Le réseau de recherche se concentre sur ces grandes questions : Où et quand la fonte du pergélisol se produit-elle au Canada et quels sont les risques découlant de ce changement?

La recherche est organisée en cinq thèmes interreliés nécessitant une masse critique et une expertise diversifiée qu’aucun groupe de recherche ou organisme gouvernemental ne possède à lui seul.

Contexte et objectifs

Les caractéristiques géotechniques et hydrologiques du pergélisol changent pendant le dégel. La fonte progressive de la glace de sol entraîne des effets tels que la perte de résistance du sol, l’augmentation de la perméabilité à l’eau, aux contaminants et au gaz, et l’affaissement de la surface du sol ou des infrastructures. Pour réduire les risques, nous devons comprendre quelles zones seront les plus touchées et quand ces effets se matérialiseront.

Pour y parvenir, nous devons caractériser les matériaux du pergélisol, comprendre les processus qui régissent leur dégel et enfin, géo-intégrer ces connaissances dans le contexte canadien afin de pouvoir estimer le comportement à des endroits sans observations. Même si le pergélisol est généralement défini par son régime thermique, le contexte géologique détermine en grande partie la distribution de la glace de sol ainsi que celle des solutés et du contenu organique qui confèrent ses propriétés géotechniques. Ces propriétés déterminent le comportement pendant le dégel et les répercussions telles que les problèmes de qualité de l’eau, la libération de contaminants, les changements écologiques et l’émission de gaz à effet de serre.

L’objectif du thème 1 est d’ améliorer les connaissances sur la perte de glace de sol et ses conséquences grâce à la caractérisation du pergélisol au Canada. Le but est que les prédictions tiennent compte des processus qui se déroulent pendant le dégel et contiennent des données pertinentes sur la subsurface, par exemple la teneur en glace du sol..

Pour prévoir le dégel du pergélisol et fournir des outils et des services concernant ces changements, il faudra connaître le contenu de la glace de sol, ainsi que d’autres caractéristiques de la subsurface et des observations de température. Le thème 1 créera le Réseau d’information sur le pergélisol des observations du sol (PINGO) pour héberger ces données. En s’appuyant sur les données de localisation et de distribution de PINGO, le thème 3 permettra de générer la nouvelle carte de base du potentiel de glace de sol et du pergélisol géotechnique du Canada (GRIP). La combinaison des estimations de la glace de sol et des températures simulées du sol avec les modèles numériques donnera la meilleure estimation de la distribution actuelle ou future de la glace de sol. En effet, les simulations thermiques permettront de prévoir les endroits où la glace de sol potentielle a dû fondre et ne peut plus être présente. 

Daniel Fortier

Daniel Fortier

Le thème 1 est dirigé conjointement par Daniel Fortier (Université de Montréal) et Duane Froese (Université de l’Alberta). Ils ont travaillé de manière intensive sur divers sites de terrain et apportent leur expertise dans la production de données et de connaissances pour le GRIP et la coordination des travaux dans le laboratoire distribué de dégel du pergélisol. Onze chercheurs seront formés dans le cadre du thème 1, soit 2 MSc, 6 Ph. D., 3 postdoctorants.

Duane Froese

Duane Froese

Jocelyn Hayley développe de nouvelles méthodes pour caractériser les propriétés géomécaniques du pergélisol lors du dégel.

Antoni Lewkowicz et Stephan Gruber apportent leur expertise géophysique.

Recherche sur les sous-thèmes

Trois sous-thèmes structurent la recherche dans le thème 1. Le premier vise à combiner, intégrer et échanger les connaissances et les données existantes par l’intermédiaire de bases de données interopérables. Le second vise à innover les méthodes permettant de mieux saisir, comprendre et décrire les conditions dans lesquelles le pergélisol dégèle. Le troisième intègre les données géocryologiques et géologiques dans PINGO et génère un cadre conceptuel pour soutenir la production de GRIP.

