Le pergélisol

LE MEDIUM : LE PERGÉLISOL

Sa structure

La présence de pergélisol est directement liée au climat. Il s’agit d’un sol dont la température demeure sous le point de congélation de l’eau (< 0 °C) pendant au moins deux années de suite. La littérature indique que le pergélisol couvrirait environ le quart de l’hémisphère nord.

  • Plusieurs facteurs régissent la distribution géographique du pergélisol:
  • La température de l’air;
  • Les précipitations;
  • La topographie;
  • Les types de couvert végétal;
  • Les couches de sol organique;
  • L’épaisseur et la durée de la couverture de neige.

Des sections de pergélisol sporadiques sont détectées principalement dans des tourbières dû aux propriétés thermiques particulières de la tourbe. Le pergélisol continu se trouve quant à lui dans des territoires où les températures annuelles depuis la déglaciation permettent le maintient d’un sol gelé, certains sols pouvant être gelé à plusieurs centaines de mètres de profondeur, comme à la mine Raglan où le pergélisol est détecté jusqu’à 590 mètres de profond.

Dans les régions de pergélisol, le sol est constitué de deux couches principales : la couche active, en surface, qui traverse un cycle de gel/dégel toutes les années et le pergélisol sous la couche active qui demeure sous 0 °C pendant toute l’année.

Les deux strates du système sont affectées par les variations de températures, mais uniquement la couche active subit un dégel saisonnier. L’interface entre la couche active et le pergélisol se déplace de haut en bas sur des périodes de plusieurs années suivant les variations climatiques.Un été exceptionnellement chaud peut donner une couche active plus épaisse, amenant ainsi une quantité de glace variable à l’interface pendant une courte période de quelques années. La profondeur maximale affectée par les variations annuelles de température est appelée « la profondeur d’amplitude annuelle nulle » et cette dernière varie avec la température de l’air en fonction du type de sol. Les recherches menées au Centre d’Études Nordiques indiquent que pour le Nunavik, cette profondeur est d’environ 22 m dans le substrat rocheux, un peu moins dans les sables, et d’environ 5 à 6 m dans les sols argileux.

Son importance

Le pergélisol est un milieu en changement rapide qui et fortement affecté par les changements climatiques. Plusieurs infrastructures de transport comme des routes ou des pites d’aéroport ont été construites sur du pergélisol.
Ces infrastructures sont aujourd’hui fortement détériorée de par les changements structurels du sol et de sa capacité portante. Également, le sol gelé emmagasine une grande quantité de méthane qui, lorsqu’il est capturé dans le sol glacé, n’est pas disponible dans l’atmosphère et donc, ne participe pas à l’effet de serre. Les recherches à ce sujet montrent aujourd’hui que les mares de thermokarst…

Interaction signal/médium

Le pergélisol est une structure difficile a cartographier avec les satellites car c’est un processus sub-surfacique. Toutefois, les capteurs oeuvrant dans l’infrarouge moyenRayonnement infrarouge s'étendant approximativement de 1,3 à 3,0 micromètres et faisant partie de l'infrarouge réfléchi. Souvent appelé "radiation infrarouge à ondes courtes". interagissent avec les premiers millimètres de la surface tandis que les capteurs micro-ondes agissent eux avec les premiers centimètres de la surface. Considérant que la couche active a dans la majorité des cas une épaisseur variant de 15cm à 5m, plusieurs applications de télédétection mettent l’accent sur la détection d’indicateurs de surface. Cela signifie que plusieurs recherches portent sur la détection d’indices prouvant la présence de pergélisol plutôt que de données physiques prouvant la présence de pergélisol. Pour la détection d’indices, la littérature indique que les données optiques sont d’une plus grande utilité que les données micro-ondes passif ou RSOUn radar à synthèse d’ouverture (RSO) est un système radar cohérent générant des images de télédétection à haute résolution. Pour créer une image, on utilise l’amplitude et la phase du signal reçu de plusieurs impulsions successives pour simuler une plus grande ouverture (ou dimension) d’antenne, d’où le terme «synthèse d’ouverture». . Les indices recherchés sur les images sont les mares de thermokarst, des pingos et des palses par exemple.

