Le réchauffement du permafrost en Arctique détecté par la surveillance sismique

Le permafrost (ou pergélisol) est défini thermiquement comme un sol restant à 0°C ou en dessous pendant au moins deux années consécutives. Le toit du permafrost, appelé couche active, est sujet au dégel estival et au gel hivernal. En dessous, le permafrost présente des variations saisonnières de température inférieures à zéro jusqu'à une profondeur d'amplitude annuelle nulle.

Le réchauffement du permafrost dans les régions polaires est une préoccupation majeure dans le cadre du changement climatique global, en raison de son potentiel d'émission de gaz à effet de serre. Le suivi temporel de ses propriétés dynamiques est donc indispensable. La surveillance sismique se révèle être particulièrement appropriée pour étudier la stabilité du permafrost car la vitesse des ondes sismiques est très sensible à la teneur en glace du sol, et varie lorsque l'eau interstitielle gèle ou fond.

Les scientifiques se sont appuyés sur des enregistrements continus de réseaux sismologiques permanent (SPITS - NORSAR) et temporaire (SEISVAL – SisMob RESIF) déployés à Svalbard, en Arctique. Ils ont caractérisé le bruit sismique ambiant dans l’archipel et estimé la contribution de l’activité cryogénique dans le champ d’onde. Leurs travaux sont parus dans la revue Seismological Research Letters.

Les chercheurs, dont certains issus du laboratoire Chrono-environnement (CNRS / UFC / UBFC) observent également des variations relatives saisonnières de la vitesse sismique à 2–4 m de profondeur anti-corrélées aux variations de température (< 0°C) mesurées dans un forage à proximité, de 2009 à 2011: lorsque la température augmente, la vitesse diminue et vice versa.  Les chercheurs attribuent ces changements de vitesse à la variation de la saturation en glace, dans la partie peu profonde du permafrost, juste en dessous la couche active, induite par les variations saisonnières de température.

En outre, ils montrent que la surveillance sismique permet de détecter l’impact de changements environnementaux à long-terme, tel que le réchauffement du permafrost. Entre 2009 et 2011 la vitesse relative des ondes sismiques subit en effet une décroissance linéaire simultanée à l’augmentation de température du permafrost.