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1. Généralités sur le pergélisol
Le pergélisol ou permafrost se définit comme une portion du sous-sol demeurant sous le point de congélation (en général 0°C). Le pergélisol couvre environ 13 à 18 % des surfaces émergées de l’Hémisphère nord, et occupe environ 4 à 5% du territoire suisse.
Si un pergélisol se définit comme une portion du sol ayant une température négative, Delaloye (2004) propose de distinguer les pergélisols froids (< 0.5°C) et les pergélisols tempérés dont la température se trouve au niveau du point de fusion (0°C).
L’existence d’un pergélisol dans le sous-sol dépend de nombreux paramètres. L’enneigement, le rayonnement solaire, la température de l’air en été et la nature du terrain sont les paramètres les plus importants.
La répartition spatiale du pergélisol en région de montagne peut être perçue comme l’addition de la température moyenne annuelle de l’air (MAAT), en grande partie fonction de l’altitude, et par trois principaux filtres (caractéristiques de la surface du terrain, du manteau neigeux et de la couche active).
La présence de pergélisol dépend en grande partie des transferts d’énergie ayant lieu dans le plan vertical entre l’atmosphère et le sous-sol. Il existe néanmoins également des transferts d’énergie dans le plan horizontal qui peuvent devenir dominants et compliquer la répartition spatiale « classique » du pergélisol alpin.
Le pergélisol peut être continu, discontinu ou sporadique. Pour que le pergélisol couvre une grande surface, il faut un climat froid (c’est à dire des températures moyennes annuelles de l’air distinctement inférieures à 0°C) et de préférence plutôt sec (faibles précipitations).
Contrairement aux glaciers, le pergélisol n’est généralement pas visible directement à la surface. Il est en conséquence très difficile d’estimer de façon précise son extension. C’est pourquoi les modèles de répartition du permafrost, qu’ils soient empiriques ou physiques, utilisent des classes de probabilités d’occurrence.
La présence de glace n’est pas un critère déterminant de l’existence d’un pergélisol. En effet la teneur en glace peut varier de 0% (pegélisol sec) à près de 100%. La glace de pergélisol est le plus souvent de la glace de congélation, formée par le regel des eaux d’infiltration dans un terrain dont la température est négative.
L’état thermique d’un pergélisol évolue dans différentes échelles de temps. A court terme, les modifications de la profondeur de la couche active mesurée après la période estivale traduit essentiellement les conditions climatiques de l’année écoulée. L’intensité des modifications dépend en grande partie du contenu en glace du pergélisol.
Les variations des températures de la surface du sol ne s’observent pas instantanément en profondeur. En règle générale, il faut environ 6 mois pour que la chaleur emmagasinée à la surface du sol atteigne par conduction 10 mètres de profondeur. Une tendance au réchauffement du pergélisol de quelques dixièmes de degrés s’observe depuis les années 2005 dans de nombreux sites des Alpes suisses.
Afin d’évaluer la réponse du pergélisol de montagne (variations d’épaisseur de la couche active, comportement thermique) au changement climatique en cours, différents réseaux d’observation et de monitoring à long terme ont été mis en place depuis les années 1990. Le réseau suisse PERMOS (Permafrost Monitoring Switzerland) est un modèle pour le monitoring du pergélisol de montagne.