Le permafrost représente l'une des composantes les plus sensibles et méconnues du système climatique terrestre. Ce sol perpétuellement gelé couvre environ 25 % des terres émergées de l'hémisphère nord et stocke près de deux fois plus de carbone que l'ensemble de l'atmosphère. Sa fonte accélérée sous l'effet du réchauffement climatique constitue une menace majeure pour l'équilibre climatique mondial.
Qu'est-ce que le permafrost ?
Le terme permafrost, contraction de l'anglais permanent frost (gel permanent), désigne un sol dont la température reste inférieure ou égale à 0 °C pendant au moins deux années consécutives. Cette définition thermique ne tient pas compte de la présence ou non de glace : un permafrost peut théoriquement être gelé sans contenir d'eau.
Caractéristiques et répartition géographique
Le permafrost s'étend sur une surface estimée entre 22 et 24 millions de kilomètres carrés, principalement dans les régions arctiques et subarctiques : Alaska, nord du Canada, Sibérie, Tibet et haute montagne. Son épaisseur varie considérablement, de quelques mètres à plus de 1 500 mètres dans certaines régions de Sibérie.
On distingue deux grandes catégories de permafrost :
- Le permafrost continu, où plus de 90 % du sol reste gelé en permanence, caractéristique des zones les plus septentrionales
- Le permafrost discontinu, fragmenté en poches isolées, présent dans les régions subarctiques et de haute montagne
Au-dessus du permafrost se trouve la couche active, une zone superficielle qui dégèle en été et regèle en hiver. Son épaisseur varie de quelques centimètres à plusieurs mètres selon les conditions climatiques locales.
Un réservoir de carbone colossal
Le permafrost constitue le plus grand réservoir de carbone organique continental de la planète. Les scientifiques estiment qu'il renferme entre 1 500 et 1 700 gigatonnes de carbone, soit approximativement le double du carbone présent dans l'atmosphère terrestre.
Origines du carbone piégé
Ce carbone provient de millénaires d'accumulation de matière organique : végétaux, animaux et micro-organismes qui se sont décomposés très lentement dans les conditions froides. Les basses températures ont considérablement ralenti l'activité microbienne, créant une sorte de congélateur naturel qui a préservé cette matière organique pendant des milliers, voire des dizaines de milliers d'années.
Certains échantillons de permafrost contiennent des restes organiques datant de plus de 40 000 ans, parfaitement conservés par le gel permanent.
Les mécanismes de la fonte du permafrost
Le rapport Arctic Report Card 2025 publié par la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) a confirmé que l'Arctique connaît des températures record sans précédent. Cette hausse des températures déclenche un processus en cascade aux conséquences multiples.
Le dégel et la libération de gaz à effet de serre
Lorsque le permafrost dégèle, les micro-organismes reprennent leur activité et décomposent la matière organique jusque-là préservée. Cette décomposition libère deux gaz à effet de serre majeurs :
- Le dioxyde de carbone (CO₂), produit par la décomposition aérobie (en présence d'oxygène)
- Le méthane (CH₄), généré par la décomposition anaérobie (en absence d'oxygène), notamment dans les zones humides et les lacs thermokarstiques
Le méthane présente un pouvoir de réchauffement environ 80 fois supérieur à celui du CO₂ sur une période de 20 ans, ce qui en fait un facteur d'accélération particulièrement préoccupant du changement climatique.
La boucle de rétroaction climatique
La fonte du permafrost crée une dangereuse boucle de rétroaction positive : le réchauffement entraîne la fonte, qui libère des gaz à effet de serre, lesquels amplifient le réchauffement, provoquant davantage de fonte. Ce mécanisme auto-entretenu échappe partiellement au contrôle humain et représente l'un des points de basculement potentiels du système climatique.
Les projections du GIEC indiquent que 24 à 69 % du permafrost de surface pourrait disparaître d'ici 2100, selon les scénarios d'émissions considérés. Cette fourchette large reflète l'incertitude scientifique mais souligne l'ampleur du risque.
Le phénomène du thermokarst
Le thermokarst désigne l'affaissement brutal du sol consécutif à la fonte du permafrost. Lorsque la glace piégée dans le sol fond, elle crée des dépressions, des cratères et des lacs. Ces formations bouleversent radicalement les paysages arctiques.
En Sibérie, dans la péninsule de Yamal, plus de 20 cratères géants sont apparus depuis 2014. Ces structures spectaculaires, certaines mesurant plus de 50 mètres de profondeur, résultent d'explosions de méthane accumulé sous pression dans le permafrost. Le gaz s'échappe violemment lorsque le sol se déstabilise, créant des détonations audibles à plusieurs kilomètres.
Impacts multiples et dangers cachés
Menaces sur les infrastructures
La fonte du permafrost fragilise considérablement les infrastructures humaines construites sur ces sols : routes, bâtiments, pipelines, pistes d'aéroport. En Alaska, le coût des dommages aux infrastructures est estimé entre 37 et 51 milliards de dollars d'ici 2050.
Les communautés autochtones du Grand Nord sont particulièrement vulnérables. Leurs villages, leurs voies de communication et leurs moyens de subsistance (chasse, pêche) sont directement menacés par l'instabilité croissante des sols et la modification des écosystèmes.
Le réveil de virus anciens
Des chercheurs ont découvert des virus géants viables dans des échantillons de permafrost sibérien vieux de 30 000 ans, notamment le Pithovirus sibericum. Si ces virus infectent principalement des amibes et ne présentent pas de danger immédiat pour l'homme, leur découverte soulève des questions sur la possibilité de résurgence de pathogènes plus problématiques emprisonnés depuis des millénaires.
La menace du mercure
Le permafrost constitue également un réservoir inattendu de mercure. Les scientifiques estiment qu'il contient environ 15 millions de litres de mercure, soit le double de la quantité présente dans tous les autres sols, océans et atmosphère combinés. La fonte pourrait libérer ce métal lourd toxique dans les écosystèmes aquatiques et terrestres, avec des conséquences potentiellement graves pour la faune et les populations humaines.
Le permafrost dans le cycle du carbone global
La fonte du permafrost perturbe profondément le cycle du carbone à l'échelle planétaire. Alors que les écosystèmes arctiques fonctionnaient traditionnellement comme des puits de carbone (captant plus de CO₂ qu'ils n'en émettaient), ils risquent de se transformer en sources nettes d'émissions.
Cette transformation remet en question les calculs de budgets carbone utilisés pour élaborer les stratégies de neutralité carbone et respecter les objectifs de l'Accord de Paris. Les émissions provenant du permafrost pourraient consommer une part significative du budget carbone restant pour limiter le réchauffement à 1,5 ou 2 °C.
Perspectives et enjeux scientifiques
Contrairement à certains points de basculement climatiques dont le seuil est relativement bien défini, le permafrost ne présente pas de point de non-retour global unique. Sa fonte est un processus graduel et hétérogène, mais des basculements abrupts locaux restent possibles, comme le démontrent les cratères de Yamal.
La compréhension scientifique du devenir du permafrost progresse rapidement grâce aux observations satellites, aux forages profonds et aux modèles climatiques de plus en plus sophistiqués. Ces recherches sont cruciales pour affiner les projections climatiques et évaluer notre marge de manœuvre face à ce défi qui dépasse les 9 limites planétaires déjà franchies.
Conclusion
Le permafrost incarne l'interconnexion profonde entre les différentes composantes du système terrestre. Sa fonte accélérée sous l'effet du réchauffement climatique illustre comment des processus à l'œuvre dans des régions reculées peuvent avoir des répercussions globales majeures. Avec ses 1 500 à 1 700 gigatonnes de carbone piégé, ce réservoir gelé représente à la fois un héritage du passé climatique et un facteur déterminant de notre avenir climatique.
La surveillance continue du permafrost et l'intégration de son évolution dans les stratégies climatiques constituent des priorités scientifiques et politiques incontournables pour maîtriser le réchauffement et protéger les écosystèmes et communautés qui dépendent de ces environnements extrêmes.
