Sur de vastes étendues des hauteurs de l’hémisphère nord, le sol gelé renferme des milliards de tonnes de carbone.

Au fur et à mesure que les températures mondiales augmentent, ces terres « pergélisolées » risquent de plus en plus de dégeler, libérant potentiellement dans l’atmosphère le carbone qu’elles renferment depuis longtemps.

Le dégel brutal du pergélisol est l’un des « points de basculement » les plus fréquemment évoqués qui pourraient être franchis dans un monde en réchauffement. Cependant, des recherches suggèrent que, bien que ce dégel soit déjà en cours, il peut être ralenti grâce à l’atténuation du changement climatique.

Cependant, ce qui est irréversible, c’est la fuite du carbone qui a été – et est – émis. Le carbone libéré par le pergélisol va dans l’atmosphère et y reste, exacerbant le réchauffement climatique.

En bref, ce qui se passe dans l’Arctique ne reste pas dans l’Arctique.

Le pergélisol et le climat mondial

Le pergélisol est un sol qui a été gelé pendant au moins deux années consécutives. Son épaisseur varie de moins d’un mètre à plus d’un kilomètre. En général, il se trouve sous une « couche active » qui dégèle et regèle chaque année.

Le réchauffement du climat met en danger ce sol perpétuellement gelé. Lorsque les températures augmentent, le pergélisol dégèle – il ne fond pas.

Il existe une analogie simple : comparez ce qui arrive à un glaçon et à un poulet congelé lorsqu’on les sort du congélateur. À température ambiante, le premier aura fondu, laissant une petite flaque d’eau, mais le poulet aura décongelé, laissant un poulet cru. Finalement, ce poulet commencera à se décomposer.

C’est exactement ce qui arrive au pergélisol lorsque les températures augmentent. Un quart de la masse terrestre de l’hémisphère nord est recouvert de pergélisol, qui agit comme le gigantesque congélateur de la Terre et maintient d’énormes quantités de matière organique gelée.

Carte mondiale du pergélisol, Association internationale du pergélisol. Crédit : Brown, J., O.J. Ferrians, Jr, J.A. Heginbottom, et E.S. Melnikov, eds. 1997. Circum-Arctic map of permafrost and ground-ice conditions. Washington, DC : U.S. Geological Survey en coopération avec le Circum-Pacific Council for Energy and Mineral Resources. Circum-Pacific Map Series CP-45, échelle 1:10 000 000, 1 feuille.

Cette matière organique comprend les restes de plantes, d’animaux et de microbes morts qui se sont accumulés dans le sol et ont été gelés dans le pergélisol il y a des milliers d’années.

Permafrost comprenant des os anciens (image de gauche) et de la matière organique (image de droite) dans le tunnel de pergélisol près de Fox, en Alaska. Crédit : C. Schädel

Les températures arctiques ont augmenté deux fois plus vite que la moyenne mondiale. Cela a provoqué le dégel du pergélisol dans de nombreux endroits et a déclenché des microbes nouvellement réveillés pour décomposer la matière organique libérant ainsi du CO2 ou du méthane dans l’atmosphère.

Les deux gaz sont des gaz à effet de serre, mais le méthane est 28 à 36 fois plus puissant que le CO2 sur un siècle. Cependant, il y a plus de CO2 que de méthane dans l’atmosphère et le méthane est oxydé en CO2 sur des échelles de temps d’environ une décennie. C’est donc la variation de la concentration atmosphérique de CO2 qui importe vraiment pour le changement climatique à long terme.

La libération de carbone par le pergélisol

Alors, quel rôle jouera le pergélisol dans les futures émissions de carbone ? Et existe-t-il un point de basculement qui pourrait déclencher un dégel rapide ?

Les scientifiques estiment qu’il y a environ deux fois plus de carbone stocké dans le pergélisol que celui qui circule dans l’atmosphère. Cela représente environ 1460 milliards à 1600 milliards de tonnes de carbone.

La majeure partie de ce carbone est actuellement gelée et préservée, mais si même une petite fraction était libérée dans l’atmosphère, les émissions seraient probablement importantes – potentiellement d’une ampleur similaire à celle du carbone libéré par d’autres flux environnementaux, comme la déforestation.

Ce serait encore environ un ordre de grandeur plus petit que les émissions provenant de la combustion de combustibles fossiles à la fin de ce siècle. Néanmoins, chaque molécule supplémentaire de CO2 ou de méthane ajoutée à l’atmosphère accélère le changement climatique et affecte l’ensemble de la planète et son climat.

Dans l’état actuel de nos connaissances, la libération de carbone par le pergélisol est un processus graduel et soutenu qui ajoute continuellement du carbone à l’atmosphère – renforçant ainsi encore le réchauffement.

Une fois que la matière organique au sein du pergélisol se décompose et libère du CO2 et du méthane, il est impossible de la récupérer. En ce sens, le dégel du pergélisol est irréversible – répondant à l’une des conditions de la définition d’un point de basculement.

Cependant, des recherches récentes suggèrent que si l’augmentation de la température devait ralentir et s’arrêter, le dégel du pergélisol, lui aussi, ralentirait – et potentiellement s’arrêterait, limitant ainsi de nouvelles émissions. Néanmoins, cela prendrait un certain temps. Le dégel du pergélisol est un peu comme un lourd train de marchandises : une fois en marche, il ne peut être arrêté immédiatement. Et même après avoir freiné, il continuera à rouler pendant un certain temps. La recherche suggère que les émissions pourraient se poursuivre pendant des décennies, voire des siècles, même une fois que le dégel du pergélisol aura ralenti.

Cela suggère que le pergélisol dans son ensemble ne sera pas passé à un état complètement nouveau – comme c’est le cas pour certains points de basculement, tels que la fonte de la calotte glaciaire du Groenland. Par conséquent, il serait possible d’empêcher de nouvelles émissions si le réchauffement climatique était stoppé.

Mais, en l’état actuel des choses, le dégel du pergélisol a déjà été observé dans de nombreux endroits de l’Arctique. Et comme le souligne le récent rapport spécial sur l’océan et la cryosphère du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC), le réchauffement de ce siècle entraînera des émissions substantielles du pergélisol :

« D’ici 2100, la superficie du pergélisol proche de la surface diminuera de 2 à 66% pour le RCP2.6 et de 30 à 99% pour le RCP8.5. Cela pourrait libérer dans l’atmosphère des dizaines à des centaines de gigatonnes de carbone sous forme de CO2 et de méthane pour le RCP8.5, avec le potentiel d’accélérer le changement climatique. »

Comment ajouter de la certitude à la libération du carbone du pergélisol

La contribution finale du carbone du pergélisol au changement climatique dépend de divers facteurs : quelle quantité de carbone sortira sous forme de CO2 ou de méthane, par exemple, et dans quelle mesure les plantes et les arbres peuvent-ils compenser une partie de la libération supplémentaire de carbone.

La dégradation du pergélisol peut se produire sous forme de dégel progressif du haut vers le bas ou d’effondrement brutal du sol en cours de dégel. Les deux processus libèrent du carbone dans l’atmosphère. Le dégel progressif du haut vers le bas est le résultat d’un réchauffement des températures de l’air qui provoque le dégel du sol du haut vers le bas, tandis que le dégel abrupt se produit de manière soudaine et imprévisible.

Le pergélisol peut contenir jusqu’à 80% de glace. Si la glace fond – n’oubliez pas que la glace fond même si le sol ne fond pas – le sol s’effondre soudainement et les couches profondes sont exposées à la température de l’air.

L’effondrement du sol peut laisser le paysage marqué par des lacs « thermokarst », remplis d’eau de fonte, de pluie et de neige. Ces conditions humides peuvent favoriser la libération du méthane, un gaz à effet de serre plus puissant.

Paysage thermokarstique. Crédit : A. Balser

Dans les hautes terres, le drainage naturel crée des conditions de sol plus sèches après le dégel du pergélisol, accélérant ainsi la décomposition de la matière organique et libérant de grandes quantités de CO2. L’impact final de la libération de carbone par le pergélisol sera plus fort lorsqu’un plus grand pourcentage de la zone de pergélisol s’assèche après le dégel.

La fraction du paysage qui deviendra plus humide ou plus sèche après le dégel dépend de la distribution de la glace de sol, mais les mesures actuelles de la glace ne sont que sporadiques et une meilleure couverture spatiale et des mesures plus à jour sont nécessaires de toute urgence.

Un autre facteur important dans le bilan carbone de la zone de pergélisol est l’absorption de carbone par les plantes. La question est de savoir quelle quantité de carbone libérée par le dégel du pergélisol peut être compensée par une augmentation de la croissance des plantes. Les plantes absorbent le carbone de l’atmosphère et l’utilisent pour leur croissance et le maintien de leur métabolisme.

Les conditions plus chaudes de l’Arctique et tous les changements qui y sont associés stimulent la croissance des plantes, ce qui signifie qu’une partie du carbone ajouté à l’atmosphère par la fonte du pergélisol est absorbée par la stimulation de la croissance des plantes. Mais on ne sait pas exactement quelle quantité de carbone sera compensée par les plantes et on ne sait pas non plus dans quelle mesure ce processus est durable.

Il est crucial d’améliorer les projections des modèles de libération du carbone du pergélisol pour déterminer l’impact global du dégel du pergélisol sur le climat mondial. Des résultats récents provenant de l’Arctique canadien montrent que le dégel du pergélisol se produit beaucoup plus tôt que ce que les scientifiques avaient prévu compte tenu des projections actuelles des modèles.

Pour l’instant, les modèles ne prennent en compte qu’un dégel progressif du haut vers le bas, mais des estimations récentes montrent qu’un dégel brutal et un effondrement du sol pourraient doubler la libération de carbone par le permafrost. Une chose est claire : moins les températures augmentent dans l’Arctique, plus le pergélisol restera gelé et plus le carbone restera enfermé dans le pergélisol.

Hydrates de méthane

Souvent mentionné dans le même souffle que le dégel du pergélisol est le danger potentiel associé à la décomposition des hydrates de méthane, également appelés « clathrates ». Il s’agit de la « glace » de méthane qui se forme à basse température et à haute pression dans les sédiments marins de la marge continentale ou dans et sous le pergélisol.

Les hydrates de méthane stockés sous le plateau arctique de Sibérie orientale (ESAS), une région côtière peu profonde au nord de la Russie, sont particulièrement préoccupants. Des études ont suggéré que le dégel du pergélisol libère ce méthane, le laissant remonter et sortir de l’eau de mer. Cela a conduit à des recherches avertissant que la fuite de grandes quantités de méthane pourrait avoir des « conséquences catastrophiques pour le système climatique » et des rapports médiatiques sur une « bombe à retardement de méthane » imminente.

Dans une conversation avec le Dr Carolyn Ruppel, scientifique en chef du projet sur les hydrates de gaz de l’US Geological Survey, elle me dit que les hydrates de méthane piègent environ un sixième du méthane-carbone de la Terre et que certains gisements peuvent, en fait, se dégrader maintenant avec le réchauffement climatique. Mais, dit-elle :

« Si le méthane libéré lors de la dégradation des hydrates de gaz atteint l’océan, il serait principalement consommé par des bactéries dans la colonne d’eau et n’atteindrait pas l’atmosphère. Dans les zones de pergélisol, les hydrates de gaz qui se dégradent sont généralement profondément enfouis, de sorte que le dégel du pergélisol est le contributeur le plus important aux émissions de gaz à effet de serre. »

Bien qu’il « puisse y avoir des fuites substantielles de méthane des plateaux continentaux arctiques dans les zones de dégel du pergélisol sous-marin », dit Ruppel, « des études ont montré que les taux de flux sont probablement surestimés et que la source la plus probable des fuites de méthane n’est pas le dégel des hydrates de gaz ». Elle ajoute :

« Les hydrates associés au pergélisol ne sont pas si répandus et se trouvent souvent plus en profondeur que les sources de méthane moins profondes qui peuvent plus facilement fuir dans l’atmosphère. »

Donc, les dernières recherches suggèrent qu’une bombe de méthane provenant du dégel des hydrates n’est pas à l’horizon. Cependant, pour le pergélisol, la science montre que le dégel est déjà en cours et que le carbone qu’il libère contribuera déjà au réchauffement de notre climat.

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