Le processus de thermo-érosion du pergélisol dans la zone de pergélisol continu

• Main Author: Godin, Etienne
• Other Authors: Fortier, Daniel
• Format: Doctoral or Postdoctoral Thesis
• Language: French
• Published: 2016
• Subjects: Pergélisol; Polygones; Coin de glace; Perturbation; Érosion; Érosion thermique; Ravins; Impacts; Hydrologie; Milieux humides; Permafrost; Polygon; Ice wedge; Erosion; Thermo erosion; Gully; Hydrology; Wetlands; Earth Sciences - Physical Geography / Sciences de la Terre - Géographie physique (UMI : 0368); Bylot Island; Canada; Ice; permafrost; wedge*; pergélisol
• Online Access: http://hdl.handle.net/1866/15863

Les polygones à coin de glace sont très répandus dans la zone du pergélisol continu. Lorsque le ruissellement d’eau de fonte nivale s’infiltre de façon concentrée dans une cavité, il peut initier le processus de thermo-érosion du pergélisol (notamment des coins de glace) pouvant mener à la formation de ravins. Dans la vallée de Qalikturvik sur l’Ile Bylot (NU, Canada), le développement de ravins de thermo-érosion dans un milieu de polygones à coins de glace entraîne comme impact : i. la réorganisation des réseaux de drainage impliquant un assèchement des milieux humides en marge des chenaux d’érosion, ii. des variations dans le régime thermique et de l’humidité de proche-surface et iii. la prise en charge et le déplacement des sédiments vers l’extérieur du bassin-versant. L’objectif de cette thèse vise à approfondir les connaissances géomorphologiques propres au ravinement par thermo-érosion, d’examiner, caractériser et quantifier les impacts du ravinement (tel que sus-mentionné en i. ii. iii.) et le rôle de celui-ci dans une optique d’évolution du paysage périglaciaire à l’échelle temporelle de l’année à la décennie. Les ravins sont dynamiques : un ravin en particulier déclenché en 1999 et étudié depuis s’érodait à une vitesse de 38 à 50 m/a durant sa première décennie d’existence, pour atteindre une longueur totale de ~750 m et une surface érodée de ~25 000 m² en 2009. Des puits sont localisés près des zones de ravinement actives des levées alluviale, mares et polygones effondrés dans les zones stabilisées post-perturbation. Sur la terrasse de polygones recouvrant le plancher de la vallée au site à l’étude, 35 ravins furent identifiés et 1401 polygones furent perturbés avec 200 000 m³ de sols transportés. Une amélioration du drainage, une dégradation de la capacité de rétention de l’humidité, une transition d’un écoulement de ruissellement vers un écoulement canalisé caractérise les aires ravinées et leurs environs. Les polygones intacts sont homogènes d’un à l’autre et dans leurs centres les polygones perturbés ont une réponse hétérogène (flore, humidité et régime thermique). Les milieux érodés hétérogènes succèdent aux milieux homogènes et deviennent le nouvel état d’équilibre pour plusieurs décennies. Ice wedges polygons are very common features characterizing continuous permafrost environments. When concentrated snowmelt runoff recurrently flows into opened frost cracks in ice wedges (or nearby depressions), thermo-erosion of permafrost leading to gullies can occur. In the valley of Qalikturvik on Bylot Island (NU, Canada), rapid development of gullies due to thermo-erosion processes in wet polygons exert the following: i. forced rerouting of drainage networks, changing moisture input in wetlands adjacent to a gullied channel; ii. variation in near-surface thermal regime and moisture; iii. erosion and displacement of thawed soils outside the watershed. The objectives of this thesis are to quantify and widen the understanding of the thermo-erosion gullying geomorphology, the related impacts (as aforementioned in i. ii. iii.) and the role of such erosion in the context of the periglacial landscape evolution on a short to medium timescale. In this study, gullies are active and dynamic: one gully triggered in 1999 (and monitored since then) elongated at a rate varying between 38 and 50 m/y during the first decade following its initiation. Its total length at the end of that decade (1999-2009) was ~750 m for an eroded surface of ~25 000 m². Sinkholes were exclusive to the active zone of a gully where alluvial levees and collapsed polygons were common in the stable zone. Thirty-five gullies were identified over the polygon terrace featuring the valley floor. 1401 polygons were consequently breached due to thermo-erosion resulting in 200 000 m³ of displaced soils and thawed permafrost. Gullied areas were characterized by improved drainage conditions, a reduced capacity to retain moisture and a transition from dominantly surface runoff toward channelized flow. Intact wet polygons were homogeneous between each other and in their center; disturbed polygons were heterogeneous (for moisture, thermal regime and vegetation) following a breach of at least one side. Wetland polygons, when disturbed due to gullying, evolve toward an heterogeneous landscape which will become the new equilibrium for that terrain for decades to come.