 dans les deux sites les plus au sud.
Source : Adapté et mis à jour de Smith
et al. (2005b)

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Dans le sud de la vallée du Mackenzie (près de Fort Simpson) et le nord de l’Alberta, où le pergélisol devient irrégulier et plus chaud qu’au nord (températures avoisinant 0 °C), le pergélisol subit des augmentations de température beaucoup moins marquées (Figure 2). Cette absence de tendance ou cette réduction de l’augmentation de la température du pergélisol dans un pergélisol chaud est probablement attribuable à la grande quantité de chaleur latente nécessaire au changement de phase dans les sédiments non consolidés riches en glace (Smith et al., 2005b). Dans la partie sud de l’écozone+, le pergélisol se trouve presque essentiellement sous des sols organiques. Une grande partie de ce pergélisol date vraisemblablement du Petit Âge glaciaire et a survécu au climat doux grâce à l’épaisse couche de tourbe isolante qui le recouvre (par exemple Halsey et al., 1995). Étant donné que le pergélisol de ces tourbières renferme habituellement une forte proportion de glace, il a tendance à devenir isotherme en profondeur lorsque la température avoisine 0 °C (Smith et al., 2008). Des augmentations de la profondeur du dégel ont été observées (Burgess et Smith, 2003), et certains sites où la couche de pergélisol est particulièrement mince (moins de 5 md’épaisseur) se sont complètement dégradés au cours des 10 à 20 dernières années (Figure 3) (Burgess et Smith, 2003).

Figure 3. Profil des températures du sol en septembre, de 1985 à 2001, dans une tourbière en dégradation près de Fort Simpson (Territoires du Nord-Ouest).

graphique

Description longue pour la figure 3

Ce graphique linéaire montre le profil des températures du sol en septembre, de 1985 à 2001, dans une tourbière en dégradation près de Fort Simpson (Territoires du Nord‐Ouest). Les profils sur cinq ans indiquent clairement une tendance générale de réchauffement pour la période. En 1998, la température monte en flèche à 0,5 mètre, atteignant environ 4,6 °C, mais retourne à 1 °C, comme pour les années précédentes, en 2000. Le profil de 2001 montre un changement important à partir de 2000 pour les mesures à des profondeurs de 1,5, 2 et 2,5 mètres, augmentant à environ 1,6, 2 et de 0,8 °C, respectivement.

Source : Adapté de Smith et al.(2008)

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D’autres manifestations de l’évolution des conditions du pergélisol dans le sud de la taïga des plaines ressortent de l’analyse de photographies aériennes, réalisée pour déterminer la variation de la superficie de tourbières gelées au fil du temps. Après l’examen de quatre sites du sud de la vallée du Mackenzie, Beilman et Robinson (2003) ont conclu que, durant la deuxième moitié du 20e siècle, la superficie des tourbières gelées avait diminué de 10 à 50 %. En moyenne, 22 % des plateaux tourbeux se sont dégradés au cours de cette période.

Cette modification de la répartition et de l’état thermique du pergélisol au sein de l’écozone+ de la taïga des plaines concorde avec l’évolution de la température atmosphérique depuis quelques décennies, mais pour déterminer la réaction du pergélisol face au réchauffement climatique, il faut aussi tenir compte des variations de l’enneigement. En effet, la couche de neige joue un rôle d’isolant et limite la perte de chaleur du sol durant l’hiver. Ainsi, les sols très enneigés ont une température hivernale plus élevée que celle des sols où la couche de neige est minime (par exemple Goodrich, 1982; Burgess et Smith, 2000; Burn et al., 2009). Par ailleurs, les tourbières gelées subissent une évolution naturelle en trois temps : dans un premier temps, le pergélisol se forme; il devient stable durant la période de maturité; et enfin, la dégradation thermique qui survient à la phase de surmaturité provoque le dégel du pergélisol et l’affaissement de la tourbière en superficie (Burgess et Tarnocai, 1997). Les feux de friche peuvent aussi modifier les conditions du pergélisol (Mackay, 1995). Dans le cas d’incendies graves, l’élimination de la végétation peut s’accompagner de dommages à la couche organique superficielle isolante. Cette réduction de la capacité d’isolation, conjuguée à l’accroissement de l’albédo en surface, crée des conditions propices au réchauffement et au dégel du sol, comme cela s’est produit dans les terres organiques du nord de l’Alberta après les incendies de 2004 (Smith et al., 2008).

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Écozone+ de la taïga du Bouclier

Payette et al.(2004) ont quantifié l’évolution de la répartition des tourbières gelées du nord du Québec et de la côte est de la baie d’Hudson. À l’aide de photographies aériennes, les chercheurs ont caractérisé l’évolution du pergélisol et des étangs thermokarstiques entre 1957 et 2003. Comme il est démontré dans le Tableau 1, les résultats obtenus témoignent de la dégradation du pergélisol depuis 1957 et de l’accélération de la perte de superficie des tourbières gelées depuis 1993 (5,3 % par année). Le dégel de la glace souterraine a provoqué un affaissement de 1 à 1,5 m de la surface. D’après Payette et al. (2004), l’accélération du dégel du pergélisol est principalement attribuable à l’augmentation des précipitations neigeuses et de la température atmosphérique. Par ailleurs, la superficie des étangs thermokarstiques a aussi augmenté durant cette période (Beaulieu et Allard, 2003; Vallee et Payette, 2007). D’après l’analyse de photographies aériennes et d’images satellites, Fortier et Aubé-Maurice (2008) concluent que la perte de pergélisol se poursuit dans cette région; entre 1957 et 2005, on note un recul de 40 % de la superficie du pergélisol près d’Umiujaq et une augmentation de 175 % des phénomènes thermokarstiques. Dans le nord du Québec, la surveillance de la température du pergélisol peu profond témoigne aussi du réchauffement en cours depuis 1993 (Allard et al., 2007).

Tableau 1. Taux de dégradation du pergélisol dans les tourbières gelées du nord du Québec.
PériodeTaux de dégradation du pergélisol
1957-19832,5 % par an
1983-19932,8 % par an
1993-20035,3 % par an

Source : Payette et al. (2004)

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Écozone+ des plaines boréales

Dans les plaines boréales, le pergélisol est irrégulier et se limite aux tourbières. Le pergélisol de cette zone a connu une grande activité depuis le dernier millénaire (Vitt et al., 2000). Vraisemblablement formé sous le climat froid du Petit Âge glaciaire, il a persisté grâce à l’isolation que lui procure la tourbe. Après analyse de photographies aériennes, Beilman et al. (2001) et Beilman et Robinson (2003) ont conclu que le pergélisol de certaines régions, en particulier à la limite sud de la zone de pergélisol, avait complètement fondu au cours du siècle dernier. Selon Beilman et Robinson (2003), entre 32 et 70 % de la superficie des palses observées sur le terrain en Alberta a subi une dégradation au cours des 100 à 150 dernières années.

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Écozone+ du Bouclier boréal

Comme dans les plaines boréales, le pergélisol du Bouclier boréal se limite essentiellement aux sols organiques. L’analyse de photographies aériennes et la mesure du taux d’affaissement des tourbières témoignent du dégel qui affecte le pergélisol du nord de la Saskatchewan et du Manitoba depuis 50 à 100 ans (Beilman et al., 2001; Beilman et Robinson, 2003; Camill, 2005). D’après Beilman et Robinson (2003), de 53 à 64 % de la superficie des palses observées sur le terrain en Saskatchewan et au Manitoba a subi une dégradation au cours des 100 à 150 dernières années. Cette dégradation du pergélisol a été attribuée aux changements climatiques, bien que les tourbières gelées passent par un cycle naturel de formation et de fonte du pergélisol (voir la section sur la taïga des plaines).

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Écozone+ de la Cordillère boréale

Les renseignements disponibles semblent insuffisants pour caractériser l’évolution du pergélisol dans le sud du Yukon et le nord de la Colombie-Britannique. Cependant, quelques données sont disponibles relativement à certains sites du corridor de la route de l’Alaska. Dans la vallée de la rivière Takhini, au Yukon, les données de température du pergélisol peu profond enregistrées de 1983 à 1996 ne révèlent aucune tendance claire (Burn, 1998). Dans le centre du Yukon, à Mayo, les mesures de profondeur de dégel recueillies à un site forestier dans les années 1990 n’indiquent aucune augmentation de cette profondeur (Haeberli et Burn, 2002).