Toutefois, si un chercheur souhaite cartographier les zones ou le sol est gelé de manière saisonnière, l’utilisation des données micro-ondes passif et RSOUn radar à synthèse d’ouverture (RSO) est un système radar cohérent générant des images de télédétection à haute résolution. Pour créer une image, on utilise l’amplitude et la phase du signal reçu de plusieurs impulsions successives pour simuler une plus grande ouverture (ou dimension) d’antenne, d’où le terme «synthèse d’ouverture». est de mise. Avec le RSOUn radar à synthèse d’ouverture (RSO) est un système radar cohérent générant des images de télédétection à haute résolution. Pour créer une image, on utilise l’amplitude et la phase du signal reçu de plusieurs impulsions successives pour simuler une plus grande ouverture (ou dimension) d’antenne, d’où le terme «synthèse d’ouverture». , les résultats de recherche indiquent que lorsque le sol gèle, la constante diélectriquePropriété électrique de la matière qui influe sur les échos radar; aussi appelée constante diélectrique complexe. du sol et de la végétation s’y trouvant tendent à diminuer. La variation de rétrodiffusionLa rétrodiffusion est la portion du signal radar que la cible redirige directement vers l’antenne radar. résultante dépends de la nature du sol qui détermine si le processus de diffusionProcessus par lequel une onde ou un faisceau de particules est diffusé ou dévié par suite de collisions avec les particules du milieu qu'il traverse. dominant est la diffusion de volumeDiffusion multiple se produisant dans un milieu qui n'est généralement ni dense, ni à forte perte de tangente (par exemple un couvert forestier). L'importance relative de la diffusion volumétrique est dictée par les propriétés diélectriques du milieu. ou la diffusionProcessus par lequel une onde ou un faisceau de particules est diffusé ou dévié par suite de collisions avec les particules du milieu qu'il traverse. de surface. Des différences allant de 2 à 9 dBMesure de la puissance d'un signal obtenu en effectuant le rapport des puissances. C'est mesuré en dB. ont été relevées entre le sol non-gelé et les sols gelés, selon leur nature et leur contenu en eau.

QUELS PARAMÈTRES OBSERVER ?

La méthode des gradients spectraux dans les micro-ondes passifs. Les bandes à haute-fréquenceTaux d'oscillation d'une onde. En télédétection, ce terme est surtout utilisé dans le contexte du RADAR. (37 GHz10^9 cycles par seconde. Une mesure de la fréquence de l'énergie électromagnétique. ) sont connues comme corrélées plus fortement aux températures de l’air et de surface que les bandes à fréquences plus basses (10 et 18 GHz10^9 cycles par seconde. Une mesure de la fréquence de l'énergie électromagnétique. ). Dans les cas ou le sol n’est pas gelé, le —gradient spectral— entre une bande à haute-fréquenceTaux d'oscillation d'une onde. En télédétection, ce terme est surtout utilisé dans le contexte du RADAR. (37 GHz10^9 cycles par seconde. Une mesure de la fréquence de l'énergie électromagnétique. ) et une bande à fréquenceTaux d'oscillation d'une onde. En télédétection, ce terme est surtout utilisé dans le contexte du RADAR. plus faible (18 GHz10^9 cycles par seconde. Une mesure de la fréquence de l'énergie électromagnétique. ) sera positif, c’est à dire que la différence normalisée entre les valeurs de températures de brillanceTempérature apparente d'un corps non noir déterminée par mesure à l'aide d'un radiomètre ou d'un pyromètre optique. observées par le capteur à la bande 37 GHz10^9 cycles par seconde. Une mesure de la fréquence de l'énergie électromagnétique. et la bande 18 GHz10^9 cycles par seconde. Une mesure de la fréquence de l'énergie électromagnétique. sera positive. C’est la situation inverse qui se produira si le sol est gelé, la bande 37 GHz10^9 cycles par seconde. Une mesure de la fréquence de l'énergie électromagnétique. étant plus fortement corrélée aux paramètres de température de surface et de l’air que les autres bandes.

Le suivi temporel des changements de rétrodiffusionLa rétrodiffusion est la portion du signal radar que la cible redirige directement vers l’antenne radar. des sols…

La détection d’indices de présence de pergélisol…

EXERCICE PRATIQUE : SUIVI DU GEL DU SOL AVEC AMSR-2 (NUNAVIK)

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RESSOURCES VIDÉO

MÉTHANE : LA BOMBE A RETARDEMENT

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