Cette recherche permettra d’améliorer la gestion des données sur le pergélisol afin de soutenir les analyses statistiques et les produits de synthèse. PINGO détiendra et mettra à disposition des informations telles que des données géotechniques et géochimiques, des données de température et des informations provenant de sites de terrain, notamment les caractéristiques de la végétation, la microtopographie, la géophysique ou les photographies. L’objectif de ce sous-thème est le suivant : il s’agit de développer et de mettre en œuvre un prototype de système de traitement des données sur le pergélisol, capable de soutenir la prévision du pergélisol, l’évaluation des résultats de la prévision et l’analyse des changements du pergélisol, et permettant l’interopérabilité avec d’autres données sur le pergélisol et l’Arctique.. Étant donné que PINGO partage l’écosystème du traitement des données sur le pergélisol avec de nombreuses autres initiatives, au Canada et dans le monde, il doit être interopérable et reposer sur un consensus communautaire dans la mesure du possible. L’interopérabilité implique de générer des concepts et des bases de données qui peuvent interagir, plutôt que de travailler dans l’attente irréaliste que chacun contribue à une base de données unique. Par exemple, cela permettra aux agences territoriales ou fédérales, à l’industrie et aux universités d’exploiter leurs propres bases de données et d’accéder à tout ou partie des données détenues par d’autres. Trois boursiers postdoctoraux coordonneront et intégreront les contributions des participants du réseau, organiseront la saisie des données et le contrôle de qualité avec l’aide des partenaires et des étudiants diplômés du réseau, tous thèmes confondus. Ce sous-thème interagira avec le scientifique des données du réseau et assurera la liaison avec d’autres initiatives de données sur le pergélisol, comme le GTN-P, le RIP de RNCan et les efforts de la Commission géologique des Territoires du Nord-Ouest, de la Commission géologique du Yukon et du Consortium canadien pour l’interopérabilité des données de l’Arctique (CCADI).

Samuel Gagnon (T1-PDF1) 

Titre: PINGO : Réseau d’information sur le pergélisol pour les observations au sol.

Superviseurs: Daniel Fortier avec Duane Froese, Trevor Lantz et Peter Pulsifer

Le rôle de Samuel au sein de PermafrostNet CRSNG est d’établir une culture de partage des données au sein des spécialistes en géocryologie du thème 1, de contribuer à la création du Réseau d’information sur le pergélisol pour les observations au sol (PINGO) et de guider son utilisation au sein de la communauté universitaire du pergélisol. Il travaille également sur l’évaluation experte de la La Carte des Conditions de la Glace de Sol (CGSC).

Mahya Roustaei (T1-PDF2)

Titre: Normalisation des caractéristiques du pergélisol.

Superviseurs:  Duane Froese avec Fabrice Calmels, Daniel Fortier et Jocelyn Hayley.

Le projet de Mahya évaluera l’utilisation du tomodensitomètre pour caractériser les propriétés physiques détaillées d’échantillons de pergélisol. Le tomodensitomètre permet d’obtenir une image non destructive des propriétés de la glace, du gaz et des sédiments dans les carottes et les coupes de pergélisol. Ce projet s’appuiera également sur la base de données PINGO en utilisant la normalisation des tomodensitométries pour améliorer l’interprétation des données existantes dans la base.

Mahya Roustaei

Teddi Herring (T1-PDF3)  

Titre: Levé canadien de résistivité électrique du pergélisol : prochaines pratiques et base de données (CPERS).

Superviseurs: Antoni Lewkowicz avec Fabrice Calmels et Anne-Marie LeBlanc.

L’objectif du projet de Teddi est d’intégrer les levés existants et futurs de prospection électrique (ERT) dans une base de données canadienne de levés de résistivité électrique sur le pergélisol (CPERS). Les données du CPERS sont utilisées pour déduire la présence, la continuité et la profondeur du pergélisol à différentes échelles spatiales et détecter les changements dans le temps.

Teddi Herring

Cette recherche améliore la façon dont nous mesurons, comprenons et prédisons les caractéristiques des sols gelés. Il a pour objectif d’ innover, d’évaluer et d’appliquer des méthodes pour prédire et mesurer le comportement thermique, hydrologique, géochimique et mécanique du sol gelé pendant le dégel, afin qu’elles puissent soutenir une meilleure simulation. Le pergélisol se développe soit pendant le dépôt des sédiments (syngénétique), soit après le dépôt/la formation des matériaux terrestres de la surface vers le bas (épigénétique). L’application de méthodes émergentes pour la détection et la quantification de la glace et de la teneur en eau dans les sols gelés nous permet de mieux comprendre quand et comment se produit la perte de glace sous la surface, et quelles caractéristiques du sol peuvent être utilisées comme prédicteurs peu coûteux. Nous utilisons la tomodensitométrie et la spectroscopie diélectrique, deux méthodes innovantes et complémentaires pour quantifier et caractériser la glace et sa perte dans le sol. La tomodensitométrie permet d’obtenir des représentations tridimensionnelles de la disposition macroscopique (c’est-à-dire à des résolutions supérieures à quelques microns) des solides minéraux ou organiques, des liquides, de la glace et des gaz dans un sol, sur la base des contrastes de densité. Ceci est important pour comprendre comment la cryostructure a une incidence sur les caractéristiques du sol et pour étudier le mouvement des fluides pendant le dégel quasi isotherme lorsque les gradients de température sont minimes. La spectroscopie diélectrique peut différencier les quantités de glace et d’eau liquide dans un sol gelé et révéler des informations supplémentaires sur les caractéristiques des particules et les solutés. Elle peut être utilisée pour suivre le dégel d’échantillons de sol naturel et reconstitué en laboratoire et, en tant que méthode géophysique appelée polarisation provoquée spectrale (PPS), il a été démontré qu’elle pouvait révéler le contenu en glace de la subsurface sur le terrain. Les essais géomécaniques révèlent l’évolution des caractéristiques mécaniques des sols en cours de dégel. Le sous-thème de l’innovation consiste à développer de nouvelles voies dans lesquelles la caractérisation améliorée du pergélisol peut être utilisée pour prévoir le dégel et ses incidences sur la performance et la conception des structures d’ingénierie.

Hosein Fereydooni (T1-PhD2)  

Titre: Caractérisation de la teneur en glace et en eau du pergélisol par des méthodes diélectriques.

Superviseurs: Stephan Gruber avec David Stillman, Jocelyn Hayley et Daniel Fortier.

Le projet de Hosein utilisera la spectroscopie diélectrique déployée en laboratoire et sur le terrain pour estimer la teneur en glace et en eau des sols dans des conditions de température changeantes. Les spectres de laboratoire permettront d’obtenir des courbes caractéristiques de congélation pour simuler l’évolution du pergélisol, ce qui soutiendra plusieurs projets des thèmes 3 et 5, et contribuera à réduire les limites des méthodes à fréquence unique telles que la réflectométrie dans le domaine temporel. Les résultats seront comparés à la calorimétrie différentielle à balayage sur de petits échantillons (U. Montréal) et aux travaux de T1-PhD1 (tomodensitométrie) obtenus à partir de carottes, où les teneurs en solutés et en glace macroscopique fourniront des preuves supplémentaires pour appuyer l’interprétation des spectres diélectriques.

L’amélioration de la détection de la glace de sol sous les surfaces naturelles et les structures artificielles résultant de ce projet est importante, car la perte de glace de sol est à l’origine des répercussions sur le changement du pergélisol. Le travail sur le terrain sera planifié de manière à maximiser les avantages de la colocalisation avec d’autres projets et activités partenaires.

Hosein Fereydooni

Zakieh Mohammadi (Ph. D. anciennement projet T1-MSc1)  

Titre: Résistance et comportement de consolidation des sédiments du pergélisol.

Superviseurs:  Jocelyn Hayley avec Brian Moorman, Pascale Roy-Léveillée et Stephan Gruber.

Le projet de M. Zakieh porte sur un certain nombre de conditions interdépendantes qui régissent le tassement global du pergélisol en cours de dégradation, telles que la résistance, le comportement de consolidation et la dissipation de la pression interstitielle excessive.

Khatereh Rgh (T1-PhD3)  

Titre: Propriétés géomécaniques du pergélisol en cours de dégel.

Superviseurs:  Jocelyn Hayley avec Brian Moorman, Shawn Kenny et Duane Froese.

Le projet de Khatereh est axé sur les propriétés géomécaniques du pergélisol en cours de dégel, y compris une base de données géotechniques dans PINGO et une couche géotechnique pour GRIP avec des indicateurs de la résistance des sédiments et de leur sensibilité au dégel.

Khatereh Roghangar

Ce sous-thème de recherche met les résultats des sous-thèmes sur le traitement des données et l’innovation à la disposition de la prévision du pergélisol (thème 3). C’est important, car les informations géologiques, géocryologiques et géotechniques ne peuvent être obtenues à partir des seules données climatiques ou des informations de télédétection. L’objectif de ce sous-thème est le suivant : il s’agit d’élaborer un cadre pour la synthèse spatiale et stratigraphique des données géotechniques et géologiques afin d’étayer la carte de base du potentiel de la glace de sol et de la géotechnique du Canada et de fournir les données correspondantes à partir des collections existantes et de nouveaux travaux sur le terrain.La première étape consiste en un examen par des experts de la La Carte des Conditions de la Glace de Sol(CGSC), récemment publiée, afin de déterminer les principaux domaines à améliorer, sur le plan conceptuel et géographique. Ceci informe la première version de GRIPv1, un produit successeur de GIMC. Sur la base de l’examen des experts et des données existantes incorporées dans PINGO, il est possible de concevoir un échantillonnage ciblé en se concentrant sur trois types de terrains, à travers les zones de pergélisol et de végétation, que nous pensons être les plus cruciaux, à savoir (i) les plaines glaciolacustres et glaciomarines, (ii) les pentes colluviales et (iii) les terrains couverts de till. C’est important, car les collectes de données antérieures n’ont pas été entreprises dans une optique de prédiction spatiale et un échantillonnage ciblé permettra de combler d’importantes lacunes conceptuelles dans la compréhension. Ces types de terrain se trouvent dans l’ouest de l’Arctique (Yukon et vallée du Mackenzie, y compris la route Inuvik-Tuktoyaktuk), le centre de l’Arctique (basses terres de la baie d’Hudson et SCREA) et l’est de l’Arctique (désert polaire). Les résultats intégrés dans PINGO permettent d’utiliser GRIPv2 et GRIPv3.

Tabatha Rahman (T1-PhD4)  

Titre: Conditions du pergélisol et de la glace de sol dans les basses terres de la baie d’Hudson.

Superviseurs:  Pascale Roy-Léveillée avec Maara Packalen, Stephen Wolfe et Bernhard Rabus.

L’objectif de l’étude de Tabatha est d’améliorer la compréhension de la dynamique de la glace de sol dans la partie manitobaine des basses terres de la baie d’Hudson. La recherche se concentre sur l’évaluation du volume et de la distribution tridimensionnelle de la glace de sol, l’élucidation des conditions environnementales qui ont favorisé l’agradation des bords de la glace et la prédiction des voies d’évolution du terrain à mesure que le climat se réchauffe et que le pergélisol se dégrade dans la région.

Alexandre Chiasson (T1- PhD5) 

Titre: Changement environnemental passé et caractérisation du pergélisol le long du corridor proposé de l'autoroute de la vallée centrale du Mackenzie, Territoires du Nord-Ouest, Canada.

Superviseurs:  Duane Froese avec Sharon Smith, Steve Kokelj et Stephen Wolfe.

Le projet d'Alexandre vise à mieux comprendre les conditions des glaces souterraines le long de l'emprise proposée de la vallée centrale du Mackenzie (MVH) dans les Territoires du Nord-Ouest. Le projet intègre les données de forage dans la base de données PIN en plus d'être combinés à des analyses géophysiques (ERT, AEM) le long de la route. Une partie du projet du projet est de caractériser les différents types de thermokarts le long de la vallée centrale du Mackenzie.

Joe Young (T1-MSc2 maintenant PhD)

Titre: Contexte et caractérisation des mécanismes du récent dégel massif du pergélisol dans la partie centrale de la vallée du Mackenzie, TNO.

Superviseurs:  Duane Froese et Fabrice Calmels; stage potentiel à l’YGS. 

Le projet de Joe permet de caractériser sur le terrain la distribution de la glace de sol et d’évaluer le potentiel de dégel de masse dans les terrains de pergélisol discontinus en pente.

(T1-PhD6) 

Titre: La glace de sol des déserts polaires de l’est de l’Arctique canadien.

Superviseurs:  Daniel Fortier avec Bernhard Rabus, Tommy Tremblay et Stéphanie Coulombe. 

Le projet étudie l’utilisation de la modélisation physique et numérique ainsi que de la télédétection pour simuler la réaction du pergélisol au réchauffement climatique. Les résultats de ce projet de recherche sont utilisés pour améliorer la représentation de la glace dans le pergélisol dans les simulations du modèle pancanadien.

Collaborateurs et partenaires

  • D. Stillman
  • A-M. Leblanc
  • F. Calmels
  • S. Coulombe
  • P. Lipovsky
  • C. Stevens
  • S.V. Kokelj
  • M. Packalen
  • J. McLaughlin
  • S. Wolfe
  • S.L. Smith
  • A. Bevington 
  • V. Foord
  • T. Tremblay

Les résultats de la recherche sont répertoriés sur notre page Publications.