D’après les résultats préliminaires d’études de terrain réalisées en 2007 dans le corridor de la route de l’Alaska, entre Whitehorse (Yukon) et Fort St. John(Colombie-Britannique), pour mesurer la profondeur jusqu’au niveau supérieur du pergélisol (James et al., 2008), la profondeur du dégel aurait augmenté par rapport aux mesures effectuées en 1964 par Brown (1967). Ces résultats indiquent en outre qu’à plus de la moitié des points d’observation, le pergélisol a subi une certaine dégradation depuis 40 ans.

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Écozone+ de l’Arctique

Le réseau de sites de surveillance établis de l’est à l’ouest de l’Arctique et dans l’Extrême Arctique nous renseigne sur les tendances récentes des températures du pergélisol de l’écozone+ de l’Arctique. En général, les changements observés dans les températures du pergélisol peu profond au cours de la dernière décennie sont plus importants dans l’Arctique comparativement aux zones situées au sud de la limite forestière (taïga et zones boréales) en raison de l’absence d’une zone tampon créée par la végétation et d’épaisses couches de neige. En outre, vu l’absence de changements de phase et d’eau non gelée, rien ne vient obstruer les signaux du climat dans ce pergélisol froid, ce qui explique le lien direct entre les variations de la température atmosphérique et celles de la température du pergélisol.

Dans l’ouest de l’écozone+ de l’Arctique, les données de température du pergélisol recueillies depuis la fin des années 1990 dans le nord du bassin du fleuve Mackenzie indiquent que le pergélisol se réchauffe depuis le début des années 1990. Dans la péninsule de Tuktoyaktuk, par exemple, la température du pergélisol à une profondeur de 28 m a augmenté de 0,02 à 0,06 °C par année entre 1990 et 2002 (Smith et al., 2005b). Une analyse de Burn et Kokelj (2009) révèle que les températures du sol près de la surface de la toundra des hautes terres dans la région du delta de Mackenzie ont augmenté de 1 à 2 °C depuis le début des années 1970 à 2007. D’après les résultats de la modélisation effectuée pour un site de surveillance du pergélisol de l’île Herschel, au Yukon, la température du pergélisol à une profondeur de 20 m s’est accrue de 1,9 °C depuis 100 ans (Burn et Zhang, 2009). De récentes observations sur le terrain réalisées dans ce même site témoignent en outre d’un épaississement de la couche active depuis 1985.

Dans le centre-sud de l’écozone+ de l’Arctique, on effectue des relevés de température du pergélisol jusqu’à 3 m de profondeur depuis 1997, à Baker Lake (Nunavut). De 1997 à 2007, un accroissement général de la profondeur de dégel a été observée (Figure 4), même si quelques variations interannuelles ressortent de cette série relativement courte de données (Smith et al., 2005b; Throop et al., 2008). L’augmentation la plus forte de la profondeur de dégel, entre 1997 et 1998, concorde avec la plus longue saison de dégel, survenue en 1998 (Smith et al., 2001b).

Figure 4. Profondeur maximale du dégel en période estivale pour un site (bh4) à Baker Lake, de 1997 à 2007.

graphique

Description longue pour la figure 4

Ce diagramme à barres montre la profondeur maximale du dégel en période estivale pour un site (bh4) à Baker Lake, de 1997 à 2007. Une augmentation générale de la profondeur du dégel a été observée bien qu'il y ait une certaine variabilité interannuelle dans les courtes périodes d'enregistrement. La plus forte augmentation de la profondeur du dégel a eu lieu entre 1997 et 1998 avec une augmentation de 0,45 mètres. Une autre augmentation aussi importante de la profondeur de dégel de 0,39 mètres a eu lieu entre 2004 et 2005, à la suite d'une diminution de 0,27 mètres entre 2003 et 2004.

Source : Adapté et mis à jour de Smith et al. (2005b) et de Throop et al.(2008)

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Les données de température du pergélisol recueillies depuis 1978 à la station des Forces canadiennes Alert, au Nunavut, peuvent servir à caractériser l’évolution du pergélisol dans l’Extrême Arctique. Malgré une augmentation générale des températures atmosphériques observée depuis les années 1980, ce n’est que depuis le milieu des années 1990 qu’une nette tendance au réchauffement se dessine dans le pergélisol peu profond. De 1994 à 2001, la température du pergélisol a subi une hausse d’environ 0,15 °C par année à 15 m de profondeur (Smith et al., 2005b). Même si un certain refroidissement du pergélisol a été observé entre 2000 et 2002, de récentes données recueillies sur le site indiquent que le réchauffement du pergélisol se poursuit à un taux global d’environ 0,1 °C par année depuis 1994 (Figure 5). D’autres régions arctiques, comme la Scandinavie et l’archipel de Svalbard, affichent aussi une hausse des températures de subsurface (Isaksen et al., 2007a; Isaksen et al., 2007b; Harris et Isaksen, 2008). Bien que ces régions de l’Extrême Arctique soient rarement recouvertes d’une épaisse couche de neige, la variabilité de l’enneigement peut s’avérer déterminante dans les variations de température du pergélisol en réponse aux changements de température atmosphérique (Smith et al., 2003). Les variations de l’enneigement peuvent parfois neutraliser les changements de température atmosphérique qui se produisent au même moment, de telle sorte que la température du pergélisol augmente parfois dans l’Extrême Arctique durant les périodes très froides, mais également très enneigées (Taylor et al., 2006).

Figure 5. Températures du sol observées et annuelles moyennes à une profondeur de 15 m à Alert, de 1978 à l’été 2008.

graphique

Description longue pour la figure 1

LONG DESC.

Signalons qu’avant juillet 2000, les températures ont été mesurées manuellement à intervalles de plus ou moins un mois.
Après juillet 2000, la température mensuelle moyenne a été déterminée à partir de données enregistrées automatiquement.
Source : Adapté et mis à jour de Smith
et al. (2005b)

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Dans l’est de l’Arctique, un refroidissement du pergélisol peu profond a été observé jusqu’au début des années 1990, ce qui concorde avec la baisse générale de la température atmosphérique que cette région a connue jusqu’en 1992. En 1993, la température atmosphérique a commencé à remonter, une tendance bientôt suivie par la température du pergélisol. À Iqaluit, on remarque un réchauffement du pergélisol peu profond (5 m) dès 1993, puis tout au long des années 1990 (Figure 6). En effet, à une profondeur de 5 m, la température s’est accrue de 0,4 °C par année de 1993 à 2000. La même tendance est apparue dans le nord du Québec, où on note un refroidissement d’environ 0,1 °C par année du milieu des années 1980 au milieu des années 1990, à une profondeur de 10 m (Allard et al., 1995). Une augmentation des températures de l’air ayant débuté en 1993 dans le nord du Québec a été associée au réchauffement du pergélisol depuis cette même année, à des profondeurs de 20 m (Allard et al., 2002; Ouranos, 2004; Chouinard et al., 2007), et à une augmentation de l’épaisseur de la couche active (Brown et al., 2000).

Figure 6. Températures mensuelles du sol à une profondeur de 5 m, de 1988 à 2002, au puits d’Environnement Canada à Iqaluit.

graphique

Description longue pour la figure 6

Ce graphique présente les températures mensuelles du sol à une profondeur de 5 m, de 1988 à 2002, au puits d'Environnement Canada à Iqaluit. Les températures du sol varient selon les saisons, bien que les moyennes mobiles montrent une tendance de réchauffement, de -8,9 °C en 1989 à -7,4 °C en 2001. La moyenne mobile de la température de l'air suit des fluctuations similaires, avec une tendance de refroidissement de 1988 à 1993, suivie d'une tendance de réchauffement général jusqu'à 2001.

Le graphique montre aussi la moyenne mobile sur 12 mois de la température du sol et de l’air.
Source : Adapté de Smith et al.(2005b)

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Écozone+ de la taïga de la Cordillère

Il existe peu de renseignements sur l’évolution des conditions du pergélisol dans cette écozone+. L’analyse des photos aériennes séquentielles, prises depuis le début des années 1940, et des relevés sur le terrain effectués par Kershaw (2003) ont facilité l’examen de la dégradation du relief du pergélisol. Dans la région du col Macmillan (Territoires du Nord-Ouest), il a été établi que la réduction de la superficie totale des plateaux de tourbe gelée et des palses dépasse 1 % par année. Cette dégradation du pergélisol s’accompagne de la formation d’étangs thermokarstiques. Le réchauffement du pergélisol se confirme en outre par l’augmentation d’environ 0,1 °C par année de la température mesurée de 1991 à 2000 près du niveau supérieur du pergélisol (Kershaw, 2003).