Une nouvelle étude de l’Université Concordia révèle que les changements climatiques influent sur le cycle gel-dégel et que leur effet varie selon le milieu

Comme le savent tous les résidents des régions nordiques, le processus de dégel saisonnier n’est jamais simple. L’alternance de gel et de dégel peut durer plusieurs mois. Elle est ordinairement atténuée par des valeurs de température et d’enneigement prévisibles.

Or, les changements climatiques qui conduisent à un réchauffement de l’air et à un amincissement du couvert neigeux peuvent perturber ce cycle. Selon une nouvelle étude de chercheurs de l’Université Concordia parue dans la publication Scientific Reports de la revue Nature, ce phénomène peut avoir des répercussions notables sur les émissions de gaz à effet de serre dans les régions du nord et l’infrastructure urbaine des régions du sud.

En prenant appui sur un nouveau cadre statistique et l’analyse de données provenant du National Snow and Ice Data Center, de l’Université de Princeton et du Centre météorologique canadien situé à Dorval, au Québec, les chercheurs ont montré en quoi la hausse de la température et l’amincissement du couvert neigeux peuvent intensifier l’effet des changements climatiques de façon non linéaire, c’est-à-dire amplifier l’incidence globale observée au sol.

Et comme les effets diffèrent d’une région écologique du Québec à l’autre, ils soulèvent des problèmes distincts pour les responsables des politiques et les résidents.

« Les données rétrospectives révèlent des différences notables entre les régions du nord et du sud du Québec où se trouvent la majorité des habitants et des biens québécois », explique Ali Nazemi, professeur agrégé au Département de génie du bâtiment, civil et environnemental de Concordia, chercheur principal du projet et co-auteur de l’article. L’auteure principale de l’article est Shadi Hatami, diplômée de Concordia (Ph. D. 2021), actuellement boursière postdoctorale à l’Université McGill.

Problèmes cumulatifs

Les chercheurs constatent un lien étroit entre la température, le couvert neigeux et les cycles gel et de dégel. Un couvert neigeux épais fait office de couverture pour les sols gelés en hiver. À mesure qu’il s’amincit, l’air plus chaud pénètre le sol et précipite le dégel.

Dans les régions du Grand Nord du Québec, ces changements entraînent une baisse du nombre de jours où le sol est gelé, ce qui augmente la probabilité que des milliers de tonnes de gaz à effet de serre comme le méthane et le carbone soient émis dans l’atmosphère.

Ces gaz supplémentaires intensifient les effets des changements climatiques.

Plus au sud, dans les zones densément peuplées situées près de la vallée du Saint-Laurent, on observe une hausse du nombre de journées de transition durant l’hiver : il y a dégel et gel du sol, les fluctuations de température conduisant à une dilatation et à une contraction répétées des molécules d’eau. Cet effet augmente les contraintes auxquelles les routes, les ponts et les infrastructures hydrauliques déjà fragiles sont soumis.

« En calculant les réponses non linéaires, nous pouvons essayer de quantifier la baisse du nombre de jours de gel observée au nord et la hausse du nombre de jours de transition observée au sud en raison des changements de température et de couvert neigeux », indique M. Nazemi.

« Nous pouvons ainsi estimer combien de tonnes supplémentaires de gaz seront émises dans l’atmosphère et dans quelle mesure la détérioration de nos infrastructures devrait s’aggraver. »

Une inversion rapide est également possible

La hausse de température et l’amincissement du couvert neigeux intensifient le processus de dégel dans les diverses régions écologiques du Québec, mais comme le soulignent les auteurs, il est également possible d’inverser le processus, quoique de façon moins marquée que le réchauffement.

En effet, une baisse de la température de l’air et un épaississement du couvert neigeux peuvent intensifier le gel et accélérer le processus d’inversion, c’est-à-dire ramener le nombre de jours de gel dans les régions du nord et le nombre de jours de transition dans les régions du sud vers les valeurs moyennes observées par le passé.

M. Nazemi estime que la force de la présente étude est attribuable à des calculs mathématiques rigoureux et à l’accès à une grande quantité de données recueillies à l’aide de technologies diverses, comme la télédétection par satellite.

Plusieurs études antérieures ont prédit une hausse des émissions de gaz à effet de serre en raison du dégel du pergélisol, mais ces études reposaient bien souvent sur des tentatives visant à reproduire des aspects physiques du phénomène dans de petites zones et sur de nombreuses hypothèses.

La nouvelle méthode fait appel à la théorie des probabilités et à la fonction statistique. Elle intègre des données sur le territoire du Québec recueillies selon une échelle de pixels de 25 km sur 25 km.

« Nous avons utilisé cette nouvelle forme d’analyse mathématique pour quantifier certains facteurs qui n’avaient encore jamais été quantifiés, précise-t-il. Nous avons maintenant entrepris d’étendre cette méthodologie à l’ensemble du Canada et de l’Alaska ».

Lisez l’étude citée : « Compound changes in temperature and snow depth lead to asymmetric and nonlinear responses in landscape freeze-thaw »

Le financement a été assuré par le Fond de recherche - Nature et technologies et le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada.